PL209524B1 - Spoiwo poliuretanowe do zestalania formacji geologicznych, zwłaszcza węgla kamiennego - Google Patents

Spoiwo poliuretanowe do zestalania formacji geologicznych, zwłaszcza węgla kamiennego

Info

Publication number
PL209524B1
PL209524B1 PL385056A PL38505608A PL209524B1 PL 209524 B1 PL209524 B1 PL 209524B1 PL 385056 A PL385056 A PL 385056A PL 38505608 A PL38505608 A PL 38505608A PL 209524 B1 PL209524 B1 PL 209524B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
weight
component
amount
geological formations
solidification
Prior art date
Application number
PL385056A
Other languages
English (en)
Other versions
PL385056A1 (pl
Inventor
Jan Franek
Stanisław Makarski
Krzysztof Chabrzyk
Grzegorz Politański
Mariusz Rasek
Paweł Trelenberg
Jarosław Drozd
Original Assignee
Minova Ekochem Społka Akcyjna
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minova Ekochem Społka Akcyjna filed Critical Minova Ekochem Społka Akcyjna
Priority to PL385056A priority Critical patent/PL209524B1/pl
Publication of PL385056A1 publication Critical patent/PL385056A1/pl
Publication of PL209524B1 publication Critical patent/PL209524B1/pl

