PL170281B1

PL170281B1 - A method of sealing and / or strengthening the rock mass by means of a binding composite

Info

Publication number: PL170281B1
Application number: PL31213092A
Authority: PL
Inventors: Ryszard Majchrzak; Edward Markowski; Marian Madaj; Wojciech Klimas; Andrzej Chlopek; Marian Malachowski
Original assignee: Andrzej Chlopek; Wojciech Klimas; Marian Madaj; Ryszard Majchrzak; Marian Malachowski; Edward Markowski
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1996-11-29

Abstract

1. Sposób uszczelniania i/albo wzmacniania górotworu za pomocą kompozytu wiążącego, zwłaszcza w budownictwie podziemnym, a szczególnie w wyrobiskach górniczych, w którym suchy środek otrzymany przez wymieszanie popiołu lotnego, anhydrytu i aktywatora kieruje się dogodnie do podajnika komorowego, a następnie do komory wiązania, przez którą przepływa sprężone powietrze porywające ziarna środka do lancy służącej po zmieszaniu z wodą zarobową do podawania środka do miejsca przeznaczenia, znamienny tym, ze jako suchy środek stosuje się kompozyt z popiołu lotnego dogodnie o składzie: od 41,8 do 55,1% wagowych SiO2, od 16,0 do 22,8% wagowych AhO3, od 7,6 do 12,6% wagowych Fe2O3, od 3,5 do 10,5% wagowych CaO, od 3,3 do 7,3% wagowych MgO, od 0,1 do 7,0% wagowych SO3, od 0,13 do 0,47% wagowych P2O5, od 0,25 do 0,90% wagowych Na2O, od 0,87 do 1,18% wagowych TiO1 od 1,7 do 2,7% wagowych K2O oraz mączki anhydrytowej, korzystnie od 10 do 75% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru suchych składników i aktywatora procesu wiązania w postaci mieszaniny siarczanu żelazawego, siarczanu glinowo-amonowego i chlorku sodu w ilości od 0,5 do 4,0% wagowych w stosunku do ciężaru mączki anhydrytowej, a najkorzystniej 1,5% wagowych, a dla wiązania suchego kompozytu dodaje się wody zarobowej w ilości od 0,15 do 0,70 części wagowych na 1 część wagową suchych składników.1. A method of sealing and/or strengthening a rock mass using a binding composite, especially in underground construction, and especially in mining excavations, in which a dry agent obtained by mixing fly ash, anhydrite and an activator is conveniently directed to a chamber feeder and then to a binding chamber through which compressed air flows entraining grains of the agent to a lance used after mixing with mixing water to deliver the agent to the destination, characterized in that a fly ash composite conveniently having the following composition is used as the dry agent: from 41.8 to 55.1% by weight of SiO2, from 16.0 to 22.8% by weight of AhO3, from 7.6 to 12.6% by weight of Fe2O3, from 3.5 to 10.5% by weight of CaO, from 3.3 to 7.3% by weight of MgO, from 0.1 to 7.0% by weight of SO3, from 0.13 to 0.47% by weight of P2O5, from 0.25 to 0.90% by weight of Na2O, from 0.87 to 1.18% by weight of TiO1, from 1.7 to 2.7% by weight of K2O and anhydrite flour, preferably from 10 to 75% by weight in relation to the total weight of dry ingredients and a binding process activator in the form of a mixture of ferrous sulfate, aluminum ammonium sulfate and sodium chloride in an amount of from 0.5 to 4.0% by weight in relation to the weight of anhydrite flour, and most preferably 1.5% by weight, and to bind the dry composite, mixing water is added in an amount of from 0.15 to 0.70 parts by weight per 1 part by weight of dry ingredients.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób uszczelniania i/albo wzmacniania górotworu za pomocą kompozytu wiążącego. Sposób ten przeznaczony jest do prowadzenia profilaktyki pożarowej, do wykonywania pasów podsadzkowych chodników przyścianowych ścian zawałowych, wykładki między obudową stalową wyrobisk a górotworem, torkretu izolacyjnego, wypełniania pustek po obrywach i obwałach skalnych, pasów przyścianowych w celu izolacji zrobów zawałowych i korków podsadzkowych.The subject of the invention is a method of waterproofing and / or strengthening a rock mass by means of a binding composite. This method is intended for fire prevention, for the construction of backfilling strips of longwall galleries of cave walls, lining between the steel casing of workings and the rock mass, insulating shotcrete, filling voids after rockfall and rock heaps, wall belts for the insulation of goaf and fill plugs.

