DE2908746C2

DE2908746C2 - Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen

Info

Publication number: DE2908746C2
Application number: DE2908746A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. 5070 Odenthal Kubens; Hans Dipl.-Chem. Dr. 4300 Essen Mehesch; Frank Dipl.-Chem. Dr. Meyer; Martin 5090 Leverkusen Winkelmann
Original assignee: Bergwerksverband GmbH; Bayer AG
Current assignee: Bergwerksverband GmbH; Bayer AG
Priority date: 1979-03-06
Filing date: 1979-03-06
Publication date: 1983-08-11
Also published as: AU543498B2; CS277392B6; DE2908746A1; CA1138329A; BR8001314A; RO80799A; US4307980A; PL126157B1; PL222447A1; JPS55160079A; MX153645A; ZA80518B; RO80799B; CS113180A3; SU1190995A3; HU193141B; AU5559580A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen, insbesondere im Kohlebergbau, durch Aushärten lassen eines Wasserglas enthaltenden Gemischs in der zu verfestigenden Formation.

Das Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen erfolgt im Untertage-Kohlenbergbau in sehr großem Umfang mittels Polyurethansystemen, vergleiche

Zeitschrift Glückauf (1968), S. 666-670;
Zeitschrift Glückauf (1977), S. 707-711;
Zeitschrift Bergbau (1977), S. 124-129;
DE-PS 17 58 185;
DE-PS 17 84 458.

In der Regel werden Zweikomponenten-Polyurethansysteme in die zu verfestigenden Formationen eingepreßt, wobei im allgemeinen einerseits technische Polyisocyanate und andererseil s Polyole mit einem Molekulargewicht von 400-600 und einer OH-Zahl von bis 400 als Ausgangskomponente dienen. Gemäß DE-PS 24 36 029 (GB-PS 14 50 306) werden die Polyole mit Polyolen einer OH-Zahl zwischen 50 und 90 und einem Molekulargewicht von 2000-35 000 flexibilisiert.

Eine natürliche Begrenzung der Einsatzmöglichkeiten von Polyurethan sind wasserführende Gebirgsformationen, da durch das Wasser das Polyisocyanat zerstört und damit das stöchiometrische Verhältnis der Reaktionspartner entscheidend gestört wird. Darüber hinaus bildet sich aus Wasser und Polyisocyanal vorzugsweise Polyhamstoff, der in Spalten und Rissen des Gebirges nicht haftet- Immer wieder wird darauf hingewiesen, daß bei Verfestigungsarbeiten mit Polyurethan von den zu verfestigenden Gebirgszonen das Wasser femgehalten werden soll. Vergleiche Zeitschrift Glück-

IC auf(1972),S.10-13.

Ein grundsätzlicher Nachteil der Verwendung von Polyurethan im Kohlenbergbau liegt darin, daß das ausgehärtete Produkt leicht brennt. Befinden sich größere Mengen von ausgehärtetem Polyurethan in Kohle-

!5 spalten, so können Selbstentzündungsbrände von Kohle durch das Polyurethan weiter ausgebreitet werden. Man hat daher versucht, die Nachteile des Polyurethans zu überwinden, indem man Systeme verwendet hat, die praktisch unbrennbar sind und in wäßriger Form vorliegen, damit auch in feuchten und nassen Formationen verfestigt werden kann.

So sind z. B. Versuche in erheblichem Umfang mit wäßrigen Formaldehyd-Harnstoff-Lösungen gemacht worden. Es konnte mit diesen Systemen aber keine ausreichende Verfestigung erzielt werden, da beim Aushärtevorgang die entstehenden Produkte sehr stark schrumpfen.

Weiterhin ist versucht worden, Wasserglaslösungen zum Verfestigen einzusetzen. Wasserglaslösungen erfordern zum Aushärten Zusätze vor. Härtungsmitteln. Verwendet werden saure oder Säure bildende Stoffe wie Phosphorsäure, Sulfonsäure, Ester wie z. B. Glycerintriacetat, Äthylacetat sowie andere organische Stoffe wie Formamid, Glyoxal. Weiterhin werden als Härter Calciumchlorid, Aluminiumsulfat, Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat, Aluminiumchlorid und Silicofluoride benutzt.

