PL227838B1

PL227838B1 - Sposób nastawiania czasu żelowania układu cementującego stosowanego do kotwienia wzmocnienia w kopalni, sposób nastawiania czasu żelowania układu żywica-katalizator stosowanego do kotwienia wzmocnienia w kopalni, sposób kotwienia wzmocnienia w kopalni, układ cementujący do kotwienia wzmocnienia w kopalni, oraz sposób osiągania równomiernego zestalenia układu żywica-katalizator

Info

Publication number: PL227838B1
Application number: PL395768A
Authority: PL
Inventors: Walter Neal Simmons; Walter John Simmons
Original assignee: J Lok Co
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2018-01-31
Also published as: WO2010085484A1; AU2010206829A1; AU2010206829B2; ZA201104257B; CA2746545A1; CN102292520A; US20100183379A1; CA2746545C; PL395768A1; US7775745B2

Description

Dziedzina wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób nastawiania czasu żelowania układu cementującego stosowanego do kotwienia wzmocnienia w kopalni, sposób nastawiania czasu żelowania układu żywica-katalizator stosowanego do kotwienia wzmocnienia w kopalni, sposób kotwienia wzmocnienia w kopalni, układ cementujący do kotwienia wzmocnienia w kopalni, oraz sposób osiągania równomiernego zestalenia układu żywica-katalizator.

Tło wynalazku

Układy żywic o dwóch szybkościach są dobrze znane w kotwieniu sworzni i ścięgien w kopalniach w celu zapewnienia podpór stropów i ścian bocznych w kopalniach. W szczególności, stosuje się układy żywic w kapsułach, które wkłada się w wywiercone otwory, po czym przebija w taki sposób, że następuje wymieszanie ich zawartości, a następnie umożliwia zestalenie. Kapsuły mogą zawierać dwa przedziały. Pierwszy przedział może zawierać mastykę (płynną) ze wzmocnionej, tiksotropowej żywicy poliestrowej zarówno o dużej jak i o małej szybkości, podczas gdy drugi przedział może zawierać nadtlenek organiczny jako katalizator (również płynny). Żywica i katalizator w kapsule są oddzielone od siebie tak, aby zapobiec reakcji przed przebiciem przedziałów. W handlu dostępne są kapsuły zawierające w różnych stosunkach żywice szybkie i powolne, przykładowo w stosunkach 50% szybkiej do 50% powolnej lub 40% szybkiej do 60% powolnej. Zastosowanie żywic o dwóch szybkościach umożliwia wstępne naprężenie sworzni, „Szybsza” mastyka jest umieszczona przy jednym końcu kapsuły, a „wolniejsza” żywica jest umieszczona na innym końcu. W użytym tutaj znaczeniu określenie „mastyka” oznacza ciekły składnik z wypełniaczem. Przykładowo, może to być mastyka żywicy (ciekły składnik plus wypełniacz), a także mastyka katalizatora (ciekły składnik plus wypełniacz).

W celu przebicia kapsuły, żeby zawartość przedziałów mogła zostać uwolniona i wymieszana, sworzeń (lub inny element wzmacniający) przylegający do kapsuły można przykładowo obracać na miejscu, aby rozerwać kapsułę, wymieszać składniki i umożliwić zestalenie mastyki. Kapsułę wstawia się do wywierconego otworu tak, że „szybszy” koniec przylega do szczytu otworu, co umożliwia zakotwienie sworznia wstawionego do wywierconego otworu przez zestaloną mastykę najpierw w szczycie otworu. Orientacja kapsuły w wywierconym otworze („szybszy” koniec wstawiony najpierw) jest istotna dla osiągnięcia powodzenia w zapewnieniu podpory przez ośrodek kotwiący. W szczególności, po zakotwieniu sworznia w szczycie wywierconego otworu nakrętkę można zamocować na przeciwległym końcu sworznia, aby przyłożyć siłę ściskającą do związanej z nim płyty podporowej stykającej się z powierzchnią stropu w kopalni, tak aby z kolei ścisnąć osiadający strop kopalniany. Aby z powodzeniem ścisnąć strop kopalniany sąsiadujący ze sworzniem, mastyka nie powinna zakotwić sworznia z wyjątkiem części w szczytowym końcu wywierconego otworu, dopóki nakrętka nie zostanie wystarczająco zamocowana. Dopiero wówczas żywica o „mniejszej” szybkości umieszczona bliżej drugiego końca sworznia powinna całkowicie zestalić się, aby zakotwić pozostałą część sworznia. Dla rozróżnienia, który koniec kapsuły zawiera żywicę o „większej” szybkości, środek barwiący można dodać do jednej lub większej liczby żywic jako cechę identyfikującą. W związku z czym takie pigmentowanie lub barwienie może służyć jako wskaźnik czasu żelowania.

Dostępne są kapsuły z żywicą o wielu różnych długościach do od 2 stóp do 6 stóp i o średnicy od % cala do 1¼ cala.

Zazwyczaj, w Stanach Zjednoczonych, żywice na podpory stropów kopalnianych są nabywane w postaci wstępnie inhibitowanej lub z dodanym wstępnie promotorem. Przykładowo, czas żelowania żywicy podstawowej wynosi zazwyczaj 20 minut, i można go nastawiać przez dodanie inhibitorów i promotorów. Innymi słowy, nabywane są żywice poliestrowe o żądanym czasie żelowania, który można ewentualnie nastawiać, stosując inhibitory i promotory, odpowiednio w celu wydłużenia lub skrócenia czasu żelowania. Czas żelowania żywicy jest znany jako czas do zestalenia żywicy, wynoszący zazwyczaj od 10 sekund do 2 minut, a w Stanach Zjednoczonych zazwyczaj 10 sekund, 30 sekund, 60 sekund lub 120 sekund. W szczególności, jak to wyjaśniono w opisie patentowym US nr 4 280 943 dla Bivensa i in., zatytułowanym „Organic Grouting Composition for Anchoring a Bolt in a Hole”, którego całą zawartość wprowadza się niniejszym przez powołanie, czas żelowania kompozycji żywicy w użytym tam znaczeniu definiuje się jako czas, który upływa pomiędzy wymieszaniem reaktywnych składników i utwardzeniem lub zesztywnieniem żywicy w mieszaninie (np. mieszaniny

PL 227 838 Β1 i inicjatora/katalizatora). Czas żelowania jest krótszy w wyższych temperaturach i/lub przy większej zawartości promotora i vice versa. Oznaczanie czasu żelowania zostanie tutaj przedyskutowane osobno.

W użytym tutaj znaczeniu czas utwardzania kompozycji żywicy, jak to wyjaśniono w opisie patentowym US nr 4 280 943, stanowi czas niezbędny do osiągnięcia przez kompozycję pełnej wytrzymałości lub wysokiego procentu końcowej wytrzymałości, przy czym pożądanym celem jest to, aby kompozycja osiągnęła około 80% związanej końcowej wytrzymałości w czasie godziny lub krótszym. Wiadomo, że szczególnie ważne jest, aby osiągnąć możliwie jak najmocniejsze wiązanie międzyfazowe pomiędzy żywicą i ścianą otworu oraz żywicą i elementem wzmacniającym, w okresie utwardzania. W szczególności, dogodne działanie zakleszczające osiągane przez przesunięcie warstw skały względem siebie zazwyczaj nie jest możliwe w tym okresie z uwagi na to, że strop został dopiero niedawno odsłonięty.

Norma ASTM F 432-94 zatytułowana „Standard Specification for Roof and Rock Bolts and Accessories” dostarcza Wskaźnik Szybkości dla chemicznych materiałów cementujących, który „wskazuje czas w sekundach od zakończenia mieszania do osiągnięcia poziomu zakotwienia 4000 funtów podczas badania” zgodnie z podanym w normie testem laboratoryjnym. Zgodnie z normą kompozycje cementujące identyfikuje się zgodnie z układem klasyfikacji wskaźnika szybkości podanym poniżej w Tabeli I, przy czym maksymalny czas utwardzania uzyskuje się przy obciążeniu 4000 funtów (1,81 tony).