Znany sposób wzmacniania oraz uszczelniania górotoworu z polskiego opisu patentowego nr 152592 środkami chemicznymi w podziemnych eksploatacyjnych i korytarzowych wyrobiskach, pod stropami i ociosami, w których występują skały słabe, kruche, spękane i zawodnione, albo wodne horyzonty o silnej i bardzo silnej agresywności korozyjnej wód, zwłaszcza w głębinowych kopalniach z silnym i bardzo silnym zagrożeniem metanowym, przy czym podstawową mieszaninę składników środków chemicznych stanowią mineralne i chemiczne substancje w postaci żywic, kwasów i fosforanów lub salmiaku, korzystnie opartych na mocznikowo-formaldehydowych żywicach o stosunku mocznika do formaldehydu jak 1 : 1,6, polega na tym, że do mieszającej, wysokociśnieniowej głowicy przyłączonej do iniekcyjnej nabojnicy, instalacji do wykonywania wieloskładnikowej mieszaniny zespalającej skały o czasie żelowania od 1 do 30 minut, podaje się równocześnie oddzielnymi wlotami chemiczne substancje w postaci żywic jako podstawowej, zespalającej substancji oraz krystalizatora i/lub katalizatora z antybuforem rozpuszczonych w wodzie o takiej zawartości składników w gotowej mieszaninie, aby zawierała najkorzystniejsze ilości od 0,2 do 3% czystych składników katalizatora z antybuforem naThe known method of strengthening and sealing the rock mass from the Polish patent description No. 152592 with chemical agents in underground mining and corridor workings, under ceilings and sides with weak, brittle, cracked and water-repellent rocks, or water horizons with a strong and very strong corrosive aggressiveness of water, especially in deep mines with a strong and very strong methane hazard, where the basic mixture of chemical agents consists of mineral and chemical substances in the form of resins, acids and phosphates or ammonium chloride, preferably based on urea-formaldehyde resins with a urea to formaldehyde ratio of 1: 1 , 6, consists in the fact that chemical substances in the form of resins are simultaneously fed to the mixing, high-pressure head attached to the injection cartridge, the installation for making a multi-component rock-joining mixture with a gelation time of 1 to 30 minutes, simultaneously with separate inlets chemical substances in the form of resins as basic ones, the burning substance and the crystallizer and / or catalyst with an anti-buffer dissolved in water with such a content of components in the finished mixture that it contains the most advantageous amounts of 0.2 to 3% of pure catalyst components with an anti-buffer on