Links

Landscapes

  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest spoiwo poliuretanowe do zestalania formacji geologicznych, zwłaszcza węgla kamiennego.
Środki poliuretanowe są powszechnie stosowane w górnictwie podziemnym, zwłaszcza węgla kamiennego oraz w budownictwie górniczym do konsolidacji formacji geologicznych. Służą one do sklejania rys i szczelin, wzmacniania i uszczelniania kruchych, słabych warstw górotworu oraz węgla kamiennego skłonnego do odspajania się od calizny, a także uszczelniania górotworu przed wypływem wody i gazów.
Środki te wprowadzane są do górotworu poprzez wtłoczenie ich w postaci reagującej mieszaniny składników systemu poliuretanowego. W górotworze po określonym czasie składniki te polimeryzują, klejąc i uszczelniając górotwór.
W zależ noś ci od skł adu mieszaniny skł adników systemu poliuretanowego oraz warunków w górotworze proces polimeryzacji może przebiegać z efektem spieniania lub bez takiego efektu. Skład mieszaniny składników systemu poliuretanowego ma również decydując) wpływ na to, w jakiej temperaturze nastąpi proces sieciowania tworzonego polimeru.
Reagującą mieszaninę uzyskuje się przez pompowanie do mieszalnika przepływowego dwóch oddzielnych komponentów systemu poliuretanowego. Składniki systemu poliuretanowego to składnik A na bazie poliolowej i składnik B na bazie izocyjanianowej.
W miarę postę pu wiedzy o skutkach stosowania ś rodków poliuretanowych w wyrobiskach górniczych, zmieniały się formalne i praktyczne kryteria oceny tych materiałów, będące podstawą uzyskania świadectw dopuszczających ich stosowanie w warunkach górnictwa podziemnego. Kryterium ograniczonej palności, w zależności od kraju jest różne, na przykład w polskim górnictwie czas palenia próbki kleju nie powinien być większy od 5 sekund (Główny Instytut Górnictwa. Jednostka Certyfikująca. „Kryteria oceny materiałów niemetalowych”), podczas gdy w górnictwie niemieckim (Test Regulations for Materials according to § 4GESBERG V) brak jest jakiegokolwiek kryterium dotyczącego palności, materiał może być palny.
Wspólnym, dla wielu krajów, kryterium bezpiecznego stosowania środków poliuretanowych w górnictwie jest temperatura towarzyszą ca reakcji skł adników ś rodka poliuretanowego w górotworze. Jest to szczególnie ważne przy klejeniu (konsolidacji) w wyrobiskach górniczych węgli ortokoksowych charakteryzujących się niską temperaturą samozapalenia. Dopuszczalne temperatury te zawierają się. w zależności od klasy samozapalności węgla od 130°C do 150°C.
Spoiwa poliuretanowe do klejenia górotworu o obniżonej temperaturze sieciowania za są znane z literatury patentowej.
W sposobie zestalania formacji geologicznych wedł ug polskiego zgł oszenia patentowego nr 359836 stosuje się środek składający się ze składnika poliolowego A i składnika izocyjanianowego B zawierającego 1-30% tróglicerydów kwasu tłuszczowego nieposiadających żadnych grup reaktywnych względem izocyjanianu. Dodatek triglicerydów kwasów tłuszczowych do składnika izocyjanianowego B nie powoduje utraty parametrów wytrzymałościowych, jednakże osiągane temperatury sieciowania w rdzeniu próbki wynosił y nie mniej niż 102°C.
Natomiast niskotemperaturowe pianki poliuretanowe znane z polskiego opisu patentowego nr 206 612 składają się ze składnika poliolowego a o liczbie OH wynoszącej 120-350. składnika poliizocyjanianowego B o zawartości 20-30% wagowych grup NCO. obejmującego, co najmniej 50% wagowych prepolimeru zawierającego grupy izocyjanianowe NCO w ilości 20-28 wagowych, stałego napełniacza o średnim wymiarze cząstek 4-100 μm zdyspergowanego w składniku poliolowym A lub w prepolimerze składnika poliizocyjanianowego B, wody oraz ewentualnie katalizatorów i uzupełniających dodatków.
Obniżenie zawartości reaktywnych grup izocyjanianowych w składniku B poprzez proces prepolimeryzacji i dodatek stałego wypełniacza o średnim wymiarze 4-100 oraz zastosowanie składnika poliolowego A o liczbie hydroksylowej wynoszącej 120-350 spowodowało osiągnięcie najniższych temperatur sieciowania dla pełnowartościowych klejów w granicach 97°C.
