PL51914B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: LXII.1966 51914 KI. 84c, 3/14 ]/ MKP E 02 d , 3//f ty UKD 624.138. 4 IIBLIOTEK Urzedu Patentów* Twórca wynalazku: dr inz. Wladyslaw Milkowski Wlasciciel patentu: Glówny Instytut Górnictwa, Katowice (Polska) Srodek do umacniania kurzawek i skal porowatych Przedmiotem wynalazku jest srodek chemiczny przeznaczony do zestalania kurzawek i skal po¬ rowatych, a zwlaszcza umacniania przejsc wy¬ robiskami górniczymi przez strefy kurzawkowe.Przechodzenie wyrobiskami górniczymi przez kurzawki nastrecza zwykle wiele trudnosci i do¬ piero zastosowanie specjalnych sposobów zestala¬ nia skal wokól drazonych wyrobisk jak mrozenie albo umacnianie za pomoca srodków wiazacych ulatwia, a niekiedy nawet w ogóle umozliwia przebicie strefy kurzawkowej. Metody mrozenio- we sa bardzo kosztowne i dlugotrwale, wymagaja zainstalowania na dole kopalni skomplikowanej aparatury, a przy tym zestalaja kurzawki tylko okresowo.Tradycyjne materialy wiazace jak np. cement, gips i wapno sa sproszkowanymi cialami staly¬ mi tworzacymi w wodzie zawiesiny, które bardzo zle wnikaja w pory i kanaliki skalne. W praktyce cementacje stosuje sie do umacniania skal o wspólczynnikach filtracji wiekszych od 80 m na dobe. Zastosowanie dwuroztworowych srodków chemicznych w postaci szkla wodnego i chlorku wapniowego lub innych soli, wytwarzajacych po zetknieciu ze szklem wodnym zel kwasu krze¬ mowego, umozliwia umacnianie skal luznych o wspólczynnikach filtracji 5 — 80 m na dobe.Srodki te maja duze wady, jak klopotliwa technologie stosowania, polegajaca na kolejnym wtlaczaniu dwóch róznych roztworów w jedna objetosc gruntu, co powoduje wypieranie pier¬ wszego roztworu przez drugi z por i kanalików skalnych i zmusza, w celu uzyskania wymaganej wytrzymalosci umocnionej skaly, do zastosowania 5 stezonych roztworów szkla wodnego, a wiec o du¬ zej lepkosci i przez to zle wnikajacych w skale.Z tych wzgledów próby umacniania skal o wspól¬ czynnikach filtracji mniejszych od 5 m na dobe, za pomoca dwuroztworowej silikatyzacji nie daja 10 wyników. Jednoroztworowe srodki, oparte na szkle wodnym z dodatkami powodujacymi zelo¬ wanie roztworu po pewnym czasie, wprawdzie dobrze wnikaja w skale, lecz nie nadaja jej od¬ powiedniej wytrzymalosci i przeto sa stosowane 15 tylko do uszczelniania górotworu.Wykorzystanie zywic syntetycznych umozliwia sporzadzenie' l SródkÓvsT* jednoTozfworowych do umacniania skal jednorozfworowych o wspólczynnikach filtracji 0,3 -5- 5,0 m na dobe, a wiec w zakresie obejmu- 20 jacym wiekszosc spotykanych kurzawek. Do ta¬ kich srodków nalezy preparat znany pod nazwa AM-9, bedacy mieszanina amidu kwasu akry¬ lowego i N, N' — metyleno dwuakrylamidu, zdol¬ na do polimeryzacji z roztworów wodnych na 25 twardy zel w regulowanym czasie, pod wplywem katalizatorów: nadsiarczanu amonowego, i beta- dwumetyloaminocyjanku etylowego. Preparat ten zawiera skladniki silnie trujace i przez to jego uzycie w warunkach np. dolowych wymaga spe- 30 cjalnych zabezpieczen. 51914s SI 914 4 Stosowane sa równiez zywice ^tooksydowe. jed¬ nak wymagaja one iSycia drogich i Tc^sySznych rozpuszczalników organicznych do wytwarzania roztworów iniekcyjnych. Ponadto znane sa emul¬ sje bitumiczne zmieszane z lugami posulfitowymi i dwuchromianem sodowym, jednak ich uzycie prowadzi do uszczelnienia skaly, a nie do jej umocnienia.Znane jest takze w technologii umacniania skal stosowanie zywic mgeznikowo-formaldeh^dowych w postaci roztworów woanycTi," przy czym roz- twory te sa sporzadzane bezposrednio przed uzy¬ ciem, przez wymieszanie mocznika, formaldehydu i katalizatora. Srodki te skladaja sie na przyklad z 6,54 — 10,99 kg 30% formaldehydu, 3 kg mocz¬ nika, 0,4 kg nadsiarczanu amonowego, lub z 11,2 kg 37% formaldehydu, 5 kg mocznika, 