170 281 wagową jednostkę podstawowych składników, zespalających skały, w zależności od mineralnej struktury klejonych skał, względnie izolowanych wodnych horyzontów o bardzo silnej korozyjnej agresywności i żądanej wytrzymałości luźnych skał po ich ustabilizowaniu. Powstałą w mieszającej, wysokociśnieniowej głowicy wieloskładnikową mieszaninę podaje się do odwierconego w caliźnie otworu pod ciśnieniem od 1 do 6 MPa, osiąganym na wylocie z iniekcyjnej instalacji zakończonej iniekcyjną nabojnicą, za pomocą wysokociśnieniowych pomp bądź innych urządzeń, podających podstawowe składniki oraz katalizator z antybuforem o początkowej lepkości na wylocie z mieszającej, wysokociśnieniowej głowicy od 4 do 15 mP-s. Podstawowe składniki zespalające skały doprowadza się do mieszającej wysokociśnieniowej głowicy wlotem przeciwnie skierowanym względem wlotu wodnego roztworu katalizatora z antybuforem pod ciśnieniem panuj ącym w instalacji z różnicą ciśnienia pomiędzy wlotami, mniej szą bądź równą wartości od 0,05 do 0,5 MPa w zależności od początkowej lepkości w przedziale od 4 do 15 mP.s. Ponadto do mieszającej głowicy doprowadza się podstawowe składniki zespalające skały, jednym wlotem, a drugim przeciwsobnie skierowanym bądź skierowanym pod kątem wodny roztwór katalizatora z antybuforem w ilości od 0,2 do 3,0% czystych składników na jednostkę podstawowych składników, pod ciśnieniem proporcjonalnym do ciśnienia w instalacji tłoczenia podstawowych składników do ich wlotu do mieszającej głowicy i wylotu do iniekcyjnej nabojnicy pod najkorzystniejszym ciśnieniem od 1do 5 MPa, jako nie niszczącym struktury skał albo niezbędnym do wtłaczania oraz uzyskania głębokiej penetracji przez spajającą skały substancję i uszczelniającą wodne horyzonty, przy zachowaniu początkowej lepkości od 4 do 15 mP.s podstawowych składników.The weight unit of the basic components that bind the rocks together, depending on the mineral structure of the glued rocks, or isolated water horizons with very strong corrosive aggressiveness and the required strength of loose rocks after stabilization. The multicomponent mixture formed in the high-pressure mixing head is fed to the drilled hole under the pressure of 1 to 6 MPa, reached at the outlet of the injection installation ended with an injection cartridge, with the use of high-pressure pumps or other devices, supplying basic components and a catalyst with an anti-buffer with an initial viscosity at the outlet of the high-pressure mixing head from 4 to 15 mP-s. The basic components that unite the rocks are supplied to the mixing high-pressure head with the inlet opposite to the inlet of the aqueous catalyst solution with the anti-buffer at the pressure prevailing in the system with the pressure difference between the inlets, less than or equal to 0.05 to 0.5 MPa depending on the initial viscosity in the range from 4 to 15 mP.s. In addition, the basic components that unite the rocks are supplied to the mixing head, with one inlet and the other in the opposite direction or directed at an angle, an aqueous catalyst solution with an anti-buffer in the amount of 0.2 to 3.0% of pure components per unit of basic components, under pressure proportional to the pressure. in the installation for forcing the basic components to their inlet to the mixing head and outlet to the injection cartridge at the most favorable pressure from 1 to 5 MPa, as not destroying the rock structure or necessary for injection and obtaining deep penetration through the substance that binds the rocks and sealing water horizons, while maintaining the initial viscosity 4 to 15 mP.s of basic ingredients.

Znany sposób wzmacniania oraz uszczelniania górotworu eliminuje oddziaływanie człowieka na stosunek ilości wodnego roztworu katalizatora do ilości podstawowych składników substancji klejącej. Rozwiązanie to pozwala na izolowanie, a nawet likwidację horyzontów wodnych i to zawierających agresywne wody.The known method of strengthening and sealing the rock mass eliminates human influence on the ratio of the amount of aqueous catalyst solution to the amount of basic components of the adhesive substance. This solution allows for the isolation and even liquidation of water horizons, including those containing aggressive waters.

Niedogodność tego sposobu uszczelniania stanowi łatwopalność w wysokich temperaturach stosowanej mieszaniny i ulatnianie się oparów z tworzyw sztucznych, co wymaga intensywnej wentylacji podziemnych wyrobisk górniczych.The disadvantage of this method of sealing is the flammability at high temperatures of the mixture used and the escape of plastic vapors, which requires intensive ventilation of underground mine workings.

Celem wynalazku jest usunięcie lub zmniejszenie niedogodności znanego sposobu wykorzystującego zaprawy anhydrytowe do wzmacniania i uszczelniania górotworu.The object of the invention is to eliminate or reduce the disadvantages of the known method using anhydrite mortars for strengthening and sealing the rock mass.

Aby osiągnąć ten cel opracowano sposób uszczelniania górotworu według za pomocą zaprawy z kompozytu wiążącego na bazie popiołów lotnych i przy niskim udziale anhydrytu, zachowując wymagane parametry wytrzymałościowe i zapewniając profilaktykę pożarową.To achieve this goal, a method of sealing the rock mass was developed using a mortar made of a binding composite based on fly ash and with a low content of anhydrite, maintaining the required strength parameters and ensuring fire prevention.