Nach diesen Verfahren lassen sich zwar gröbere Mittelsande und Kiese z. B. zum Zweck der Baugrundkonsolidierung bis zu einem gewissen Grade verfestigen; Verfestigungen mit hohem Verfestigungsgrade sind damit nicht möglich, da beim Aushärten von Wasserglas ein erheblicher Volumenschwund auftritt und infolgedessen der Verbundkörper sich von den Oberflächen der Risse und Spalten ablöst.

Es ist auch gemäß DE-AS 19 14 554 bekannt. Isocyanat-Gruppen enthaltende Zubereitungen durch Umsetzen mit Wasser zum Abdichten, insbesondere von Bodenformationen zu verwenden. Da in der wasserhaltigen Formation unlösliche Reaktionsprodukte gebildet werden, dringt dieses Mittel nicht in der Injektionsstelle entfernter liegende Hohlräume ein.

Schließlich ist gemäß DE-AS 10 69 878 ein Verfahren zur Herstellung von erhärtenden Massen aus Wasserglas und polymerisierbaren Estern mit einem ungesättigten Alkoholrest und/oder einem ungesättigten Säurerest bekannt. Bei diesem Verfahren treten Schwierigkeiten auf, da dieses Gemisch sehr lange Härtungszeiten benötigt und keine Eigeninjektion durch Aufschäumen bewirkt.

Die Erfindung löst die Aufgabe, ein Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen zu schaffen, das befriedigende Verfestigungswerte erzielt, Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit aufweist und nicht brennbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man ein Gemisch aus Polyisocyanat und Wasser-

glasloung im Gewichtsverhältnis zwischen 75 :25 bis ! 5 :85, vorzugsweise 60 :40 bis 25 :75, verwendet.

Die Haftung des sich bildenden Feststoffes auf trokkenen und nassen geologischen Formationen ist ausgezeichnet, zumal die beim Aushärten von Wasserglaslösungen ohne Polyisocyanatzugabe auftretende Schrumpfung überhaupt nicht eintritt und stattdessen durch eine gewisse Volumenvergrößerung während der Härtung die Haftung begünstigt wird. Von besonderem Vorteil für den Kohlenbergbau ist, daß das ausgehärtete Verfestigungsmittel nicht entflammbar ist und eine für die Stabilisierung der Formation hervorragende Festigkeit der in Spalten und dergleichen sich bildenden Verbundkörper erreicht

Überraschenderweise haften ausgehärtete Verbundkörper auch an fettiger, also verhältnismäßig stark bitumenhaltiger Kohle, so daß in Jeder Art von Kohle eine gute Verfestigung erreicht wird.

Als erfindungsgemäß geeignete Polyisocyanate kommen im Prinzip belieh'ge organische Polyisocyanate mit aliphatisch, cycloaliphatisch, araliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch gebundenen Poiyisocyanatgruppen in Betracht. Vorzugsweise werden jedoch die in der Polyurethan-Chemie üblichen, bei Raumtemperatur flüssigen Polyisocyanate mit aromatisch gebundenen Polyisocyanatgrupen eingesetzt, wie z. B. 2,4-Diisocyanatotoluol, 2,6-Diisocyanatotoluol, sowie beliebige Gemische dieser Isomeren (»TD1«), Polyphenyi-Polymethylen-Polyisocyanate, wie sie durch Anilin/Formaldehyd-Kondensation und anschließende Phosgenierung hergestellt werden (»MDI«) oder auch Cabodiimidgruppen, Biuretgruppen, Urethangruppen oder AlIophanatgruppen aufweisende, bei Raum;* .mperatur flüssige Derivate dieser Polyisocyanaf-ϊ. Das bei Raumtemperatur flüssige,durch Phosgenierung νοκ "nilin/Formaldehyd-Kondensaten erhaltene Polyisocyanatgemisch (»MDI«) sowie dessen flüssige, NCO-Gruppen aufweisende Umsetzungsprodukte mit unterschüssigen Mengen (NCO-OH-Molverhältnis 1 :0,005 - 1 :03) an mehrwertigen Alkoholen des Molekulargewichtsbereiches 62—3000, insbesondere an Äthergruppen ausweisenden Polyolen des Molekulargewichtsbereichs 134 - 3000 sind besonders bevorzugt.