Tabela I

Wskaźnik szybkości	Maksymalny czas utwardzania (s)
15	15
30	30
60	60
240	240
600	600
1000	>600

Jednakże, pomimo dostępności normy i związanego z nią trybu badania przy oznaczaniu maksymalnego czasu utwardzania, tryb badania jest stosunkowo rygorystyczny i w związku z tym czasochłonny i nie jest łatwy do realizacji w sposób procesyjny i w związku z tym może być drogi. Ponadto, podczas gdy norma ASTM przykładowo może wskazać, że konkretna kompozycja cementująca spełnia wymagania dla wskaźnika szybkości 15, co odpowiada maksymalnemu czasowi utwardzania 15 sekund, informacja ta nie ujawnia postępu reakcji kompozycji cementującej w odniesieniu do zestalania się w krótszym okresie czasu. Innymi słowy, choć w przypadku konkretnej kompozycji można ustalić, że spełnia ona wymagania dla wskaźnika szybkości 15, to kompozycja może osiągnąć stan zżelowania znacząco szybciej niż w ciągu sekund 15 i może być to niepożądane w danym zastosowaniu. Przykładowo, może być pożądane „osadzenie” sworznia w ciągu 15 sekund, ale nie o wiele szybciej niż w ciągu 15 sekund. Gdy kompozycja cementująca sworzeń „zżeluje”, nie można łatwo manewrować sworzniem w wywierconym otworze z uwagi na znaczną lepkość kompozycji cementującej.

W użytym tutaj znaczeniu określenia „kompozycja cementująca”, „układ cementujący”, „zaczyn cementujący” i „układ zaczynu cementującego” oznacza substancję, która twardniejąc kotwi element wzmacniający w przestrzeni. Przykładowo, kompozycja cementująca może być dostarczana w postaci wkładu z przedziałem mieszczącym żywicę poliestrową i przedziałem mieszczącym inicjator/katalizator, tak że gdy wkład zostanie rozerwany i żywica zmiesza się z inicjatorem/katalizatorem, element mocujący może zostać zakotwiony w przestrzeni.

Jednakże zarówno wskaźnik szybkości zgodnie z norma ASTM jak i czas żelowania pozostają istotne. Jest tak dlatego, że nawet jeśli zaczyn cementujący może zżelować, to taki zaczyn cementujący może nie utwardzić się w takim stopniu, aby mógł wytrzymać obciążenie pomiarowe 4000 funtów (1,81 tony), wymagane zgodnie z normą ASTM ze względu na bezpieczeństwo.

PL 227 838 B1

Przykładowo, w Stanach Zjednoczonych obecną praktyką jest nabywanie od producenta żywicy poliestrowej w stanie z dodanym wstępnie promotorem. Nabyta żywica ma określony czas żelowania, który po nabyciu może być nastawiany przez nabywcę z zastosowaniem promotorów lub inhibitorów w celu skrócenia lub wydłużenia czasu żelowania, aby spełnić niezbędne wymagania. Przykładowo, kompozycja oznaczona jako mająca wskaźnik szybkości 240 powinna mieć maksymalny czas utwardzania 240 sekund, ale nabywca może dodać promotor do kompozycji, aby zmienić wskaźnik szybkości na 180, który odpowiada maksymalnemu czasowi utwardzania 180 sekund. W związku z tym takie nastawianie wskaźnika szybkości (które zazwyczaj odpowiada nastawianiu czasu żelowania) z zastosowaniem promotora wykonuje się w sposób periodyczny, co wymaga zużycia całej partii żywicy przed dokonaniem dodatkowej zmiany czasu żelowania (jest tak dlatego, że na przemian do kompozycji nie można dodawać promotora, potem inhibitora, następnie ponownie promotora itd., oczekując, że dodanie zasadniczych ilości inhibitora nie wpłynie na zdolność kompozycji do utwardzania lub że czas żelowania można zwiększyć w dowolnym punkcie w zależności od wymagań). Na dodatek, czas żelowania jest zależny od stosunku żywicy do katalizatora. Zgodnie z tym podejściem, jeśli ilość katalizatora jest większa, czas żelowania jest krótszy i odwrotnie, jeśli ilość katalizatora jest mniejsza, czas żelowania jest dłuższy.

Przy produkcji, przykładowo, przez dostawcę żywicy może być dostarczana żywica o czasie żelowania 10 sekund. Jednakże dla producenta może być pożądane, aby mieć zbiorniki o pojemności 500 galonów (1,89 m³) z żywicą o czasie żelowania 10 sekund, 30 sekund i 60 sekund. W związku z tym 500 galonów (1,89 m³) żywicy 10 sekundowej można przepompować do zbiornika i wymieszać z inhibitorem lub promotorem, aby uzyskać partię żywicy 30 sekundowej. Jednakże zazwyczaj, gdy przygotuje się 500 galonów żywicy 30 sekundowej, wytwarza się wkłady aż do całkowitego zużycia partii.

Jednakże dla nabywcy niedogodne byłoby nabywanie żywicy związanej z czasem żelowania 10 sekund, przykładowo, a następnie dodawanie w sposób periodyczny inhibitora w celu zmodyfikowania czasu żelowania żywicy do 60 sekund. Jest tak dlatego, że w Stanach Zjednoczonych już są dostępne jako standardowy produkt żywice o czasie żelowania 60 sekund. Ponadto zazwyczaj nie jest dogodne dodawanie inhibitora w celu nastawienia czasu żelowania, gdyż przykładowo typowo wytwarza się żywicę poliestrową o standardowym czasie żelowania rzędu 20 minut; następnie promotor, który jest drogi, dodaje się do żywicy, aby zwiększyć jej reaktywność. W związku z tym nie ma sensu wydawać więcej pieniędzy, aby następnie zmniejszyć reaktywność żywicy przez dodanie inhibitora. Przez analogię, podobnie jak przy stosowaniu przyspieszenia i hamulców w samochodzie, nie ma sensu „dociskanie” pedału przyspieszenia (zwiększania reaktywności żywicy przez dodanie promotora), a następnie regulację prędkości jedynie za pomocą hamulców (zmniejszanie reaktywności żywicy przez dodanie inhibitora). Można to porównać z „normalnym” sposobem jazdy samochodem, gdy wzrost prędkości osiąga się przyrostowo wykorzystując pedał przyspieszenia; zazwyczaj, w przypadku żywic, reaktywność nastawia się przyrostowo dodając promotor.

Powszechnie wychodzi się z żywicy o czasie żelowania 20 minut, po czym dodaje się do żywicy promotor do uzyskania czasu żelowania 60 sekund.

Powszechnie jest również, że ma się żywicę o czasie żelowania 10 sekund i inhibituje się żywicę do czasu żelowania 20 sekund lub ma się żywicę o czasie żelowania 30 sekund i inhibituje się żywicę do czasu żelowania 45 sekund. Ale w odniesieniu do pierwszego przypadku, przykładowo, nawet przy czasie żelowania 20 sekund żywica miałaby wskaźnik szybkości 30 sekund, co oznacza, że operator w kopalni nie mógłby przyłożyć obciążenia do sworznia zalanego żywicą przez całe 30 sekund, a nie 20 sekund.

Z tego względu w celu nastawienia czasu żelowania układów cementujących do podpór stropów kopalnianych, znane jest wstrzykiwanie promotora do żywicy. Znane jest również odrębne wytwarzanie dwóch różnych partii żywic, tak że każda partia ma inny czas żelowania, oraz odrębne pompowanie dwóch żywic do wkładu foliowego, tak aby uzyskać wkład układu cementującego o dwóch szybkościach. Aby rozróżnić, na którym końcu znajduje się żywica o określonej szybkości, często dodaje się barwnik do co najmniej jednej z żywic, ale niestety żywica ma nieco ciemne zabarwienie, tak że dodanie barwnika może być trudne do rozpoznania. Użycie środka barwiącego w żywicy wymaga znacząco więcej środka barwiącego niż użycie go w inhibitorze. Jest tak dlatego, że żywica jest ciemniejsza i z tego względu potrzeba więcej środka barwiącego, aby osiągnąć dostrzegalną wzrokiem różnicę, gdyż zmiana kontrastu jest niewielka. Ponadto we wkładzie z dwoma żywicami, przykładowo, 70% objętościowych wkładu może zajmować żywica, a 30% może zajmować katalizator.