W sposobie uszczelniania i/albo wzmacniania górotworu według wynalazku za pomocą kompozytu wiążącego suchy środek otrzymany przez wymieszanie popiołu lotnego, anhydrytu i aktywatora kieruje się dogodnie do podajnika komorowego, a następnie do komory wiązania, przez którą przepływa sprężone powietrze porywające ziarna środka do lancy służącej po zmieszaniu z wodą zarobową do podawania środka do miejsca przeznaczenia. Jako suchy środek stosuje się kompozyt z popiołu lotnego dogodnie o składzie: od 41,8 do 55,1% wagowych SiO2, od 16,0 do 22,8% wagowych Al2O3, od 7,6 do 12,6% wagowych Fe2O3, od 3,5 do 10,5% wagowych CaO, od 3,3 do 7,3% wagowych MgO, od 0,1 do 7,0% wagowych SO3, od 0,13 do 0,47% wagowych P2O5, od 0,25 do 0,90% wagowych NazO. od 0.87 do 1,18% wagowych TiO2 i od 1,7 do 2,7% wagowych K2O. W skład kompozytu wchodzą ponadto: mączka anhydrytowa, korzystnie od 10 do 75% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru suchych składników i aktywator procesu wiązania w postaci mieszaniny siarczanu żelazawego, siarczanu glinowoamonowego i chlorku sodu w ilości od 0,5 do 4,0% wagowych w stosunku do ciężaru mączki anhydrytowej, a najkorzystniej 1,5% wagowych. Dla wiązania suchego kompozytu dodaje się wody zarobowej w ilości od 0,15 do 0,70 części wagowych na 1 część wagową suchych składników. Wzajemne proporcje składników aktywatora, to jest siarczanu żelazawego, siarczanu glinowo-amonowego i chlorku sodowego wynoszą: 81,5 : 2,0 : 16,5. Aktywator procesu wiązania rozpuszcza się co najmniej w części w wodzie zarobowej i następnie miesza się z pozostałymi składnikami kompozytu.In the method of sealing and / or strengthening the rock mass according to the invention by means of a dry agent binding composite obtained by mixing fly ash, anhydrite and activator, it is conveniently directed to the chamber feeder and then to the binding chamber through which compressed air flows, carrying the grains of the agent into the lance serving for mixing with mixing water to deliver the agent to its destination. The dry center is a fly ash composite suitably composed of: 41.8 to 55.1 wt% SiO2, 16.0 to 22.8 wt% Al2O3, 7.6 to 12.6 wt% Fe2O3, 3.5 to 10.5 wt.% CaO, 3.3 to 7.3 wt.% MgO, 0.1 to 7.0 wt.% SO3, 0.13 to 0.47 wt.% P2O5, 0, 25 to 0.90% by weight of NazO. from 0.87 to 1.18% by weight of TiO2 and from 1.7 to 2.7% by weight of K2O. The composite also includes: anhydrite flour, preferably from 10 to 75% by weight in relation to the total weight of dry ingredients, and a binding activator in the form of a mixture of ferrous sulphate, aluminum ammonium sulphate and sodium chloride in an amount of 0.5 to 4.0% by weight based on the weight of anhydrite flour, most preferably 1.5% by weight. To bind the dry composite, mixing water is added in an amount of 0.15 to 0.70 parts by weight per 1 part by weight of dry ingredients. The mutual proportions of the activator components, i.e. ferrous sulfate, aluminum ammonium sulfate and sodium chloride, are: 81.5: 2.0: 16.5. The binding activator is at least partially dissolved in the make-up water and then mixed with the remaining components of the composite.

