Упрочнение массива горных пород химическими составами

Химические составы для упрочнения неустойчивых трещиноватых пород представляют собою сложные смеси из синтетических смол, отвердителей, ускорителей схватывания, стабилизаторов, растворителей и различных добавок. Они используются или для пленочных покрытий поверхности горных выработок, или для инъекций в трещины окружаю­щих выработку пород.

Пленочные покрытия применяют обычно в сочетании с обычной де­ревянной или анкерной крепью при проходке выработок в крепких трещиноватых породах, отчего значительно повышается их устойчивость к выветриванию. Северо-Кавказским горно-металлургическим институ­том была разработана технология пленочных покрытий стенок горных выработок полимерными и клеящими составами на основе карбамидных смол и жидкого стекла. К жидкому стеклу примешивали кварце­вый песок (40 %) и диабазовую муку (20 % от веса жидкого стекла). Толщину покрытия изменяли от 2 до 5 мм. Покрытие наносили сжатым воздухом под давлением 40-50 МПа. Полимерные составы включали карбамидные смолы (МФ-17, УКС), к которым добавляли кварцевый песок, диабазовую муку и воду, а при нанесении покрытия - отвердитель (щавелевая кислота в концентрации 15-20 %). Испытания показали, что сцепление полимерных пленок с породами в два раза выше, чем набрызгбетона, и такие покрытия перспективны для укрепления капи­тальных и подготовительных выработок, они могут также использовать­ся для повышения устойчивости кровли камер.

Инъекционное нагнетание синтетических смол обеспечивает достаточ­но надежную устойчивость окружающего горные выработки массива, благодаря глубокому проникновению но трещинам нагнетаемых раст­воров, их высоким адгезионным (скрепляющим) и прочностным свой­ствам. Например, полимерные растворы, представленные смесями карбамидных или пенополиуретановых смол с отвердителем, могут прони­кать в трещины с раскрытием до 0,01 мм.

Для укрепления боков и кровли выработок (или камер) бурят шпуры длиной до 1,5-3,0 м (на ширину зоны трещинообразования), которые затем герметизируют, и в них под давлением 30-40 МПа нагне­тают упрочняющий раствор. Процесс нагнетания продолжается до тех пор, пока в прилегающих к шпуру трещинах не появятся нагнетаемые в по­роды смолы и не наступит резкое повышение давления в системе насоса. В случае снижения давления инъекцирование раствора возобновляется.

Рецепты упрочняющих растворов составляют таким образом, чтобы при инъекции в трещины они были в жидком состоянии и сохраняли хорошую проницаемость в течение нескольких минут, пока не наступит их полимеризация, и при этом обеспечивались резкое снижение вязкости и затвердение с высокой степенью адгезии.

Исследования Московского института показали, что при примене­нии карбамидных смол УКС-А, УКС-Б с отвердителем в виде 8 %-ного раствора щавелевой кислоты прочность адгезии с крепкими горными породами достигает 9,5-11,5 МПа, а в случае использования КСМ-ОЗП - 11-14 МПа. Адгезия полимерных смесей с горными породами в 6-10 раз выше сцепления с ними бетона (1,2-2,0 МПа).