Unter Wasserglaslösungen sind Lösungen von Natrium- und/oder Kaliumsilikat in Wasser zu verstehen. Es können auch rohe technische Produkte, welche noch z. B. Calciumsilikat, Magnesiumsilikat, Borate und Aluminate enthalten können, verwendet werden. Das Molverhältnis S1O2: M2O (M = Metall) kann in den Grenzen 0,5 :1 bis 4 :1 schwanken. Vorzugsweise werden Wasserglaslösungen mit einem Verhältnis SiO : M2O von 1:1 bis 2,5:1 eingesetzt. Die Konzentration der Wasserglaslösung kann zwischen 25 bis 55 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 40 bis 50 Gew.-°/o, gewählt werden.

Das Gewichtsverhältnis zwischen Polyisocyanat und Wasserglas in dem zu bildenden Gemisch liegt innerhalb weiter Grenzen, nämlich zwischen 75 zu 25 bis 15:85.

Vorzugsweise wird ein Gewichtsverhältnis von Polyisoeyanat zu Wasserglas von 60 :40 bis 25 :75 gewählt.

Die Bereitung der Mischung aus Polyisocyanaten und Wasserglaslösungen ist einfach. Es ist lediglich erforderlich, die beiden Flüssigkeiten homogen zu vermischen, z. B. durch Rühren mittels Rührlatten von Hand oder durch motorgetriebene Rührwerke, die handelsüblich sind. Es ist auch möglich, die Emulsion auf Mischdosiereinrichtungen zu bereiten. Hierbei werden die beiden Flüssigkeiten mittels Dosierpumpen einem Durchlaufmischer zugeführt. Als Dosierpumpe können z. B. Zahnradpumpen, Kolbenpumpen oder Membranpumpen dienen. Als Durchlaufmischer sind z. B. Mischkammern mit angetriebenem Rührwerk oder Statikmischer geeignet, z. B. Rohre mit verschiedenartig angeordneten Prallblechen.

Die Mischung wird in der Regel über Lanzen oder Rohre in die Formation oder erforderlichenfalls in da- m eingebrachte Bohrlöcher eingepreßt. Bohrlöcher sind nach dem Einpressen sofort zu verschließen, da eine Gelierung und anschließende Aushärtung der Mischung erst nach 30 bis 60 see in Gang kommt Zweckmäßigerweise erfolgt die Einführung der Mischung in Bohrlöcher über als Ventil wirkende Bohrlochverschlüsse ζ. Β. gemäß DE-PS 25 50 555.

Je nach Art des verwendeten Polyisocyanates, des gewählten Mischverfahrens, des gewünschten mehr oder weniger ausgeprägten Aufschäumens des Verfestigungsmittels und dessen Konsistenz kann es zweckmäßig sein, dem Polyisocyanat oder der Wasserglaslösung oder dem Gemisch aus Polyisocyanat und Wasserglaslösung die folgenden Zusatzstoffe zuzusetzen:

1. Beschleuniger, wie sie aus der Polyurethanchemie bekannt sind. Als Beispiele seien metallorganische Verbindungen wie Djbutylzinndilaurat oder tertiäre Amine wie Triäthylamin genannt. Die Zusatzmengen können bis zu ca. 2 Gew.-°/o, bezogen auf Polyisocyanat/Wasserglaslösunggemisch, betragen.

2. Treibmittel wie z. B. Aceton, Methylenchlorid, Monofluortrichlormethan, Dichloridfluormethan, Butan. Die Zusatzmengen können bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf Polyisocyanat/Wasserglaslösunggemisch, betragen.