170 281170 281

Stosowanie sposobu uszczelniania i/albo wzmacniania górotworu zgodnie z wynalazkiem umożliwia skuteczne prowadzenie profilaktyki pożarowej, gdyż wykonany torkret izolacyjny chroni zroby lub caliznę przed dopływem powietrza, aż drugiej strony ogranicza migrację gazów jak metan, tlenek węgla i dwutlenek węgla, co jest korzystne przy gaszeniu pożarów w wyrobiskach podziemnych. Sposób ten pozwala na wykonywanie pasów podsadzkowych chroniących chodniki przyścianowe ścian zawałowych przed deformacją i wykonywanie wkładki między obudową stalową wyrobiska a górotworem, co poprawia trwałość wyrobiska.The use of the method of sealing and / or strengthening the rock mass according to the invention enables effective fire prevention, because the made insulating shotcrete protects the goaf or the rock against air inflow, and on the other hand reduces the migration of gases such as methane, carbon monoxide and carbon dioxide, which is advantageous in extinguishing fires in underground workings. This method allows for the production of backfill strips to protect the longwall galleries of the caving walls against deformation and for the production of an insert between the steel casing of the excavation and the rock mass, which improves the durability of the excavation.

Przedmiot wynalazku jest dokładniej wyjaśniony na podstawie jego przykładów wykonania.The subject matter of the invention is explained in more detail on the basis of its embodiments.

Przykład I. Kompozyt składający się z popiołu lotnego o zawartości od 41,8 do 55,1 % wagowych SiO2, od 16,0 do 22,8% wagowych AI2O3, od 7,6 do 12,6% wagowych Fe2O3, od 3,5 do 10,5% wagowych CaO, od 3,3 do 7,3% wagowych MgO, od 0,1 do 7,0% wagowych SO3, od 0,13 do 0,47% wagowych P2O5, od 0,25 do 0,90% wagowych Na2O, od 0,87 do 1,18% wagowych TiO2 i od 1,7 do 2,7% wagowych K2O w ilości 25 części wagowych oraz mączki anhydrytowej w ilości 75 części wagowych i aktywatora o zawartości 81,5% wagowych siarczanu żelazawego, 2,0% wagowych siarczanu glinowo-amonowego oraz 16,5% wagowych chlorku sodu w ilości 1,5% wagowych w stosunku do ciężaru mączki anhydrytowej kieruje się do podajnika komorowego zaopatrzonego od dołu w komorę mieszania. Z podajnika komorowego podaje się kompozyt do komory mieszania, przez którą przepływa sprężone powietrze do 0,6 MPa i porywa ziarna kompozytu do przewodu transportowego, który jest połączony w końcówce z dopływem wody i za zaworem dozującym ciecz posiada lancę. Strugę kompozytu ze sprężonym powietrzem po zmieszaniu z wodą zarobową w ilości 0,40 części wagowych w stosunku do ciężaru suchych składników kieruje się lancą do miejsca wykonania ścian podporowych dla chodników przyściennych. Po 28 dniach współczynnik wytrzymałości na ściskanie wykonanej ściany R_C28 wyniósł 20,0 MPa.Example I. Composite composed of fly ash with a content of 41.8 to 55.1% by weight of SiO2, from 16.0 to 22.8% by weight of Al2O3, from 7.6 to 12.6% by weight of Fe2O3, from 3, 5 to 10.5 wt.% CaO, 3.3 to 7.3 wt.% MgO, 0.1 to 7.0 wt.% SO3, 0.13 to 0.47 wt.% P2O5, 0.25 to 0.90% by weight of Na2O, from 0.87 to 1.18% by weight of TiO2 and from 1.7 to 2.7% by weight of K2O in the amount of 25 parts by weight and anhydrite flour in the amount of 75 parts by weight and an activator with the content of 81.5 % by weight of ferrous sulfate, 2.0% by weight of aluminum ammonium sulfate and 16.5% by weight of sodium chloride in an amount of 1.5% by weight, based on the weight of anhydrite flour, is passed to a chamber feeder fitted at the bottom with a mixing chamber. From the chamber feeder, the composite is fed to the mixing chamber, through which compressed air flows up to 0.6 MPa and carries the composite grains to the transport conduit, which is connected at the end with the water inlet and has a lance behind the liquid metering valve. A stream of composite with compressed air, after mixing with mixing water in an amount of 0.40 parts by weight in relation to the weight of dry ingredients, is directed with a lance to the construction site of the supporting walls for the wall galleries. After 28 days, the compressive strength coefficient of the R _C 28 wall was 20.0 MPa.