W sposobie uszczelniania za pomocą poliuretanu geologicznych formacji podobnie jak w poprzednich rozwiązaniach, ze składnika poliolowego A, składnika izocyjanianowego B. substancji pomocniczych i dodatkowych. Składnik poliolowy A zawiera niedomiarową ilość pierwszorzędowych lub drugorzędowych dwu- lub wieloamin. Substancje pomocnicze i dodatkowe stanowią mieszaninę ze składnikiem poliolowym A i /lub składnikiem izocyjanianowym B.
PL 209 524 B1
Powyższe rozwiązania techniczne nie są w pełni zadawalające, gdyż temperatury osiągane w trakcie sieciowania kleju są wprawdzie niż sze aniż eli wymagane przepisami 130°C lub 150°C, ale jednak nie niższe jak 97°C. Dodatek stałego wypełniacza o średnim wymiarze 4-100 μm nie gwarantuje stabilności zawiesiny w czasie magazynowania.
Bezpieczne, o obniżonej temperaturze sieciowania, o stabilnych w czasie magazynowania surowcach, spoiwo do konsolidacji formacji geologicznych według wynalazku składa się z komponentu A - poliolowego i komponentu B izocyjanianowego, które to w wyniku reakcji poliaddycji tworzą tworzywo poliuretanowe.
Komponent A jest mieszaniną niskolepkich polioli (polieterów i/lub poliestrów) o liczbie hydroksylowej 160-450 w ilości 18-63% wagowych, środków uniepalniających w ilości 25-80 % wagowych, katalizatora - zwłaszcza metaloorganicznej pochodnej cyny II lub bizmutu w ilości nie większej niż 2,0% wagowych, aminy dietylo(metylo)benzenodiaminy (o nazwie handlowej Etacure 100) w ilości nie większej niż 3,0% wagowych oraz środków pomocniczych w ilości 0.5-3,0% wagowych. Środek uniepalniający to organiczny związek fosforu w ilości 5-20% wagowych i wodorotlenek glinu w ilości 5-60% wagowych komponentu A. Wodorotlenek glinu składa się z cząstek o granulacji poniżej 3 μm w ilości 30-60% wagowych swojej masy i z cząstek o granulacji powyżej 3 μm w pozostałej ilości. Organiczny związek fosforu zawiera estry fosforoorganiczne o ogólnym wzorze (P0)R1R2R3. gdzie R1, R2 i R3 są jednakowymi lub różnymi grupami alkilowymi i/lub alkoksylowymi posiadającymi lub nie posiadającymi atomów chloru.
Komponentem B są poliizocyjaniany polifenyleno-polimetylenowe otrzymane w wyniku reakcji fosgenowania produktu kondensacji aniliny i formaldehydu (tzw. MDI) i/lub ciekłe w temperaturze pokojowej pochodne poliizocyjanianowe zawierające karbodiimid, biuret, uretan i/lub grupy ureidokarboksylowe o zawartości wolnych grup izocyjanianowych 28 - 32%.
Stosunek objętościowy komponentów A:B = 1:1 do 3:1, korzystnie 2:1.
Otrzymane spoiwo charakteryzuje się wysoką stabilnością, brakiem separacji w złożu, powolnym oddawaniem ciepła reakcji, co nie powoduje miejscowych i gwałtownych przegrzań złoża geologicznego, a tym samym zaistnienia ewentualności jego pożaru. Środek ten dzięki swojej rozlewności dobrze penetruje szczeliny w zestalanym złożu. Środek może być aplikowany metodą iniekcji oraz w formie dwukomorowych ładunków klejowych.
P r z y k ł a d y 1-13
Składniki spoiwa mieszano w proporcjach podanych w tabeli w urządzeniu do przepływowego mieszania i iniekowano poprzez głowicę iniekcyjną wyposażoną w termopary do górotworu. Część tworzywa wlewano do formy, w której następowało utwardzenie. Po utwardzeniu badano właściwości wytrzymałościowe tworzywa. W przykładzie 7 - stosunek objętościowy komponentów A:B wynosi 3:1. w przykładzie 11 -1:1. Spoiwa w przykładach 11-13 aplikowano w formie dwukomorowych ładunków. W trakcie utwardzania oznaczono temperaturę reakcji oraz mierzono czas reakcji, a otrzymane wyniki pomiarów zawiera tabela.
W układzie przedstawionym na rysunku temperaturę reakcji reagujących składników spoiwa za pomocą węży i oznaczano przy użyciu czujnika pomiaru temperatury 2 powiązanego przewodami 3 z termoparami zainstalowanymi na głowicy iniekcyjnej 4 w kilku miejscach badanego obszaru. Przykłady aplikacji ładunków opisanych w mieszaninach 11-13 przedstawia tabeli.
Spoiwo jak w przykładzie 11 użyto do wykonania dwukomorowych ładunków z folii typu „rękaw w rękawie”. Średnica folii zewnętrznej ładunków wynosiła 28 mm, natomiast średnica folii wewnętrznej, zawierającej komponent A, została tak dobrana, aby stosunek wagowy komponentów A do B wynosił 2/1, +/- 5%. Ładunki zostały użyte do prób kotwienia. Poniżej podano szczegóły jednej z prób:
a. Ilość i wymiary ładunku: 1 x 28x600 mm
b. Otwór wiercono poziomo w ociosie węglowym, przed próbą został spłukany wodą
c. Średnica koronki do wiercenia otworu: 32 mm
d. Głębokość otworu: 2700 mm
e. Długość kotwy: 3000 mm
f. Rodzaj kotwy - GRP (z włókna szklanego) produkcji Rockbolt System AG, wraz z nakrętką
g. Czas mieszania: 30 sekund.
h. Rodzaj urządzenia kotwiącego: ręczna wiertarka pneumatyczna. Ciśnienie powietrza zasilającego wynosiło ok. 7 atmosfer.
PL 209 524 B1
Długość wklejenia kotwy wyniosła około 0,7 metra. Po 24 godzinach od zakotwienia przeprowadzono próbę wyrywania z użyciem siłownika hydraulicznego Enerpac. W trakcie próby przy obciążeniu 12 ton zerwano nakrętkę, nie obserwując przy tym przesunięcia kotwy.
Spoiwo jak w przykładzie 12 użyto do wykonania dwukomorowych ładunków z folii typu „rękaw w rękawie” - typ „Standard”. Ś rednica folii zewnę trznej ł adunków wynosił a 28 mm, natomiast ś rednica folii wewnętrznej, zawierającej komponent A, została tak dobrana, aby stosunek wagowy komponentów A do B wynosił 2/1, +/- 5%. Zmierzony w laboratorium czas żelowania takich ładunków wynosił ok. 70 sekund w 25°C. Analogicznie wykonano ładunki zawierające spoiwo jak w przykładzie 13 - typ „Szybki”. Zmierzony w laboratorium czas żelowania takich ładunków wynosił ok. 10 sekund w 25°C. Ładunki obydwu typów użyto do prób kotwienia. Poniżej podano szczegóły jednej z prób:
a. Ilości, typy i wymiary ładunków: 1 x 28x600 mm typ „Szybki” (w dnie otworu) oraz 3 x 28x600 mm typ Standard.
b. Otwór wiercono poziomo w ociosie węglowym, przed próbą został spłukany wodą.
c. Średnica koronki do wiercenia otworu: 32 mm.
d. Głębokość otworu: 2700 mm.
e. Długość kotwy: 3000 mm.
f. Rodzaj kotwy - GRP (z włókna szklanego) produkcji Rockbolt System AG, wraz z nakrętką.
g. Czas mieszania: 30 sekund.
h. Rodzaj urządzenia kotwiącego: ręczna wiertarka pneumatyczna. Ciśnienie powietrza zasilającego wynosiło ok. 7 atmosfer.
Kotwienie przeprowadził bez problemu 1 górnik. Długość wklejenia kotwy wyniosła około 2,5 metra. Po ok. 60 sekundach od początku mieszania nakrętkę dokręcono kluczem dynamometrycznym z nastawą 200 Nm. Przy dokrę caniu zaobserwowano skrę cenie kotwy o ok. 90°, po odjęciu naprężenia kotew wróciła do poprzedniej pozycji. Próbę dokręcenia powtórzono po ok. 10 minutach, nie obserwując przy tym wyraźnego ruchu kotwy.
T a b e l a. Właściwości wytrzymałościowe tworzywa w przykładowych trzynastu różnych mieszaninach.
Przykład Nr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Substraty [% wag.]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Komponent A
Polieter LOH 400 33 32 31,5 31 30 20 31 31 36 41 30,5 29.5
Poliester LOH 420 31
Olej rycynowy LOH 165 11
TCPP/fosforan tris-(2-chloroizopropylowy) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
Wodorotlenek glinu o granulacji 0,3-3,0 μιτι Martinal LE 25 25 25 25 25 25 25 25 25 22 19 25 25
Wodorotlenek glinu o granulacji 3,0-45 μτ Martinal 906 20 20 20 20 20 20 20 20 20 18 16 20 20
Amina Ethacure 100 1 1,5 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2
Środek zwilżający Efka 8511 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Sita molekularne 3A Siliporite 1720 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Katalizator cynoorganiczny Tl2 0,5
Katalizator bizmutowy 1,5
100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
PL 209 524 B1 cd. tabeli
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Komponent B
MDI 40 40 40 40 40 40 25 30 20 40 80 40 40
Suprasec 1007 (ciekła pochodna poliizocyjanianowa) 10 20
Parametry reakcji
Czas reakcji [min] 75 60 50 45 35 38 42 35 30 35 30 1 10 s
Temperatura reakcji (°C| 62 65 69 74 83 86 75 67 64 96 105 110 124
Parametry wytrzymałościowe produktu
Wytrzymałość na ściskanie [MPa] 65 70 68 72 74 64 66 48 35 55 42 75 76
Wytrzymałość na zginanie [MPa] 45 55 59 61 64 56 54 42 28 54 28 65 65
Zastrzeżenie patentowe