PL 227 838 B1

Zatem, w porównaniu, wymagana może być ponad dwukrotnie większa ilość środka barwiącego z uwagi na ponad dwukrotnie większą ilość żywicy w porównaniu z katalizatorem.

Podstawowe systemy podpierania stropu w kopalniach węgla kamiennego obejmują kołnierzowe sworznie zbrojeniowe zazwyczaj o długości 4 do 6 (1,22-1,83 m) stóp i o średnicy % i % cala (1,90 cm i 1,60 cm) cala, stosowane w połączeniu z żywicą cementującą w otworach o średnicy 1 cala (2,54 cm).

Zazwyczaj cementowanie osiąga się przez zastosowanie wieloprzedziałowych wkładów z żywicą. Wiele takich znanych wkładów ujawniono w opisach patentowych U.S. nr 3 861 522, dla Llewellyna, 4 239 105, dla Gilberta, oraz w publikacji zgłoszenia patentowego U.S. nr US 2007/0017832 A1, dla Simmonsa i in. Jak to omówiono powyżej, wieloprzedziałowe wkłady są skonstruowane tak, aby utrzymywać osobno zdolną do polimeryzacji żywicę i katalizator, aż do momentu, gdy wkład, po umieszczeniu w wywierconym otworze, zostaje celowo zniszczony przez sworzeń stropu kopalnianego, który zostaje również wstawiony do wywierconego otworu. Gdy żywica i katalizator wymieszają się (na skutek zniszczenia, a także wirowania sworznia w wywierconym otworze), a następnie utwardzą się, sworzeń będzie utrzymywany na miejscu.

W pewnych znanych urządzeniach i sposobach wytwarzania dzielonych pakietów z folii, takich jak wkłady na wieloskładnikową żywicę, wykonuje się serię wkładów i następnie przycina się je przy głowicy zaciskającej związanej z urządzeniem do formowania pakietu lub w operacji odrębnej od operacji formowania wkładu, czyli poza linią z zastosowaniem przecinaka, odrębnie od głowicy zaciskającej. W szczególności, wkłady oddziela się jeden od drugiego w pobliżu ich zaciskanych końców, czyli w pobliżu obszarów przeciwległych końców wkładów, z których każdy jest zaciśnięty tak, aby utrzymywać żywicę i katalizator w pakiecie. W związku z tym, przed rozdzieleniem sąsiednie wkłady mają dwa zaciski sąsiadujące ze sobą z kawałkiem pakietu wkładu znajdującym się pomiędzy nimi. Cięcie wykonuje się pomiędzy sąsiadującymi zaciskami w celu rozdzielenia wkładów.

Istota wynalazku

Objęty wynalazkiem sposób nastawiania czasu żelowania układu cementującego stosowanego do kotwienia wzmocnienia w kopalni polega na tym, że dodaje się inhibitor wolnych rodników, wybrany z grupy obejmującej naftochinon, hydrochinon, mono-trzeciorzędowy butylofenol, mono-trzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i parakrezol, katechol, rezorcynol, eugenol, gwajakol, i ich mieszaniny, do inicjatora układu cementującego typu nadtlenkowego, wybranego z grupy obejmującej nadtlenek benzoilu, nadtlenek cykloheksanonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tert-butylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu, nadtlenek ketonu metylowo etylowego, nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu, i ich mieszaniny, przy czym inhibitor wolnych rodników i inicjator typu nadtlenkowego znajdują się razem w pierwszym przedziale wieloprzedziałowego pakietu, możliwego do rozerwania.

Korzystnie jako inicjator typu nadtlenkowego stosuje się katalizator mastyki typu nadtlenkowego.

W korzystnym wykonaniu inicjator typu nadtlenkowego zawiera nadtlenek benzoilu.

Korzystnie inhibitor wolnych rodników wybiera się z grupy obejmującej naftochinon i hydrochinon.

Korzystnie układ cementujący zawiera ponadto żywiczną mastykę w drugim przedziale wieloprzedziałowego pakietu, możliwego do rozerwania.

W korzystnym wykonaniu żywiczna mastyka zawiera poliester z monomerem styrenowym jako środkiem sieciującym.

W innym wariancie wykonania wynalazku sposób nastawiania czasu żelowania układu żywica-katalizator stosowanego do kotwienia wzmocnienia w kopalni polega na tym, że dodaje się inhibitor wolnych rodników, wybrany z grupy obejmującej naftochinon, hydrochinon, mono-trzeciorzędowy butylofenol, mono-trzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i para-krezol, katechol, rezorcynol, eugenol, gwajakol, i ich mieszaniny, do katalizatora typu nadtlenkowego, wybranego z grupy obejmującej nadtlenek benzoilu, nadtlenek cykloheksanonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tert-butylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu, nadtlenek ketonu metylowo etylowego, nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu, i ich mieszaniny, oddzielonego w układzie od nienasyconej żywicy poliestrowej rozpuszczonej w odpowiednim etylenowo nienasyconym monomerze lub mieszaninie monomerów, takim jak styren, alfa-metylostyren, winylotoluen i metakrylan metylu.

Inny aspekt wynalazku stanowi sposób kotwienia wzmocnienia w kopalni, obejmujący wykonanie wywierconego otworu, i wstawienie kapsuły w wywiercony otwór, polegający na tym, że kapsuła zawiera (1) pierwszą sekcję z zawartą żywiczną mastyką zawierającą nienasyconą żywicę poliestrową

PL 227 838 B1 rozpuszczoną w odpowiednim etylenowo nienasyconym monomerze lub mieszaninie monomerów, takim jak styren, alfa-metylostyren, winylotoluen i metakrylan metylu, oraz (2) drugą sekcję z zawartym w niej katalizatorem mastyki typu nadtlenkowego, wybranym z grupy obejmującej nadtlenek benzoilu, nadtlenek cykloheksanonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tert-butylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu, nadtlenek ketonu metylowo etylowego, nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu, i ich mieszaniny, i inhibitorem wolnych rodników, wybranym z grupy obejmującej naftochinon, hydrochinon, mono-trzeciorzędowy butylofenol, mono-trzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i para-krezol, katechol, rezorcynol, eugenol, gwajakol, i ich mieszaniny, przy czym inhibitor wolnych rodników umieszcza się tylko w części katalizatora mastyki typu nadtlenkowego w drugiej sekcji; wstawia się wzmocnienia w wywiercony otwór; obraca się wzmocnienia aż do przebicia kapsuły i wymieszania żywicznej mastyki, katalizatora mastyki i inhibitora; i utrzymuje się wzmocnienia nieruchomo przez pierwszy okres czasu.

Korzystnie, gdy kapsułę wstawia się w wywiercony otwór, to koniec kapsuły styka się z zamkniętym końcem wywierconego otworu.

Korzystnie kapsułę i wzmocnienie wstawia się w wywiercony otwór w tym samym czasie.

Powyższy sposób korzystnie obejmuje ponadto naprężanie wzmocnienia po pierwszym okresie czasu.

Jeszcze inny aspekt wynalazku stanowi układ cementujący do kotwienia wzmocnienia w kopalni, obejmujący pakiet zawierający element rurowy wykonany z folii polimerowej i posiadający odrębne przedziały pierwszy i drugi, oraz żywiczną mastykę zawierającą nienasyconą żywicę poliestrową rozpuszczoną w odpowiednim etylenowo nienasyconym monomerze lub mieszaninie monomerów, takim jak styren, alfa-metylostyren, winylotoluen i metakrylan metylu, umieszczoną w pierwszym przedziale, przy czym katalizator mastyki typu nadtlenkowego, wybrany z grupy obejmującej nadtlenek benzoilu, nadtlenek cykloheksanonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tert-butylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu, nadtlenek ketonu metylowo etylowego, nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu, i ich mieszaniny, i inhibitor wolnych rodników, wybrany z grupy obejmującej naftochinon, hydrochinon, mono-trzeciorzędowy butylofenol, monotrzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i para-krezol, katechol, rezorcynol, eugenol, gwajakol, i ich mieszaniny, są umieszczone w drugim przedziale.

W korzystnym wykonaniu powyższego układu cementującego katalizator mastyki typu nadtlenkowego zawiera nadtlenek benzoilu.

W korzystnym wykonaniu powyższego układu cementującego inhibitor wolnych rodników zawiera naftochinon.