0,4 kg chlorku sodowego i dodatku niewielkiej ilosci fcwasu szczawiowego. Wszystkie stosowane do¬ tychczas do umacniania skal roztwory zywic mocznikowo - formaldehydowych charakteryzuja sie uzyciem nadmiaru formaldehydu wyrazajacym sie stosunkiem czasteczkowym do mocznika co najmniej jak 2:1. Jest to konieczne, zeby z po¬ minieciem wstepnej kondensacji, która wymaga wyzszych temperatur, zywice te mogly utwardzac sie w temperaturach panujacych w górotworze.W zywicach zawierajacych nadmiar formaldehy¬ du wytwarza sie duza ilosc grup metylolowych, kondensacja przebiega przez stadium hydrofilowe i do czasu zelowania zywica jest rozpuszczalna w wodzie bez ograniczen, przez co daje sie ona latwo wyplukiwac pradem wody z miejsc iniekcji.Ponadto roztwory wodne tych zywic wydzielaja intensywny zapach formaldehydu, szkodliwy W pracy w warunkach dolowych. Wytrzymalosc na sciskanie uzyskanych tym sposobem petryfi- katów jest nieduza i wynosi tylko 10—40 kG/cm2.Stwierdzono, ze przez zastosowanie do umac¬ niania skal innego rodzaju zywic mocznikowo- formaldehydowych, wstepnie skondensowanych o nizszym niz dotad stosowane zywice stosunku formaldehydu do mocznika niz 2:1 uzyskuje sie nadspodziewane dobre wyniki. Przy zmniejszonej zawartosci formaldehydu, podczas wstepnej kon¬ densacji, w zywicach wytwarzaja sie frakcje hydrofobowe, które solubizuja we frakcjach hy- drofilowyeh zywicy, skladajacych sie z nieznacz¬ nej ilosci grup metylolowych. W tym stadium zywice rozpuszczaja sie jedynie w ograniczonych Ilosciach wody, okreslanych wskaznikiem toleran¬ cji wodnej Harnisza-Szczerbakowa. Stwierdzono, ze do umacniania skal najlepiej nadaja sie zy¬ wice o wskazniku tolerancji wodnej 1 — 10. Zy¬ wice te sa wprawdzie natychmiast zelowane przez mocne kwasy, ale mozna te wade usunac, wprowadzajac do roztworu wstepnie skondenso¬ wana zywice melaminowo-formaldehydowa mo¬ dyfikowana alkoholem metylowym lub etylowym, typu eteru metylolomelaminowego dzialajaca Opózniajaco na proces polikondensacji i przez to umozliwiajaca uzycie taniego kwasu solnego lub kwasu siarkowego jako wolno dzialajacego, kata¬ lizatora. Stosunek wagowy stabilizatora do ilosci zywicy mocznikowo-formaldehydowej wynosi od 0 do 20. Czas zelowania zywicy zalezy nie tylko od ilosci wprowadzanego katalizatora, lecz takze od temperatury skal. 5 Na przyklad roztwory srodka o skladzie poda¬ nym w przykladach z dodatkiem 0,25% kwasu solnego, w temperaturze 0°C zeluja po okolo 320 minutach, w temperaturze 10°C po okolo 200 mi¬ nutach, w temperaturze 20°C po okolo 150 minu- 10 tach, w temperaturze 30°C po okolo 60 minutach a w temperaturze 40°C po okolo 36 minutach.Skrócenie czasów zelowania mozna osiagnac przez zwiekszenie ilosci kwasu. , Roztwór iniekcyjny do bezposredniego uzycia 15 otrzymuje sie przez jedno- lub dwukrotne roz¬ cienczenie woda mieszaniny srodka z wprowadzo¬ nymi dodatkami, przy czym ma on nastepujace zalety: odznacza sie niewielka lepkoscia 1,5 — 3,5°E, wytraca sie pod wplywem minimalnego 20 rozcienczenia woda i jest zdolny do zelowania po latwych do uregulowania czasach od kilku¬ nastu sekund do kilkunastu godzin pod wplywem dobranych ilosci katalizatora w postaci kwasu solnego. Lepkosc roztworu roboczego mozna je- 25 szcze bardziej obnizyc za pomoca dodatku katio- nowo-czynnych lub niejonowych zwilzaczy w ilo¬ sci 0,1 — 1,0%. W przypadku napotkania kurza- wek wykazujacych silne wlasnosci buforujace, proces polikondensacji srodka wprowadzonego 30 w pory i kanaliki skalne moze ulec zahamowaniu.Azeby temu zapobiec i przeciwdzialac, zamiast zakwaszania kurzawki przed iniekcja, co jest bardzo niewygodne i niepewne, do roztworu in- jekcyjnego zywicy wprowadza sie odpowiednie 35 substancje, które sprowadzaja odczyn górotworu do poziomu koniecznego dla prawidlowego