3. Verbindungen, die mindestens eine gegenüber Polyisocyanat reaktionsfähige Gruppe besitzen. Diese Verbindungen werden dem Reaktionsgemisch im allgemeinen in Mengen von bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf die Wasserglaslösung, zugesetzt. In Frage kommen organische Polyamine wie z. B. Äthylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan oder 2,4'-Diaminotoluol, bevorzugt jedoch organische Verbindungen mit alkoholischen Hydroxylgruppen. Hierzu gehören einfache, ein- oder mehrwertige, vorzugsweise mehrwertige Alkohole des Molekulargewichtsbereiches 32 — 200, vorzugsweise 62 — 200 oder die in der Polyurethan-Chemie an sich üblichen höhermolekularen Polyhydroxylverbir.dungen des Molekulargewichtsbereiches 200-5000, vorzugsweise 200-1000, wie z.B. die an sich bekannten Polyhydroxypolyester oder Polyhydroxypolyäther. Beispiele geeigneter niedermolekularer Alkohole sind Methanol, Äthanol, Propanol, Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol. Glycerin oder Trimethylolpropan. Beispiele höhermolekularer Alkohole sind Polyester aus Decarbonsäuren, wie z. B. Phthalsäure, Adipinsäure, Hexahydrophthalsäure, Tetrahydrophthalsäure und/oder Maleinsäure und den obengenannten einfachen Alkoholen oder Polyätherpolyole, wie sie durch Alkoxylierung, d. h. insbesondere durch Anlagerung von Propylenoxid und/oder Äthylenoxid an niedermolekulare Startermoleküle erhältlich sind. Geeignete Startermoleküle sind Wasser oder beispielsweise die obengenannten,

mindestens zwei aktive Wasserstoffatome aufweisenden niedermolekularen Amine oder Alkohole.

Besonders bevorzugte Alkohole sind die zuletzt genannten Polyätherpolyole des OH-Zahl-Bereiches von 50—600. Die Alkohole können entweder der Wasserglaslöiung oder dem Polyisocyanat oder als Drittkomponente dem Polyisocyanat/Wasserglasgemisch zudosiert werden. Mischungen mit Zusätzen der vorstehend aufgeführten Verbindungen ergeben die bislang besten Verfestigungswerte und stellen daher eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Emulgatoren wie z. B. Umsetzungsprodukte aus Stearylamin und Äthylenoxid, Polyätherester aus Abientin- bzw. Ölsäure und Äthylenoxid, Fettalkoholpolyglykoläther, Alkylphenolpolyglykoläther, Emuigatoren auf Wasserglasbasis, z. B. Tegosivin der Fa. Goldtschmit AG, Amphogenside, z. G. Tego-Betain 27 der Fa. Goldtschmit AG, Fettsäureamidoaikyldimethylamindonoxid, z. B. Aminoxid V/S 25 der Fa. Goldtschmit AG. Derartige Emulgatoren begünstigen besonders die Eriiulgierung der Verbindung gemäß Kategorie 3 in der Wasserglaskomponente und damit auch die Vollständigkeit der Vermischung aller Komponenten. Die Emulgatoren werden im allgemeinen in Mengen bis zu 15 Gew.-%, bezogen auf Polyisocyanat/Wasserglaslösungsgemisch, zugesetzt.

Thixotropiermittel wie z. B. Asbestmehl oder andere oberflächenaktive Zusatzmittel allein oder im Gemisch mit den unter Kategorie 4 genannten Emulgatoren. Diese Thixotropiermittel werden vorzugsweise verwendet, wenn man Gemische aus Wasserglaslösung und die unter Kategorie 3 genannten Verbindungen einsetzt. Auch lassen sich damit über längere Zeit stabile Emulsionen herstellen, so daß am Ort der Verfestigung Zweikomponentensysteme aus Wasserglaslösung und Zusätze der Kategorie 1—4 einerseits und Polyisocyanate andererseits gehandhabt werden können. Die Thixotropiermittel werden im allgemeinen in Mengen bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf Polyisocyanat/WasserglasIösungsgemisch, zugesetzt. Schaumstabilisatoren wie z. B. Organopolysilioxane, wie sie aus der Polyurethan-Chemie bekanntsind.