Korzystnie układ cementujący według wynalazku zawiera ponadto środek barwiący w pierwszym przedziale.

Korzystnie środkiem barwiącym jest barwnik.

Korzystnie żywiczna mastyka zawiera poliester z monomerem styrenowym jako środkiem sieciującym.

Korzystnie żywiczna mastyka zawiera metakrylan metylu.

W korzystnym wykonaniu powyższego układu cementującego drugi przedział zawiera pierwszą część, w której umieszczone są zarówno katalizator mastyki typu nadtlenkowego jak i inhibitor wolnych rodników, oraz drugą część, w której umieszczony jest katalizator mastyki typu nadtlenkowego bez inhibitora.

W korzystnym wykonaniu powyższego układu cementującego co najmniej jeden składnik spośród katalizatora mastyki i żywicznej mastyki zawiera wapień.

Inny aspekt wynalazku stanowi sposób osiągania równomiernego zestalenia układu żywicakatalizator, stosowanego do kotwienia wzmocnienia w kopalni, polegający na tym, że dodaje się inhibitor wolnych rodników, wybrany z grupy obejmującej naftochinon, hydrochinon, mono-trzeciorzędowy butylofenol, mono-trzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i para-krezol, katechol, rezorcynol, eugenol, gwajakol, i ich mieszaniny, do katalizatora typu nadtlenkowego, wybranego z grupy obejmującej nadtlenek benzoilu, nadtlenek cykloheksanonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tert-butylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu, nadtlenek ketonu metylowo etylowego, nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu, i ich mieszaniny, oddzielonego od nienasyconej żywicy poliestrowej rozpuszczonej w odpowiednim etylenowo nienasyconym monomerze lub mieszaninie monomerów, takim jak styren, alfa-metylostyren, winylotoluen

PL 227 838 B1 i metakrylan metylu, w układzie żywica-katalizator, tak że czas żelowania układu jest niezależny od stosunku żywicy do katalizatora, przy czym stosunek żywicy do katalizatora wynosi od 1:1 do 9:1.

Korzystnie stosunek żywicy do katalizatora typu nadtlenkowego wynosi od 1,5:1 do 4:1.

Korzystnie katalizator typu nadtlenkowego zawiera nadtlenek benzoilu.

Korzystnie inhibitor wolnych rodników zawiera naftochinon .

Krótki opis rysunków

Korzystne cechy niniejszego wynalazku są ujawnione na załączonych rysunkach, przy czym:

FIG. 1 przedstawia przykładową postać operacji formowania wkładu;

FIG. 2 przedstawia inną przykładową postać operacji formowania wkładu;

FIG. 3 przedstawia jeszcze inną przykładową postać operacji formowania wkładu; a

FIG. 4 przedstawia przykładową postać wkładu z układem cementującym o dwóch szybkościach.

Szczegółowy opis korzystnych postaci wykonania

Typowe jest modyfikowanie czasu żelowania przez zastosowanie promotorów lub inhibitorów w żywicznej mastyce stosowanej w układach żywic poliestrowych o dwóch szybkościach do podpór stropów kopalnianych. Zarówno promotor jak i inhibitor można dodawać do żywicy w celu nastawienia czasu żelowania. Jednak dogodnie i nieoczekiwanie stwierdzono, że inhibitor można dodawać do katalizatora w takich układach, nie tylko bez niekorzystnego wpływu na właściwości użytkowe, ale z potencjalnymi korzystnymi konsekwencjami. W szczególności, zarówno żywiczna mastyka jak i katalizator, stosowane w układzie żywic o dwóch szybkościach, zawierają wypełniacz. Wiadomo, że katalizatory, takie jak nadtlenek benzoilu (BPO), w układzie wodnym lub olejowym, są nietrwałe przy stosowaniu z pewnymi wypełniaczami, takimi jak wapień. W szczególności, jeśli nie jest to wapień o wysokiej czystości jako wypełniacz, BPO może rozkładać się. Choć nie wiadomo z pewnością, dlaczego następuje taki rozkład, sądzi się, że jest to związane z obecnością żelaza jako zanieczyszczenia w wapieniu. Ale nieoczekiwanie stwierdzono, że dodanie inhibitora, takiego jak naftochinon (NQ) do katalizatora BPO z wapieniem jako wypełniaczem spowalnia i/lub w znacznym stopniu zapobiega rozkładowi, w porównaniu z tym, co stwierdzono w przypadku katalizatora bez dodanego inhibitora. Zazwyczaj uprzednio sądzono, że modyfikacji czasu żelowania w przypadku układu żywic poliestrowych o dwóch szybkościach do podpór stropów kopalnianych nie można dokonać przez modyfikację katalizatora, z uwagi na jego nietrwałość i wiadomo było, że nietrwałość katalizatora może nasilić się w wyniku dodania promotorów. Ale nieoczekiwanie stwierdzono, że inhibitor można dodawać do żywicy lub do katalizatora w takich układach w celu nastawienia czasu żelowania, przy czym dodatek do katalizatora zawierającego wapień jako wypełniacz w rzeczywistości poprawia trwałość katalizatora. Z uwagi na to, że żywica i katalizator ostatecznie zostają wymieszane, gdy kapsuła, w której się one znajdują, zostanie rozerwana podczas instalowania podpory stropu kopalnianego, że inhibitor można umieścić w żywicy lub katalizatorze. Taką modyfikację kompozycji żywicy i/lub katalizatora przez dodanie do nich inhibitora można przeprowadzić w operacji produkcyjnej prowadzonej w sposób ciągły, albo alternatywnie można tego dokonywać periodycznie.

Z uwagi na to, że inhibitor można dodawać w sposób ciągły w celu nastawienia czasu żelowania „in situ”, można dokonać natychmiastowej modyfikacji czasu żelowania z równoczesną możliwością dostępności pojedynczego wkładu z dwoma różnymi czasami żelowania. Taki wkład cementujący o dwóch szybkościach jest szczególnie przydatny w przypadku systemów sworzni z naprężaniem obrotowym.

Nie jest również typowe w przypadku producentów katalizatorów dodawanie inhibitora do katalizatora, gdyż pożądane jest, aby katalizator był szybko działający. Przykładowo, za zwyczaj producenci katalizatorów przyjmują, że BPO powinien rozkładać się i katalizować reakcję możliwie jak najszybciej, w związku z tym w zwykłej praktyce nie zaleca się dodawania inhibitora do katalizatora. Jednakże zgodnie z niniejszym wynalazkiem dogodnie dodaje się inhibitor do katalizatora.

Inna zaleta dodawania inhibitora do katalizatora, a nie do żywicy w układach cementujących stosowanych w podporach stropów w kopalniach dotyczy znaczącej różnicy w lepkości żywicy i katalizatora. Przy pomiarze przy danej szybkości ścinania lepkość żywicy stosowanej w takich układach cementujących jest znacząco większa od lepkości katalizatora, czyli żywica jest zazwyczaj o wiele bardziej gęsta niż katalizator. Gdy wkład z układem cementującym przebijany jest przez element wzmocnienia w wywierconym otworze, katalizator preferencyjnie rozprasza się w kierunku dna wywierconego otworu, gdyż jest rzadszy niż żywica, co powoduje mniejszą ilość katalizatora na szczycie wywierconego otworu, gdzie wymagane jest początkowe zestalanie i kotwienie (czyli układ cementujący

PL 227 838 B1 zubożony w katalizator na szczycie wywierconego otworu i bogaty w katalizator na dnie wywierconego otworu). Przykładowo, można wychodzić od kompozycji cementującej z 70% żywicy i 30% katalizatora. Z uwagi na różnice w lepkości i preferencyjne przemieszczanie („wstrzykiwanie”) katalizatora w kierunku dna wywierconego otworu w pobliżu strony naprężania obrotowego, gdzie przykładowo nakrętkę nakłada się na sworzeń kopalniany, kompozycja w szczycie otworu może zawierać 80% żywicy i 20% katalizatora, a kompozycja na dnie otworu może zawierać 60% żywicy i 40% katalizatora. W efekcie zaczyn cementujący w szczycie wywierconego otworu mógłby żelować wolno, podczas gdy zaczyn cementujący na dnie otworu mógłby żelować szybko, co jest przeciwne do pożądanego zachowania w systemach podporowych z napinaniem obrotowym. W związku z tym niejednorodne rozmieszczenie żywicy i katalizatora między szczytem i dnem, jak to opisano powyżej, jest niepożądane.