prze¬ biegu procesu polikondensacji zywicy i zwiaza¬ nia skaly w sztuczny piaskowiec, takie jak fo¬ sforan jednosodowy lub jednoamonowy, przy 40 czym stosunek wagowy fosforanu do ilosci zywi¬ cy mocznikowo-formaldehydowej wynosi od Q do 30.Srodek wedlug wynalazku ma szereg zalet.Wykazuje mianowicie wyrazne wlasnosci sub- 45 stancji kationowo-czynnych, a wiec latwo adsor- buje sie na kompleksach sorpcyjnych kurzawek w srodowisku wód kwasnych, obojetnych i lek¬ ko alkalicznych. Prócz tego wytraca sie on pod wplywem niewielkiego rozcienczenia woda i w 50 tym stanie jest nie do wyplukania ze skaly. Pod wzgledem bezpieczenstwa i higieny pracy nowy srodek jest nieszkodliwy dla zdrowia podczas wykonywania zabiegów iniekcyjnych, w normal¬ nie przewietrzanych wyrobiskach. Umocniona 55 roztworem iniekcyjnym kiirzawka osiaga wy¬ trzymalosc na sciskanie dochodzaca dol50kG/cm\ co bylo dotychczas nie do uzyskania innymi me¬ todami chemicznymi. jytlricganie roztworu roboczego zywicy w ku- rzawke przeprowadza sie znanymi sposobami za. pomoca rur iniekcyjnych, w przystosowaniu do zalozen górniczych i lokalnych warunków hy¬ drogeologicznych. e3 Przyklad I. Kurzawki o wspólczynniku fil—51914 iracji 0,4 — 1,0 m na dobe i odczynie pH = 8,0 -l- 8,5 umacnia sie roztworem iniekcyjnym o na¬ stepujacym skladzie: skladnik A — zywica mocznikowo-formaldehydo- wa, zawierajaca 60% substancji suchej o stosunku formaldehydu do mocznika ponizej 2:1, wstep¬ nie skondensowana, o wskazniku tolerancji wodnej Harnisza-Szczer- bakowa 5 — 6 . . 1000 1 zywica melaminowo-formaldehy- dowa, modyfikowana alkoholem metylowym, wstepnie skondenso¬ wana, typu eteru metylolomela- minowego skladnik B — woda kwas solny stezony . fosforan jednosodowy zielen brylantowa .Przed iniekcja skladnik A dodaje sie do skla¬ dnika B i miesza. Czas zelowania mieszaniny wy¬ nosi okolo 120 minut.Przyklad II. Kurzawki o wspólczynniku filtracji 1,0 — 5,0 m na dobe i odczynie pH = = 5,5 -r- 7,5 umacnia sie roztworami roboczymi o nastepujacym skladzie: skladnik A — zywica mocznikowo-formaldehydo- wa, zawierajaca 60% substancji suchej o stosunku formaldehydu do mocznika ponizej 2:1, wstep¬ nie skondensowana, o wskazniku tolerancji wodnej Harnisza Szczer- bakowa 5 — 6 . . . 1000 1 zywica melaminowo-formaldehy- dowa, modyfikowana alkoholem metylowym, wstepnie skondenso¬ wana, typu eteru metylolomela- minowego .... 100 1 200 1000 37 120 0,1 1 1 kg kg kg skladnik B — woda ^ . 800 1 kwas solny stezony . . 15 kg zielen brylantowa . 0,1 kg 5 Roztwory miesza sie wprowadzajac roztwór A do roztworu B. Czas zelowania mieszaniny wyno¬ si okolo 120 minut. W obu przypadkach przez zwiekszenie lub zmniejszenie ilosci kwasu solne¬ go skraca sie lub przedluza czas zelowania mie- 10 szanin roboczych. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 15 1. Srodek do umacniania kurzawek i skal poro¬ watych zawierajacy zywice mocznikowo-for- maldehydowe, znamienny tym, ze sklada sie z kationowo-czynnych zywic mocznikowo-for- maldehydowych o stosunku formaldehydu 20 do mocznika ponizej 2 :1, wstepnie skonden¬ sowanych, o wskazniku tolerancji wodnej Harnisza-Szczerbakowa 1 — 10, stabilizatora, którym jest wstepnie skondensowana zywi¬ ca m&aminowa lub mocznikowa modyfiko- 25 wana alkoholem metylowym lub etylowym typu eteru metylolomelaminowego lub eteru metylolomocznikowego i ewentualnie fosfora¬ nu jednosodowego lub fosforanu jednoamono- wego.

2. Srodek wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosunek wagowy stabilizatora do ilosci zywicy mocznikowo-formaldehydowej wynosi od 0 do 20. 35 3. Srodek wedlug zastrz. 1 — 2, znamienny tym, ze stosunek wagowy fosforanu jednosodowe¬ go lub jednoamonowego do ilosci zywicy mo¬ cznikowo-formaldehydowej wynosi od 0 do 30. Bltfc 1735/66 r. 4£0 Cgz. A4 PL