Alle vorgenannten Zusatzstoffe können entweder als alleinige Zusätze oder in Kombination miteinander der Mischung oder den Komponente vor ihrer Vermischung zugesetzt werden.

Weiterhin ist es möglich, in die erwähnten Bohrlöcher Mehrkammerpatronen einzuführen, die das Polyisncyanat, die Wasserglaslösung und gegebenenfalls Zusatzstoffe nach Kategorie 1 —6 in getrennten Behältern enthalten. Nach mechanischer Zerstörung der Patronen und Vermischen der flüssigen Inhaltsstoffe, z. B. durch einen rotierenden Holz- oder Metallnagel oder eine Ankerstange, dringt das aufschäumend erhärtende Gemisch unter dem eigenen Schaumdruck in die zu verfestigenden und abzudichtenden Formationen ein und füllt gleichzeitig auch das Bohrloch vollständig aus.

Eine Übersicht über beispielsweise in Frage kommende Mischungen und über die praktische Anwendung des Verfahrens geben die nachfolgende Tabelle und die Beispiele.

MDI ein durch Phosgenierung eines Formaldehyd-Anilin-Kondensates erhaltenes Polyisocyanat, das zu mehr als 50% aus Diisocyanatodiphenylmethan besteht mit einem Isocyanatgehalt von 31% und einer Viskosität von 95 mPa s bei 25° C

Beschleuniger

Dibutylzinndilaurat

Polyol 1 ein Polyätherpoiyol, hergestellt aus Trimethylolpropan und Propylenoxid mit einer OH-Zahl von 370 und einer Viskosität von 700 mPasbei25°C

Polyol 2 ein Poiyätherpolyol, hergestellt aus 1,2-Propylenglykol und Propylenoxid mit einer OH-Zahl von 59 und einer Viskosität von 410 mPa j bei ^5° C

Emulgator ein handelsüblicher Alkylphenolpolyglykoläther

Asbestmehl ein handelsübliches Erzeugnis (Silodex 24)

Stabilisator ein handelsüblicher Polyätherpolysiloxan-Stabilisator

Tabelle

Komponente A

Komponente B

Gewichtsverhält/xis
Wasserglas: Isocyar.at

Molverhältnis

1)

80 g Wasserglas 44%
20 g Polyol 1

2)

40 g Wasserglas 44%
10 g Polyol 1

0,9 g Beschleuniger
lOgTreibmittel

3)

80 g Wasserglas 44%

20 g Polyol 1
0,6^ Beschleuniger
0,5 g Stabilisator

90,4 g MDI

6OgMDl

75gMDl

80:90

40:60

80:75 2:1

2:1

0.5:

Tabelle (Fortsetzung)

Korn pollen I c Λ

Komponente B Gewichts verhältnis
Wasserglas: Isocyanat

Molverhiiltnis Si().>:Na₂O

4)

75 g Wasserglas 44% 25gPolyoll 25g MDI 75:25

1.6 g Beschleuniger

5)

80 g Wasserglas 50% 15g Poiyol I 86g MDI 80:86

5 g Poiyol 2

2 g Beschleuniger

6)

50 g Wasserglas 28% 30g Poiyol I 4OgMDI 50:40

2 g Beschleuniger

7)

25 g Wasserglas 44% 6.25 g Poiyol 1 75 g MDI 25:75

8)

50 g Wasserglas 28%

40g Poiyol 1 5OgMDI 50:50

10 g Poiyol 2

0,5 g Beschleuniger

9)

80 g Wasserglas 44%

2OgPoIyOlI 72 g MDI 80:72

IOg Poiyol 2

I g Beschleuniger

10)

90 g Wasserglas 44% lOgPolyoM
30 g Treibmittel 0.6 g Beschleuniger 2:1

2:1

4:1

2:1

1:1

80 g Wasserglas 44%

20g Poiyol 1 5IgMDI 80:51 2:1

03 g Beschleuniger

1.0g Emulgator

1,Cg Asbestmehl

12)

80 g Wasserglas 44% 15 g Poiyol 1

5 g Poiyol 2 9OgMDI 80:90 2:1

OJg Bescnleuniger

1.0g Emulgator

1,0 g Asbestmehl

1,0 g Stabilisator

In den nachfolgenden Beispielen wurde als Wasserglas eine 44gewichtsprozentige wäßrige Lösung eines Natriumsilikats (SiO₂: Na₂O = 2 :1) verwendet.