Jednak w wyniku dodania inhibitora do katalizatora preferencyjne przemieszczanie się katalizatora w kierunku dna można „zrównoważyć” zwiększonym stopniem inhibitowania, które występuje w tym obszarze (czyli gdzie byłoby więcej katalizatora, byłoby więcej inhibitora), tak że można osiągnąć zasadniczo równomierny czas żelowania na całej długości wkładu. W pewnych zastosowaniach pożądane jest, aby związanie sworznia następowało równomiernie na całej jego długości. W związku z tym niewielką ilość inhibitora można dodać do partii katalizatora, tak że stosunek żywicy do katalizatora dogodnie nie będzie miał wpływu na czas żelowania, czyli czas żelowania jest niezależny od ilości żywicy i ilości katalizatora we wkładzie.

Innymi słowy, niewielka ilość inhibitora dodanego do katalizatora powoduje, że czas żelowania jest prawie niezależny od stosunku żywicy to katalizatora zazwyczaj występującego w układach cementujących podpory stropów kopalnianych. Dodatek katalizatora powoduje zwiększenie szybkości reakcji, ale zwiększenie ilości inhibitora w katalizatorze spowalnia reakcję. Gdy te dwa czynniki zrównoważą się, szybkość reakcji staje się niezależna od stosunku katalizatora do żywicy.

Zazwyczaj stosuje się stosunek żywicy do katalizatora w układach cementujących podpory stropów kopalnianych wynoszący 70 do 30. Inne przykładowe stosunki żywicy do katalizatora w takich systemach obejmują, przykładowo, 85:15, 75:25 i 65:35.

Potencjalne żywice do stosowania w opisanych tutaj układach obejmują, ale nie wyłącznie, poliester z monomerem styrenowym jako środkiem sieciującym, a także akrylany i żywice akrylowe oraz ich połączenia, nienasycone żywice poliestrowe rozpuszczone w odpowiednim etylenowo nienasyconym monomerze lub mieszaninie monomerów, takim jak styren, alfa-metylostyren, winylotoluen i metakrylan metylu. Potencjalne żywice podano w opisie patentowym U.S. nr 3 731 791, dla Fourcade i innych, zatytułowanym „Securing of Fixing Elements, such as Anchor Bolts” oraz US 7 411 010 B2, dla Kisha i.in., zatytułowanym „Composition for Anchoring a Material in or to Concrete or Masonry”, których całą zawartość wprowadza się niniejszym przez powołanie.

Potencjalne katalizatory do stosowania w opisanych tutaj układach obejmują, ale nie wyłącznie, typy nadtlenków, takich jak nadtlenek benzoilu (ang. benzoyl peroxide, BPO) w układzie wodnym lub olejowym. Inne takie inicjatory obejmują nadtlenek cykloheksonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tert-butylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu i tym podobne, nadtlenek ketonu metylowo etylowego, a także nadtlenki nieorganiczne, same lub w mieszaninie z nadtlenkami organicznymi, takie jak nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu. Potencjalne inicjatory są zestawione w opisie patentowym U.S. nr 3 324 663, dla McLeana, zatytułowanym „Rock Bolting”, którego całą zawartość wprowadza się niniejszym przez powołanie. W użytym tutaj znaczeniu określenia „katalizator” i „inicjator” oznaczają substancję, która inicjuje polimeryzację i ewentualnie jest zużywana w trakcie polimeryzacji.

Potencjalne inhibitory do stosowania w opisanych tutaj układach obejmują, ale nie wyłącznie, naftochinon (ang. naphthoquinone, NQ), a także hydrochinon, monoalkilofenole, w tym monotrzeciorzędowy butylofenol, mono-trzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i para-krezol, wyższe alkilofenole, fenole wielohydroksylowe, obejmujące katechol, rezorcynol i częściowo alkilowane fenole wielohydroksylowe, obejmujące eugenol, gwajakol i ich mieszaniny, wymienione w opisie patentowym U.S. nr 3 324 663, dla McLeana, zatytułowanym „Rock Anchoring”, wprowadzonym powyżej przez powołanie. Można także stosować inne inhibitory wolnych rodników. W użytym tutaj znaczeniu określenie „inhibitor” oznacza substancję, która zmniejsza szybkość polimeryzacji.

W jednym doświadczeniu inhibitor naftochinon (NQ) dodano do 1 kg katalizatora, który zawierał 2% wag. aktywnego nadtlenku benzoilu i 1,6% wag. nośnika nadtlenku benzoilu, 80% wag. wapienia, 16,1% wag. wody i 0,3% wag. zagęszczacza (hydroksyetylocelulozy). Do mieszaniny katalizator/inhibitor

PL 227 838 Β1 dodano składnik żywiczny, który zawierał około 15% wag. nienasyconej żywicy poliestrowej (handlowy gatunek żywicy poliestrowej Polylite z Reichhold Inc.) i 85% wag. wapienia jako wypełniacza.

W badaniach pięć próbek składnika żywicznego zważono w porcjach po 13 gramów w kubeczku z tworzywa sztucznego. Kubeczki umieszczono w łaźni wodnej o stałej temperaturze 25°C na 1 godzinę. Próbkę każdej mieszaniny katalizator/inhibitor zawierającej jedną z mieszanin z poniższej Tabeli II odważono w porcjach po 7 gramów do kubeczka z tworzywa sztucznego. Kubeczek również umieszczono w łaźni wodnej na 1 godzinę. Po upływie 1 godziny dwa składniki (czyli inhibitowany katalizator i składnik żywiczny) połączono i szybko wymieszano ręcznie za pomocą łopatki aż do zżelowania. Czas od rozpoczęcia mieszania do zżelowania próbki mierzono i rejestrowano z dokładnością do 1/10 sekundy. Test ten powtarzano trzykrotnie i średni czas żelowania dla danej ilości NQ podano poniżej w Tabeli II. W szczególności czas żelowania w funkcji liczby gramów inhibitora dodanego do katalizatora podano poniżej w Tabeli II:

Tabela II

Gramy NQ	Czas żelowania (s)
0	12, 0
0,371	20,6
0,557	24,7
0,753	28,1
1, 114	38,1

Jak to wynika z Tabeli II, czas żelowania można dogodnie nastawiać w szerokim zakresie dodając inhibitor do katalizatora. W związku z tym można dopasować wskaźniki szybkości w szerokim zakresie dokonując nastawienia katalizatora z zastosowaniem inhibitora.

W odniesieniu do opisanego powyżej oznaczania czasu żelowania dotyczącego wyników podanych w Tabeli II, „czas żelowania” użyty jako określenie w tym opisie patentowym, oznacza się zgodnie z tym testem.

Potencjalne wypełniacze do stosowania w opisanych tutaj układach obejmują, ale nie wyłącznie, wapień, popiół lotny, piasek i talk. Dodatkowe wypełniacze obejmują kalcyt, granit, bazalt, dolomit, andezyt, skalenie, amfibole, pirokseny, oliwin, tlenki żelaza, gabro, riolit, sjenit, dioryt, doleryt, perydotyt, trachit, obsydian, kwarc, kamionkę, żużel, zgorzelinę, popiół lotny, stłuczkę szklaną i materiały włókniste, takie jak cięty drut metalowy (korzystnie stalowy), włókna szklane, azbest, bawełna oraz włókna poliestrowe i aramidowe. Potencjalne wypełniacze wymieniono w opisie patentowym U.S nr 4 280 943, wymienionym i wprowadzonym w innym miejscu przez powołanie.

Potencjalne środki żelujące i zagęszczające do stosowania w opisanych tutaj układach obejmują, ale nie wyłącznie, hydroksyetylocelulozę (HEC), a także metylocelulozę i hydroksypropylometylocelulozę dostępną z Dow Chemical Company, jak również inne polimery na bazie wodnej. Takie środki zagęszczające są w szczególności stosowane z katalizatorem, aby zapobiec osiadaniu wypełniacza (np. wapienia). Ponadto inne takie środki obejmują karboksymetylocelulozy, polialkohole winylowe, skrobie, polimery karboksywinylowe oraz inne substancje kleiste i żywice, takie jak galaktomannany (np. gumę guar), poliakryloamidy i politlenki etylenu. Takie potencjalne środki są wymienione w opisie patentowym U.S nr 4 280 943, wymienionym i wprowadzonym w innym miejscu przez powołanie.