Przykład II. Kompozyt o składzie jak w przykładzie I oprócz aktywatora kieruje się do wyżej opisanego podajnika komorowego. Następnie do zmieszanego w podajniku kompozytu dodaje się 1,5 % wagowych w stosunku do ciężaru mączki anhydrytowej aktywatora o zawartości 81,5% wagowych siarczanu żelazawego, 2,0% wagowych siarczanu glinowo-amonowego oraz 16,5% wagowych chlorku sodu wymieszanego z wodą zarobową w ilości 0,008 części wagowych w stosunku do ciężaru suchych składników. Analogicznie jak w przykładzie II wprowadza się kompozyt do komory mieszania, skąd strugę kompozytu ze sprężonym powietrzem po zmieszaniu z pozostałą wodą w ilości 0,392 części wagowych w stosunku do ciężaru suchych składników kieruje się do miejsca przeznaczenia. Wydajność przepływu mieszaniny kompozytu i sprężonego powietrza wynosi do 10 Mg/h, a masowe stężenie mieszaniny ciała stałego i gazu w kg/kg reguluje się w granicach od 10 do 30, przy szybkości wypływającej strugi mieszanki kompozytu z powietrzem i wodą od 2 do 26 m/s. Odległość podawania mieszaniny kompozytu ze sprężonym powietrzem wynosi do 30 km.Example II. The composite with the composition as in Example 1, in addition to the activator, is directed to the above-described chamber feeder. Then, 1.5% by weight, based on the weight of anhydrite flour of the activator, containing 81.5% by weight of ferrous sulfate, 2.0% by weight of aluminum ammonium sulfate and 16.5% by weight of sodium chloride mixed with water are added to the mixed composite in the feeder. batch preparation in an amount of 0.008 parts by weight, based on the weight of the dry ingredients. Similarly as in Example 2, the composite is introduced into the mixing chamber, from which a compressed air stream of composite after mixing with the remaining water in an amount of 0.392 parts by weight based on the weight of dry ingredients is directed to the destination. The flow efficiency of the mixture of composite and compressed air is up to 10 Mg / h, and the mass concentration of the mixture of solid and gas in kg / kg is controlled within the range from 10 to 30, with the flow velocity of the composite mixture with air and water from 2 to 26 m / s. The distance of feeding the composite mixture with compressed air is up to 30 km.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price PLN 2.00

Claims

Patent claims

1. A method of waterproofing and / or strengthening the rock mass by means of a binding composite, especially in underground construction, and especially in mining excavations, where the dry agent obtained by mixing fly ash, anhydrite and activator is conveniently directed to the chamber feeder and then to the binding chamber , through which the compressed air flows, carrying the grains of the agent into the lance serving, after mixing with mixing water, for feeding the agent to the destination, characterized in that a fly ash composite is used as a dry agent, suitably with the composition: from 41.8 to 55.1% by weight of SiO2, from 16.0 to 22.8% by weight of Al2O3, from 7.6 to 12.6% by weight of Fe2CO, from 3.5 to 10.5% by weight of CaO, from 3.3 to 7.3% by weight of MgO , 0.1 to 7.0 wt.% SO3, 0.13 to 0.47 wt.% P2O5, 0.25 to 0.90 wt.% Na2O, 0.87 to 1.18 wt.% TiO2, and 1.7 to 2.7% by weight of K2O and anhydrite flour, preferably from 10 to 75% by weight of the total weight of dry compounds Agents and activator of the binding process in the form of a mixture of ferrous sulphate, aluminum ammonium sulphate and sodium chloride in an amount of 0.5 to 4.0% by weight based on the weight of anhydrite flour, and most preferably 1.5% by weight, and for bonding the dry composite mixing water is added in an amount of 0.15 to 0.70 parts by weight per 1 part by weight of dry ingredients.

2. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that the mutual proportions of the activator components, i.e. ferrous sulfate, aluminum ammonium sulfate and sodium chloride, are: 81.5: 2.0: 16.5.

3. The method according to p. The method of claim 1 or 2, characterized in that the activator of the binding process is dissolved at least in part in the mixing water and then mixed with the remaining components of the composite.