Beispiel 1

Zu einem Flöz mit 0—lOgon Einfallen und einer mittleren Mächtigkeit von 4 m böschte der Kohlenstoß im Streb bis zu 330 m ab. Daraus resultieren Hangendausbrüche bis zu 7 m Höhe und 30 m Länge. Es wurden im Abstand von 7 m Bohrlöcher von 4,5 m Länge und 45 mm Durchmesser in den Kohlenstoß gebohrt

63 Als Verfestigungsmittel dienten:

Komponente A: Wasserglas Komponente B: MDI

Die Komponenten A und B wurden im Gewichtsverhältnis 1 :1 über eine Zweikomponente- Misch- und Verpreßeinrichtung über einen Bohrlochverschluß in die Bohrlöcher eingepreßt, so daß in jedes Bohrloch kg Gemisch aus Komponente A und B gelangten.

Nach 5 Stunden wurde der verfestigte Bereich mittels einer Schrämmwalze abgebaut. Es zeigte sich, daß die Oberfläche der Spalten und Risse in der Kohle verklebt waren und ein g:ner Verfestigungseffekt erzielt worden war. Der Kohlenstoß böschte nur noch geringfügig ab und der normale Produktionsbetrieb konnte fortgesetzt werden.

Beispiel 2 Beispiel 4

10

Im gleichen Abbaubetrieb gemäß Beispiel 1 wurden die Verfestigungsarbeiten an der Störzone in gleicher Weise wie in Beispiel I beschrieben fortgeführt mit dem Unterschied, daß dem Verfestigungsmittel zusätzlich ein Polyol zugesetzt wurde. Das Verfestigungsmittel bestand den folgenden Komponenten:

Komponente A:

Gemisch aus 80 Gew.-Teilen Wasserglas

20 Gew.-Teilen Polyol 1

0,3 Gew.-Teilen Beschleuniger

Die Komponente A wurde aus den o. a. Bestandteilen unmittelbar vor dem Injizieren durch Vermischen mittels mechanischem Rührwerk, hergestellt. Die so erhaltene Emulsion war mehrere Stunden lang lagerstabil.

Komponente B: MDI

Der Kohlenstoß wurde gemäß Beispiel 1 verfestigt; das Gewichtsverhältnis der Komponenten A zu B betrug 1,3 : 1.

Der Verfestigungseffekt war vollkommen. Jegliches Abböschen des Kohlenstoßes blieb aus.

35

Beispiel 3

Beim Abbau eines hiözes mit einer Mächtigkeit von 1.3 m und einem Einfallen von 0 — 59 go η sollte der Streckensaum verfestigt werden. Das Hangende bestand aus festem Bänderschieferton, das Liegende war Sandstein. Das Strebhangende war im Bereich des Übergangs Streb/Strecke im Einfallen gemessen auf einer Länge von 1.5 — 2 m sehr stark aufgelockert. Es wurden Spaltbreiten bis zu 2 cm festgestellt. Für das Verfestigen wurden Bohrlöcher 60 cm über dem Flöz mit einer Länge von 2,5 m und 45 mm 0 erstellt. Der Abstand der Bohrlöcher in Streckenrichtung war 23 —3 m. Insgesamt wurden zunächst 4 Bohrlöcher gebohrt.