Liczba pomp używanych podczas produkcji wkładów z układem żywic o dwóch szybkościach stanowi również ważny aspekt. Pompy mogą być wyjątkowo drogie, a ponadto muszą być konserwowane. Na dodatek, przy przestawianiu produkcji układów cementujących o różnych czasach żelowania, układ pomp wymaga czyszczenia. Pompy są nie tylko trudne do oczyszczenia, ale trudno jest również usunąć wszystkie pozostałości z towarzyszących rur. Powoduje to powstanie produktu wybrakowanego/odpadowego (np. setki funtów materiału), którego nie można sprzedać z uwagi na nieodpowiedni skład, a także straty w czasie produkcji. W związku z tym, gdyby można było zmniejszyć liczbę pomp niezbędnych w produkcji wkładów, można byłoby osiągnąć znaczące oszczędności w kosztach początkowych i bieżących, a także oszczędności czasu.

PL 227 838 B1

W pierwszej przykładowej postaci procesu produkcyjnego stosuje się trzy pompy w produkcji wkładów z układem żywic o dwóch szybkościach. W szczególności, dwie z pomp są przeznaczone do dostarczania żywic o różnych szybkościach, a konkretnie pierwsza pompa do żywicy o krótkim czasie żelowania oraz druga pompa do żywicy o długim czasie żelowania. Trzecia pompa jest przeznaczona do dostarczania katalizatora. Przykładowo, wkład z układem żywic o dwóch szybkościach można wytwarzać w sposób pokazany przykładowo na FIG. 1. W szczególności, wolno żelującą żywiczną mastykę w zbiorniku 1 pompuje się pompą 3, katalizator mastyk w zbiorniku 2 pompuje się pompą 4, a szybko żelującą żywiczną mastykę w zbiorniku 10 pompuje się pompą 11. Dwuprzedziałowy wkład 9 podpory kopalnianej zawiera przedział 7 żywicy i przedział 8 katalizatora. Żywiczna mastyka ze zbiorników 1, 10 pompowana jest odpowiednio pompami 3, 11, przez rurę napełniającą żywicy 5 do przedziału 7. Katalizator mastyki ze zbiornika 2 pompowany jest pompą 4 przez rurę napełniającą katalizatora 6 do przedziału 8. Ciągła folia doprowadzana jest do formowania wkładu 9, a katalizator mastyki jest pompowany w sposób ciągły do przedziałów 8 katalizatora w kolejnych wkładach, zaś pompy 3, 11 są na przemian włączane i wyłączane, aby napełnić każdy przedział częściowo żywicy żywiczną mastyką o powolnym żelowaniu i częściowo żywiczną mastyką o szybkim żelowaniu.

W drugiej przykładowej postaci procesu produkcyjnego, stosuje się dwie pompy do wytwarzania wkładu z układem żywic o dwóch szybkościach. W szczególności, pierwsza pompa jest przeznaczona do dostarczania żywicy, a druga pompa jest przeznaczona do dostarczania katalizatora. Promotor można dodawać, przykładowo, do połowy (lub innej ilości) sekcji żywicy we wkładzie w celu osiągnięcia żądanych dwóch szybkości. Przykładowo, wkład z układem cementującym o dwóch szybkościach można wytwarzać w sposób przedstawiony przykładowo na FIG. 2. W szczególności żywiczną mastykę o powolnym żelowaniu w zbiorniku 21 pompuje się pompą 23, katalizator mastyki w zbiorniki 22 pompuje się pompą 24, a promotor w zbiorniku 32 pompuje się pompą 33. Dwuprzedziałowy wkład 29 podpory kopalnianej zawiera przedział 27 żywicy i przedział 28 katalizatora. Żywiczną mastykę ze zbiornika 21 pompuje się pompą 23 przez rurę napełniającą żywicy 25 do przedziału 27. Katalizator mastyki ze zbiornika 22 pompuje się pompą 24 przez rurę napełniającą katalizatora 26 do przedziału 28. Ciągła folia doprowadzana jest do formowania wkładu 29, a katalizator mastyki jest pompowany w sposób ciągły do przedziałów 28 kolejnych wkładów, przy czym pompa 33 jest na przemian włączana i wyłączana w celu dodawania promotora do części strumienia żywicznej mastyki ze zbiornika 21, tak że każdy przedział 27 żywicy jest napełniony częściowo żywiczną mastyką o powolnym żelowaniu (bez promotora) i częściowo żywiczną mastyką o szybkim żelowaniu (z promotorem).

W trzeciej przykładowej postaci procesu produkcyjnego, stosuje się dwie pompy do wytwarzania wkładu z układem żywic o dwóch szybkościach. W szczególności, pierwsza pompa jest przeznaczona do dostarczania żywicy, a druga pompa jest przeznaczona do dostarczania katalizatora. Inhibitor można dodawać, przykładowo, do połowy (lub innej ilości) sekcji żywicy we wkładzie w celu osiągnięcia żądanych dwóch szybkości. Przykładowa postać pokazana na FIG. 2 jest przydatna w tej trzeciej przykładowej postaci, z tym, że w tym przypadku inhibitor w zbiorniku 32 pompuje się pompą 33, przy czym pompa 33 jest na przemian włączana i wyłączana w celu dodawania inhibitora do części strumienia żywicznej mastyki ze zbiornika 21, tak że każdy przedział 27 żywicy jest napełniony częściowo żywiczną mastyką o powolnym żelowaniu (z inhibitorem) i częściowo żywiczną mastyką o szybkim żelowaniu (bez inhibitora).

W czwartej przykładowej postaci procesu produkcyjnego, stosuje się dwie pompy do wytwarzania wkładu z układem żywic o dwóch szybkościach. W szczególności pierwsza pompa dostarcza żywicę, a druga pompa dostarcza katalizator. Inhibitor wstrzykuje się do katalizatora, przykładowo, do połowy (lub innej ilości) sekcji katalizatora we wkładzie w celu osiągnięcia żądanych dwóch szybkości (podwójnej szybkości). Ta postać jest łatwiejsza do zabarwienia barwnikiem, gdyż barwnik jest zawarty w katalizatorze i dogodnie zapewnia większą trwałość katalizatora. Ponadto dogodne jest dodawanie barwnika i inhibitora razem, gdyż użytkownik będzie mieć bezwzględny wskaźnik wizualny, że inhibitor został dodany do katalizatora (czyli dogodne jest barwienie chemiczne, przykładowo z zastosowaniem wstrzykiwanego inhibitora). Przykładowo , wkład z układem cementującym o dwóch szybkościach można wytwarzać w sposób pokazany przykładowo na FIG. 3. W szczególności, żywiczną mastykę o powolnym żelowaniu w zbiorniku 41 pompuje się pompą 43, katalizator mastyki w zbiorniku 42 pompuje się pompą 44, a inhibitor w zbiorniku 54 pompuje się pompą 55. Dwuprzedziałowy wkład 49 podpory kopalnianej zawiera przedział 47 żywicy i przedział 48 katalizatora.

PL 227 838 B1

Żywiczną mastykę ze zbiornika 41 pompuje się pompą 43 przez rurę napełniającą żywicy 45 do przedziału 47. Katalizator mastyki ze zbiornika 42 pompuje się pompą 44 przez rurę napełniającą katalizatora 46 do przedziału 48. Ciągła folia doprowadzana jest do formowania wkładu 49, a katalizator mastyki jest pompowany w sposób ciągły do przedziałów 48 kolejnych wkładów, przy czym pompa 55 jest na przemian włączana i wyłączana w celu dodawania części strumienia katalizatora mastyk ze zbiornika 42 tak, że część każdego przedziału 48 katalizatora jest napełniona katalizatorem z inhibitorem, a część jest napełniona katalizatorem bez inhibitora.