Claims (1)

  1. Zastrzeżenie patentowe
    Spoiwo poliuretanowe do zestalania formacji geologicznych, zwłaszcza węgla kamiennego, otrzymywane poprzez wymieszanie dwóch ciekłych składników A i B, przy czym stosunek wagowy komponentów A:B wynosi 1:1 do 3:1, korzystnie 2:1, a komponent A zawiera niskolepkie poliole (polieterowe i/lub poliestrowe, środki obniżające palność, środki pomocnicze oraz katalizator, zwłaszcza metaloorganiczne pochodne cyny II oraz komponent B zawiera poliizocyjaniany polifenyleno-polimetylenowe otrzymywane w wyniku reakcji fosgenowania produktu kondensacji aniliny i formaldehydu i/lub ciekłe w temperaturze pokojowej pochodne tych poliizocyjanianów posiadające grupy karbodiimidowe, biuretowe, uretanowe i/lub ureidokarboksylowe, znamienne tym, że komponent A zawiera 18-63% wagowych niskolepkich polioli-polieterów i/lub poliestrów, o liczbie hydroksylowej 160-450. 2580% wagowych środków uniepalniających - w tym 5-20% wagowych organicznego związku fosforu i 5-60% wagowych wodorotlenku glinu zawierającego cząstki o granulacji poniżej 3 μm w ilości 30-60% wagowych swojej masy i cząstki o granulacji powyżej 3 μm w pozostałej ilości, nie więcej niż 2,0% wagowych katalizatora, aminy dietylo(metylo)benzenodiaminy w ilości nie większej niż 3,0% wagowych oraz 0,5-3,0% wagowych środków pomocniczych.
PL385056A 2008-04-28 2008-04-28 Spoiwo poliuretanowe do zestalania formacji geologicznych, zwłaszcza węgla kamiennego PL209524B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL385056A PL209524B1 (pl) 2008-04-28 2008-04-28 Spoiwo poliuretanowe do zestalania formacji geologicznych, zwłaszcza węgla kamiennego

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL385056A PL209524B1 (pl) 2008-04-28 2008-04-28 Spoiwo poliuretanowe do zestalania formacji geologicznych, zwłaszcza węgla kamiennego

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL385056A1 PL385056A1 (pl) 2009-11-09
PL209524B1 true PL209524B1 (pl) 2011-09-30

Family

ID=42987173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL385056A PL209524B1 (pl) 2008-04-28 2008-04-28 Spoiwo poliuretanowe do zestalania formacji geologicznych, zwłaszcza węgla kamiennego

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL209524B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL385056A1 (pl) 2009-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2969534B1 (en) Panel with fire barrier
CN102040825B (zh) 一种煤层用聚氨酯增强堵漏剂及其制备方法
CA1256686A (en) Process for consolidating and sealing coal and/or rock, soil and brick formations in mining, tunnelling and construction
CA2301021A1 (en) Foaming urethane composition and methods of using such compositions
US4249949A (en) Methods for consolidating radioactive waste material using self-setting or water-settable compositions containing an organic polyisocyanate, a non-ionic surface active agent devoid of isocyanate-reactive groups and alkaline filler
EP2746358A1 (en) Polyurea silicate resin for wellbore application
CN110669200A (zh) 一种低温改性注浆加固材料
KR20150127231A (ko) 프로판트
CN101469259A (zh) 聚氨酯反应性热熔结构胶
CN112778483A (zh) 用于煤岩体加固领域的低温型双组分聚氨酯材料及其制备方法
WO2017083220A1 (en) Pressure activated curable resin coated proppants with high oil permeability
MXPA03000928A (es) Un procedimiento para producir compuestos celulares usando isocianatos polimericos como ligantes para particulas rellenantes huecas.
US20150166871A1 (en) Methods for Treating Subterreanean Formations
PL209524B1 (pl) Spoiwo poliuretanowe do zestalania formacji geologicznych, zwłaszcza węgla kamiennego
AU2012322514B2 (en) Organomineral solid and foamed material
JP2002226856A (ja) 空隙充填用注入薬液組成物、及びそれを用いた空隙充填工法
AU2001260175B2 (en) Polyurethane foams with reduced exothermy
Shen et al. Optimization of Exothermic, Foaming, and Mechanical Properties of Modified Polyurethane as Filling Material for Goaf Sealing Wall
JP4392647B2 (ja) 空隙充填用注入薬液組成物、及びそれを用いた空隙充填工法
WO2005044753A2 (en) Polyurethane adhesive for masonry construction
JP2001152155A (ja) 地盤や人工構造物等の安定化用注入薬液組成物及びそれを用いた安定強化止水工法
AU768384B2 (en) Compositions for the manufacture of organo-mineral products, products obtained therefrom and their use
CN109705828A (zh) 一种耐高温封堵剂及其制备方法
PL193085B1 (pl) Sposób umacniania formacji geologicznych
CN115960589B (zh) 用于制备钻井堵漏用灌浆材料的组合物

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20120428