Als Verfestigungsmittel diente:

Komponente A:

Gemisch aus 90 Gew.-Teilen Wasserglas
10 Gew.-Teilen Polyol 2
1 Gew.-Teil Beschleuniger

Komponente B: MDI

In das erste Bohrloch wurden 90 kg der Mischung A und B (Gewichtsverhältnis 1,5 :1) mittels einer Verpreßeinrichtung eingebracht In das zweite Bohrloch wurden 260 kg, in das dritte Bohrloch 350 kg und in das vierte Bohrloch 129 kg eingepreßt Die Verfestigungsergebnisse waren so gut daß im Obergangsbereich Streb/ Strecke keinerlei Ausbrüche auftraten. Im Bruch gefundene Gesteinproben zeigten, daß Risse und Spalten im Gebirge mit dem ausgehärteten Schaum aus den Komponente A und B völlig ausgefüllt und sehr gut verklebt waren.

In einem Rückbaubetrieb sollte der Übergangsbereich Streb/Strecke bis zu 15 m vordem Streb mit Polyurethan verfestigt werden. Da in diesem Bereich das Gebirge sehr naß war und die Spalten und Risse mit Wasser gelullt waren, konnte mit dem bekannten Polyurethan-System kein ausreichender Vcrfcstigungscffckt erzielt werden. Es wurden dann im Abstand von 5 m vor der Strebfront Bohrlöcher mit 5 m Länge und 10° ansteigend in das Hangende gebohrt. Über diese Bohrlöcher wurden nun insgesamt 1000 kg folgender Mischung eingebracht:

Komponente A:

Gemisch aus 80 Gew.-Teilen Wasserglas

10 Gew.-Teilen Polyol 1

10 Gew.-Teilen Polyol 2

5 Gew.-Teilen Emulgator

1 Gew.-Teil Beschleuniger

I Gew.-Teil Asbestmehl
Komponente B: MDl

Das Gewichtsverhältnis der Komponenten A zu B betrug 1 : 1,2.

Beim Durchfahren der verfestigten Störungszone in der Strecke zeigte sich, daß die im nichtverfestigten Bereich aufgetretenen Hangendausbrüche völlig ausblieben.

Beispiel 5

Auf einer U-Bahn-Baustelle wurden Grundwasser und Fließsände beim Ausheben des Erdreiches aus einem Spalt (15 m hoch, 0,7 m breit) heraus in den Tunnelraum gespült. Versuche, den Fließsand durch Injektion in die Wände mit Zement oder Wasserglas zu verfestigen, brachten keinen Erfolg. Über injektiönslanzen, die in den Fließsand eingebracht waren, wurde mit einer Injektionseinrichtung folgende Wasserglas-Polyisocyanatmischung eingebracht:

Komponente A:

Gemisch aus 80 Gew.-Teilen Wasserglas

1 Gew.-Teil Beschleuniger

Komponente B:

Umsetzungsprodukt von 90 Gew.-Teilen MDI mit 10 Gew.-Teilen Polypropylenglykol der OH-Zahl 56.

Das Gewichtsverhältnis der Komponenten A und B betrug 1 : 1.

Insgesamt wurden 100 kg dieser Mischung über die Lanze in die Schlitzwand injiziert Bereits nach 15 Minuten zeigte sich, daß der Fließsand verfestigt war. Unterhalb des ersten Injektionspunktes wurde eine weitere Injektionslanze 1300 mm tief in den Fließsand eingebracht. Über diese Lanze wurden 70 kg des Gemisches aus den Komponenten A und B mit einem Druck von 50 bar verpreßt Mit dieser zusätzlichen Injektion gelang es, die Wand in dem durch die Injektion verfestigten Bereich gegen Wasser und Fließsand abzudichten. Probenkörper aus dem verfestigten Fließsand ergaben Festigkeiten von ca. 12 kp/cm².

Beispiel 6

In einem Flöz mit einer mittleren Mächtigkeit von 2,80 m und einem Einfallen von 5 gon böschte der Koh-

lenstoff auf einer Länge von 40 m von der Kopfstrecke gemessen bis zu 3,50 ni ab. Dadurch wurden Hangendausbrüche hervorgerufen, die die Förderung des gesamten Strebes stark beeinträchtigten. Die entstandenen Hohlräume mußten mit Holz ausgepfeilert werden und weiterhin mußte von Hand vorgekohlt werden.