W czwartej postaci, przykładowo, można formować wkłady zaczynu cementującego przez taktowanie głowicy zaciskającej z wytworzeniem pakietu, tak że wkład ma pierwszą sekcję 62 katalizatora, która zawiera inhibitor, oraz drugą sekcję 64 katalizatora, która nie zawiera inhibitora, a także sekcję żywicy, uzyskując w ten sposób wkład cementujący o dwóch szybkościach. Pokazano to na FIG. 4.

W piątej przykładowej postaci procesu produkcyjnego, stosuje się dwie pompy do wytwarzania wkładu z układem żywic o dwóch szybkościach. W szczególności, pierwsza pompa dostarcza żywicę, a druga pompa dostarcza katalizator. Inhibitor wstrzykuje się do katalizatora, przykładowo, do połowy (lub innej ilości) sekcji katalizatora we wkładzie w celu osiągnięcia żądanych dwóch szybkości (podwójnej szybkości). Do części z inhibitorem sekcji katalizatora wstrzykuje się odrębny barwnik niż do sekcji katalizatora bez inhibitora (czyli z katalizatorem stosuje się dwa barwniki). Przykładowa postać pokazana na FIG. 3 dotyczy tej piątej przykładowej postaci, z tym, że w tym przypadku środek barwiący wstrzykuje się z inhibitorem do części strumienia katalizatora mastyki ze zbiornika 42, tak że część każdego przedziału 48 katalizatora jest napełniona katalizatorem z inhibitorem i środkiem barwiącym, a część jest napełniona katalizatorem bez inhibitora i środka barwiącego.

W szóstej przykładowej postaci procesu produkcyjnego, stosuje się dwie pompy do wytwarzania wkładu z układem żywic o jednej szybkości. W szczególności, pierwsza pompa dostarcza żywicę, a druga pompa dostarcza katalizator. Inhibitor wstrzykuje się do katalizatora. Zaletę takiej postaci stanowi to, że możliwe jest nastawianie czasu żelowania in situ przez dodanie inhibitora do katalizatora w urządzeniu do pakowania wkładów, a nie w zbiornikach magazynowych, które zawierają kompozycje o określonych czasach żelowania. Taką postać można również zrealizować w sposób pokazany przykładowo na FIG. 3.

W siódmej przykładowej postaci procesu produkcyjnego można wytwarzać układ żywic o trzech lub większej liczbie szybkości. Taką postać można również zrealizować w sposób pokazany przykładowo na FIG. 3, przez nastawianie szybkości pompy 55 w odrębnych etapach, np. w celu osiągnięcia dużej prędkości, średniej prędkości i małej prędkości.

W ósmej przykładowej postaci procesu produkcyjnego można wytwarzać jeszcze inaczej układ żywic o trzech lub większej liczbie szybkości. Taką postać można również zrealizować w sposób pokazany przykładowo na FIG. 3, przez regulację szybkości pompy 55 w sposób ciągły przy napełnianiu wkładu, np. w celu osiągnięcia zmiany szybkości dzięki gradientowi wzdłuż wkładu. Przykładowo, szybkość wkładu na jednym końcu może wynosić 10 sekund i stopniowo zmieniać się do szybkości 60 sekund na drugim końcu.

W dziewiątej przykładowej postaci szybkość żywicy można nastawiać tak, aby osiągnąć wiele szybkości, oraz szybkość katalizatora można nastawiać tak, aby osiągnąć wiele szybkości, przykładowo przez wstrzykiwanie promotora lub inhibitora do żywicy, która wypełnia przedział żywicy, oraz wstrzykiwanie promotora lub inhibitora do katalizatora, który wypełnia przedział katalizatora. Takie nastawianie szybkości można wykonywać w odrębnych etapach lub w sposób ciągły.

Gdy środek barwiący wstrzykuje się przykładowo do katalizatora, to środek barwiący dla jednej części może być żółty, a do drugiej części można wstrzykiwać dodatkowy środek barwiący lub inny środek barwiący. Różne środki barwiące można zmieszać i przykładowo żółty można wstrzykiwać do jednej części, a niebieski można dodatkowo wstrzykiwać do innej części, uzyskując w efekcie barwę zieloną. Alternatywnie, jedna sekcja może zawierać żółty środek barwiący, a druga czarny.

Dodatkowo, istotne jest, aby można było rozpoznać, który koniec kapsuły cementującej o dwóch szybkościach zapewnia „krótszy czas żelowania”, a który koniec zapewnia „dłuższy czas żelowania”. Choć opakowanie foliowe, które tworzy wkład, może być kodowane barwnie na każdym końcu, to istnieje ryzyko, że podczas produkcji konkretny czas żelowania może być przyporządkowany folii o złym zabarwieniu. Niebezpieczeństwo związane jest z tym, że w terenie użytkownik może być przyuczony tak, żeby wkład do wywierconego otworu zawsze wkładać rozpoczynając od końca o określonej barwie, ale w wyniku produkcji z końcem tym może być związana zła „szybkość”. W związku z tym czasami katalizator jest barwiony (np. czerwony katalizator oznacza czas żelowania

PL 227 838 B1 sekund, a zielony katalizator oznacza czas żelowania 30 sekund). Jednakże barwienie katalizatora może być trudne, gdyż nadtlenki wykazują skłonność do działania jako środki wybielające. W związku z tym dogodnie katalizator jest trwalszy, jeśli dodaje się do niego inhibitor, a ponadto w efekcie kolor barwnika może pozostać bardziej trwały. Ponadto część kompozycji cementującej w postaci katalizatora ma zazwyczaj białą barwę z uwagi na to, że biały wapień często stosuje się jako wypełniacz (podobnie jak naturalny kolor BPO, w związku z czym stosunkowo łatwo jest dodawać środek barwiący do katalizatora, gdyż początkowy kolor katalizatora bez środka barwiącego jest biały. Znaczącą ilość wypełniacza (np. 80-85% można wprowadzać zarówno do żywicy jak i do katalizatora), w związku z czym wpływa on znacząco na barwę. Przeciwnie jest w przypadku części kompozycji cementującej z żywicą, która zazwyczaj jest ciemniejsza z uwagi na naturalne zabarwienie żywicy i naturalnego koloru wapienia stosowanego jako wypełniacz. Biały wapień jest droższy niż szary wapień, tak że biała odmiana jest zazwyczaj stosowana z mniejszą ilością potrzebnego katalizatora, podczas gdy szary wapień jest stosowany z większą ilością potrzebnej żywicy. Z tego względu trudniej jest skutecznie barwić żywicę, tak aby użytkownik mógł odróżnić szybkość dużą i małą.

Opisana tutaj przykładowa procedura zastosowania układów żywic o dwóch szybkościach dotycząca kotwienia kopalnianych sworzni i ścięgien w celu zapewnienia w celu zapewnienia podpór stropów i ścian bocznych w kopalniach polega na tym, że: (1) wierci się otwór o żądanej średnicy (w celu uzyskania żądanego pierścienia) i długości ustalonej przez producenta danego wzmocnienia (np. sworznia lub ścięgna); (2) wstawia się do wywierconego otworu wzmocnienie, a także kapsułę z układem żywic, przy czym najpierw wstawia się „szybszy” koniec, tak że kapsuła sięga do końca otworu, (3) obraca się wzmocnienie w celu rozerwania kapsuły i zmieszania jej zawartości; (4) utrzymuje się sworzeń nieruchomo, aby umożliwić upłynięcie czasu żelowania szybszego końca i zestalenia szybszego końca; (5) wstępnie napręża się wzmocnienie po zestaleniu „szybszego”, ale przed zestaleniem „wolniejszego” końca, aby osiągnąć żądane naciągnięcie; (6) umożliwia się zestalenie „wolniejszego” końca, aby osiągnąć żądane wstępnie obciążenie sprężające.

Choć przedstawiono tutaj różne opisy niniejszego wynalazku, to należy zdawać sobie sprawę, że różne cechy można wykorzystać pojedynczo l ub w dowolnej ich kombinacji. Z tego względu niniejszy wynalazek nie ma być ograniczony jedynie do przedstawionych tutaj konkretnych postaci korzystnych.

Ponadto, należy zdawać sobie sprawę, że różne warianty i modyfikacje w ramach istoty i zakresu wynalazku mogą przyjść do głowy znawcom w dziedzinie, której wynalazek dotyczy. W związku z tym wszystkie dogodne modyfikacje łatwo osiągalne dla specjalisty w dziedzinie na podstawie podanego tutaj ujawnienia, które są objęte zakresem i istotą niniejszego wynalazku, mają być objęte jako kolejne postacie niniejszego wynalazku.