In dem kritischen Bereich wurden im Kohlenstoß im Abstand von 1,5 rr und ca. 0,5 m unter dem Hangenden Bohrlöcher vom Durchmesser 50 mm mit ca. lOgon Neigung erstellt. In die Bohrlöcher wurden je 6 Zweikammer-Patronen aus Polyäthylen eingeschoben. Die innere Kammer der Patrone enthielt das Polyisocyanat, die äußere Kammer enthielt folgende Komponente:

90 g Wasserglas
10 g Polyol 1
0,6 g Beschleuniger Di-butylzinndilaurat

In der Patrone lagen beide Komponenten im Gewichtsverhältnis 1 : I vor. Die Patronen wurden in den Bohrlöchern mit Hilfe von rechteckigen Holznägeln mit einer Kantenlänge von 32 mm zerstört. Durch Drehen der Holznägel wurden die Komponenten gut vermischt, woraufhin die Bohrlöcher mit einem Stopfen zugeschlagen wurden. Beim Abbau nach 2'Λ Stunden zeigte sich, daß durch den Verfestigungseffekt das Abböschen des Kohlenstoßes verhindert werden konnte.

Beispiel 7

Als Patrone dient ein Glasrohr von 60 cm Länge, einem Innendurchmesser von 2,6 cm und einer Wandstärke von 1 mm. Dieses Rohr ist mit 200 g folgender Mischung gefüllt:

Wasserglas
Polyol 1

In diesem Rohr befindet sich ein weiteres zugeschmolzenes Glasrohr von 59 cm Länge, 1,6 cm Innendurchmesser und 1 mm Wandstärke als Innenpatrone. Diese Innenpatrone ist mit 102 g eines Polyisocyanatgemisches der Diphenylmethan-Reihe mit einer Viskosität von 100 mPa s/25°C und einem NCO-Gehalt von 32 Gew.-% gefüllt.

In dieser Patrone lag demnach das Gewichtsverhältnis von Polyisocyanat zu Wasserglas bei 39 : 61.

Die mit einem Plastikstopfen verschlossene Patrone wurde in ein Bohrloch von 30 mm Durchmesser eingeführt. Mit einer Umdrehungszahl von 350 U/min wurde eine Ankerstange von 24 mm Durchmesser in das Bohrloch eingestoßen. Die Patrone wurde dadurch zerstört und die Komponenten innig vermischt. Die Verklebungslänge betrug 110 cm. Nach 30 Minuten wurde die Ankerstange gezogen. Erst bei einer Zugbelastung von 24 t wurde die Ankerstange aus dem Bohrloch gezogen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen, insbesondere im Kohlebergbau, durch Aushärten lassen eines Wasserglas enthaltenden Gemischs in der zu verfestigenden Formation, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus Polyisocyanat und Wasserglaslösung im Gewichtsverhältnis zwischen 75 :25 bis 15 :85, vorzugsweise 60 :40 bis 25 :75, verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyisocyanat Phosgenierungsprodukt von Anilin-Formaldehyd-Kondensationsprodukten verwendet

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Gemisch Dibutylzinndilaurat oder terL Amine in einer Menge bis zu 2 Gew.-°/o (bezogen auf das Polyisocyanat/Wassergiaslösungsgemisch) zusetzt

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Gemisch Aceton, Methylenchlorid, Monofluortrichlormethan, Dichlordifluormethan und Butan in einer Menge bis zu 30 Gew.-°/o (bezogen auf das Polyisocyanat/Wasserglaslösungsgemisch) zusetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Gemisch Polyhydroxyverbindungen, vorzugsweise Polyätherpolyole mit einer OH-Zahl von 50 bis 600, in einer Menge bis zu 30 Gew.-°/o (bezogen auf die Wasserglaslösung) zusetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch Organopolysiloxane als Schaumstabilisatoren zugesetzt werden.