Claims

1. Sposób nastawiania czasu żelowania układu cementującego stosowanego do kotwienia wzmocnienia w kopalni, znamienny tym, że dodaje się inhibitor wolnych rodników, wybrany z grupy obejmującej naftochinon, hydrochinon, mono-trzeciorzędowy butylofenol, mono-trzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i para-krezol, katechol, rezorcynol, eugenol, gwajakol, i ich mieszaniny, do inicjatora układu cementującego typu nadtlenkowego, wybranego z grupy obejmującej nadtlenek benzoilu, nadtlenek cykloheksanonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tert-butylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu, nadtlenek ketonu metylowo etylowego, nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu, i ich mieszaniny, przy czym inhibitor wolnych rodników i inicjator typu nadtlenkowego znajdują się razem w pierwszym przedziale wieloprzedziałowego pakietu, możliwego do rozerwania.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako inicjator typu nadtlenkowego stosuje się katalizator mastyki typu nadtlenkowego.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że inicjator typu nadtlenkowego zawiera nadtlenek benzoilu.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że inhibitor wolnych rodników wybiera się z grupy obejmującej nafto- chinon i hydrochinon.

PL 227 838 B1

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że układ cementujący zawiera ponadto żywiczną mastykę w drugim przedziale wieloprzedziałowego pakietu, możliwego do rozerwania.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że żywiczna mastyka zawiera poliester z monomerem styrenowym jako środkiem sieciującym.

7. Sposób nastawiania czasu żelowania układu żywicakatalizator stosowanego do kotwienia wzmocnienia w kopalni, znamienny tym, że dodaje się inhibitor wolnych rodników, wybrany z grupy obejmującej naftochinon, hydrochinon, mono-trzeciorzędowy butylofenol, mono-trzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i para- krezol, katechol, rezorcynol, eugenol, gwajakol, i ich mieszaniny, do katalizatora typu nadtlenkowego, wybranego z grupy obejmującej nadtlenek benzoilu, nadtlenek cykloheksanonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tert-butylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu, nadtlenek ketonu metylowo etylowego, nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu, i ich mieszaniny, oddzielonego w układzie od nienasyconej żywicy poliestrowej rozpuszczonej w odpowiednim etylenowo nienasyconym monomerze lub mieszaninie monomerów, takim jak styren, alfa-metylostyren, winylotoluen i metakrylan metylu.

8. Sposób kotwienia wzmocnienia w kopalni, obejmujący wykonanie wywierconego otworu, wstawienie kapsuły w wywiercony otwór, znamienny tym, że kapsuła zawiera (1) pierwszą sekcję z zawartą żywiczną mastyką zawierającą nienasyconą żywicę poliestrową rozpuszczoną w odpowiednim etylenowo nienasyconym monomerze lub mieszaninie monomerów, takim jak styren, alfa-metylostyren, winylotoluen i metakrylan metylu, oraz (2) drugą sekcję z zawartym w niej katalizatorem mastyki typu nadtlenkowego, wybranym z grupy obejmującej nadtlenek benzoilu, nadtlenek cykloheksanonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tert-butylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu, nadtlenek ketonu metylowo etylowego, nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu, i ich mieszaniny, i inhibitorem wolnych rodników, wybranym z grupy obejmującej naftochinon, hydrochinon, mono-trzeciorzędowy butylofenol, mono-trzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i para-krezol, katechol, rezorcynol, eugenol, gwajakol, i ich mieszaniny, przy czym inhibitor wolnych rodników umieszcza się tylko w części katalizatora mastyki typu nadtlenkowego w drugiej sekcji; wstawia się wzmocnienia w wywiercony otwór; obraca się wzmocnienia aż do przebicia kapsuły i wymieszania żywicznej mastyki, katalizatora mastyki i inhibitora; i utrzymuje się wzmocnienia nieruchomo przez pierwszy okres czasu.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że kapsułę wstawia się w wywiercony otwór, przy czym koniec kapsuły styka się z zamkniętym końcem wywierconego otworu.

10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że kapsułę i wzmocnienie wstawia się w wywiercony otwór w tym samym czasie .

11. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że obejmuje ponadto naprężanie wzmocnienia po pierwszym okresie czasu.

12. Układ cementujący do kotwienia wzmocnienia w kopalni, obejmujący pakiet zawierający element rurowy wykonany z folii polimerowej i posiadający odrębne przedziały pierwszy i drugi, oraz żywiczną mastykę zawierającą nienasyconą żywicę poliestrową rozpuszczoną w odpowiednim etylenowo nienasyconym monomerze lub mieszaninie monomerów, takim jak styren, alfa-metylostyren, winylotoluen i metakrylan metylu, umieszczoną w pierwszym przedziale, znamienny tym, że katalizator mastyki typu nadtlenkowego, wybrany z grupy obejmującej nadtlenek benzoilu, nadtlenek cykloheksanonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tert-butylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu, nadtlenek ketonu metylowo etylowego, nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu, i ich mieszaniny, i inhibitor wolnych rodników, wybrany z grupy obejmującej naftochinon, hydrochinon, mono- trzeciorzędowy butylofenol, mono-trzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i para-krezol, katechol, rezorcynol, eugenol, gwajakol, i ich mieszaniny, są umieszczone w drugim przedziale.

13. Układ cementujący według zastrz. 12, znamienny tym, że katalizator mastyki typu nadtlenkowego zawiera nadtlenek benzoilu.

14. Układ cementujący według zastrz. 12, znamienny tym, że inhibitor wolnych rodników zawiera naftochinon.

15. Układ cementujący według zastrz. 12, znamienny tym, że zawiera ponadto środek barwiący w pierwszym przedziale.

PL 227 838 B1

16. Układ cementujący według zastrz. 12, znamienny tym, że środkiem barwiącym jest barwnik.

17. Układ cementujący według zastrz. 12, znamienny tym, że żywiczna mastyka zawiera poliester z monomerem styrenowym jako środkiem sieciującym.

18. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że żywiczna mastyka zawiera metakrylan metylu.

19. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że drugi przedział zawiera pierwszą część, w której umieszczone są zarówno katalizator mastyki typu nadtlenkowego jak i inhibitor wolnych rodników, oraz drugą część, w której umieszczony jest katalizator mastyki typu nadtlenkowego bez inhibitora.

20. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że co najmniej jeden składnik spośród katalizatora mastyki i żywicznej mastyki zawiera wapień.

21. Sposób osiągania równomiernego zestalenia układu żywica-katalizator, stosowanego do kotwienia wzmocnienia w kopalni, znamienny tym, że dodaje się inhibitor wolnych rodników, wybrany z grupy obejmującej naftochinon, hydrochinon, mono-trzeciorzędowy butylofenol, mono-trzeciorzędowy butylohydrochinon, orto-, meta- i para-krezol, katechol, rezorcynol, eugenol, gwajakol, i ich mieszaniny, do katalizatora typu nadtlenkowego, wybranego z grupy obejmującej nadtlenek benzoilu, nadtlenek cykloheksanonu, nadtlenek hydroksyheptylu, 1-wodoronadtlenek 1-hydroksycykloheksylu, wodoronadtlenek tertbutylu, nadtlenek 2,4-dichlorobenzoilu, nadtlenek ketonu metylowe etylowego, nadwęglan sodu, nadtlenek wapnia, nadtlenek sodu, i ich mieszaniny, oddzielonego od nienasyconej żywicy poliestrowej rozpuszczonej w odpowiednim etylenowo nienasyconym monomerze lub mieszaninie monomerów, takim jak styren, alfa-metylostyren, winylotoluen i metakrylan metylu, w układzie żywica-katalizator, tak że czas żelowania układu jest niezależny od stosunku żywicy do katalizatora, przy czym stosunek żywicy do katalizatora wynosi od 1:1 do 10 9:1.

22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że stosunek żywicy do katalizatora nadtlenkowego wynosi od 1,5:1 do 4:1.

23. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że katalizator typu nadtlenkowego zawiera nadtlenek benzoilu.

24. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że inhibitor wolnych rodników zawiera naftochinon.