PROCESS FOR CONSOLIDATING AND SEALING GEOLOGICAL AND HEAPED ROCK AND EARTH FORMATIONS

Abstract: 1. A process for consolidating and rendering impervious geological and heaped rock and earth formations and coal by means of water glass solutions, characterized in that water glass solutions and polyisocyanates are intimately mixed together and this emulsion is allowed to set in the formation to be consolidated.

Description: Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen Das Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen erfolgt im Untertage-Kohlenbergbau in sehr grossem Umfang mittels Polyurethansystemen, vergl. Zeitschrift Glückauf (1968), S. 666 - 670; Zeitschrift Glückauf (1977), S. 707 - 711; Zeitschrift Bergbau (1977), S. 124 - 129; Dw-PS 17 58 185; DE-PS 17 84 458. In der Regel werden Zweikomponenten-Polyurethansysteme in die zu verfestigenden Formationen eingepresst, wobei im allgemeinen einerseits technische Polyisocyanate und andererseits Polyole mit einem Molekulargewicht von 400-600 und einer OH-Zahl von 350 bis 400 als Ausgangskomponente dienen. Gemäss DE-PS 24 36 029 werden die Polyole mit Polyolen einer OH-Zahl zwischen 50 und 90 und einem Molekulargewicht von 2000 - 35000 flexibilisiert. Eine natürliche Begrenzung der Einsatzmögiichkeiten von rolyurethan sind wasserführende Gebirgsformationen, da durch das Wasser das Polyisocyanat zerstört und damit das stöchiometrische Verhältnis der Reaktionspartner entscheidend gestört wird. Darüber hinaus bildet sich aus Wasser und Polyisocyanat vorzugsweise Polyharnstoff, der in Spalten und Rissen des Gebirges nicht haftet. Immer wieder wird darauf hingewiesen, dass bei Verfestigungsarbeiten mit Polyurethan von den zu verfestigenden Gebirgszonen das Wasser ferngehalten werden soll. Vergl Zeitschrift Glückauf (1972), S. 10 - 13. Ein g-rundsätzlicher Nachteil der Verwendung von Polyurethan im Kohlenbergbau liegt darin, dass das aus=gehärtete Produkt leicht brennt. Befinden sich grössere Mengen von ausgehärtetem Polyurethan in Kohlespalten, so können Selbstentzündungsbrände von Kohle durch das Polyurethan weiter ausgebreitet¯wérden. Man hat daher versucht, die Nachteile des Polyurethans zu überwinden, indem man Systeme verwendet hat, die praktisch unbrennbar sind und in wässriger Form vorliegen, damit auch infeuchten und nassen Formationn verfestigt werden kann. So sind z. B. Versuche in erheblichem Umfang mit wässrigen Formaldehyd-Harnstoff-Lösungen gemacht worden. Es konnte mit diesen Systemen aber keine ausreichende Verfestigung erzielt werden, da beim Aushärtevorgang die entstehenden Produkte sehr stark schrumpfen. Weiterhin ist versucht worden, Wasserglaslösungen zum Verfestigen einzusetzen. Wasserglaslösungen erfordern zum Aushärten Zusätze von Härtungsmitteln. Verwendet werden saure oder Säure bildende Stoffe wie Phosphorsäure, Sulfonsäure, Ester wie z. B. Glycerintriacetat, Ähtylacetat sowie andere organische Stoffe wie Formamid, Glyoxal. Weiterhin werden als Härter Calciumchlorid, Aluminiumsulfat, Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat, Aluminiumchlorid und Silicofluoride benutzt. Nach diesen Verfahren lassen sich zwar gröbere Mittelsande und Kiese z. B. zum Zweck der Baugrundkonsolidierung bis zu einem gewissen Grade verfestigen; Verfestigungen mit hohem Verfestigungsgrade sind damit nicht möglich, da beim Aushärten von Wasserglas ein erheblicher Volumenschwund auftritt und infolgedessen der Verbundkörper sich von den Oberflächen der Risse und Spalten ablöst. Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, ein Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen zu schaffen, das die beschriebenen Nachteile der Verfestigungsverfahren des Standes der Technik vermeidet, befriedigende Verfestigungswerte erzielt, Unempfindlichekeit gegenüber Feuchtigkeit aufweist und nicht brennbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man Polyisocyanat mit Wasserglaslösungen innig vermischt und diese Emulsion in der zu verfestigenden Formation aushärten lässt. Die Haftung des sich bildenden Feststoffes auf trockenen und nassen geologischen Formationen ist ausgezeichnet, zumal die beim Aushärten von Wasserglaslösungen ohne Polyisocyanatzugabe auftretende Schrumpfung überhaupt nicht eintritt und stattdessen durch eine gewisse Volumenvergrösserung während der Härtung die Haftung begünstigt wird. Von besonderem Vorteil für den Kohlenbergbau ist, dass das ausgehärtete Verfestigungsmittel nicht entflammbar ist und eine für die Stabilisierung der Formation hervorragende Festigkeit der in Spalten und dergl. sich bildenden Verbundkörper erreicht. überraschenderweise haften ausgehärtete Verbundkörper auch an fettiger, also verhältnismässig stark bitumenhaltiger Kohle, so dass in jeder Art von Kohle eine gute Verfestigung erreicht wird. Als erfindungsgemäss geeignete Polyisocyanate kommen im Prinzip beliebige organische Polyisocyanate mit aliphatisch, cycloaliphatisch, araliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch gebundenen Polyisocyanatgruppen in Betracht, wie sie z. B. von W. Siefken in- "Justus Liebigs Annalen der Chemie", 562, Seiten 75 - 136, beschrieben werden. Vorzugweise werden jedoch die in der Polyurethan Chemie üblichen, bei Raumtemperatur flüssigen Polyisocyanate mit aromatisch gebundenen Polyisocyanatgruppen eingesetzt, wie z. B. 2,4-Diiosocyanatotoluol, 2,6-Diisocyanatotoluol, sowie beliebige Gemische dieser Isomeren ("TDI"), Polyphenyl-Polymethylen-Polyisocyanate, wie sie durch Anilin/Formaldehyd-Kondensation und anschliessende Phosgenierung hergestellt werden ("MDI") oder auch Cabodiimidgruppen, Biuretgruppen, Urethangruppen oder Allophanatgruppen aufweisende, bei Raumtemperatur flüssige Derivate dieser Polyisocyanate.Das bei Raumtemperatur flüssige, durch Phosgenierung von Anilin/Formaldehyd Kondensaten erhaltene Polyisocyanatgemisch ("MDI") sowie dessen flüssige, NCO-Gruppem aufweisende Umsetzungsprodukte mit unterschüssigen Mengen (NCO-OH-Molverhältnis 1 : 0,005-1:0,3) an mehrwertigen Alkoholen des Molekulargewichtsbereiches 62-3000, insbesondere an Äthergruppen ausweiseden Polyolen des Molekulargewichtsbereiches 134 3000 sind besonders bevorzugt. Unter Wasserglaslösungen sind Lösungen von Natrium- und/ oder Kaliumsilikat in Wasser zu verstehen. Es können auch rohe technische Produkte, welche z. B. Calciumsilikat, Magnesiumsilikat, Borate und Aluminate enthalten können, verwendet werden. Das Molverhältnis SiO2 : M2O (M=Metall) kann in den Grenzen 0,5 : 1 bis 4 : 1 schwanken. Vorzugsweise werden Wasserglas lösungen mit einem Verhältnis SiO2 : M2O von 1 : 1 bis 2,5 : 1 eingesetzt. Die Konzentration der Wasserglaslösung kann zwischen 25 bis 55 Gew. %, vorzugsweise zwischen 40 bis 50 Gew.-%, gewählt werden. Das Gewichtsverhältnis zwischen Polyisocyanat und Wasserglas in dem zu bildenden Gemisch kann innerhalb weiter Grenzen liegen, nämlich zwischen 75 zu 25 bis 15 : 85. Vorzugsweise wird ein Gewichtsverhältnis von Polyisocyanat zu Wasserglas von 60 : 40 bis 25 : 75 gewählt. Die Bereitung der Mischung aus Polyisocyanaten und Wasserglaslösungen ist einfach. Es ist lediglich erforderlich, die beiden Flüssigkeiten homogen zu vermischen, z. B. durch Rühren mittels Rührlatten von Hand oder durch motorgetriebene Rührwerke, die handelsüblich sind. Es ist auch möglich, die Emulsion auf Mischdosiereinrichtungen zu bereiten. Hierbei werden die beiden Flüssigkeiten mittels Dosierpumpen einem Durchlaufmischer zugeführt. Als Dosierpumpe können z. B. Zahnradpumpen, Kolbenpumpen oder Membranpumpen dienen. Als Durchlaufmischer sind z. B. Mischkammern mit angetriebenem Rührwerk oder Statikmischer geeignet, z. B. Rohre mit verschiedenartig angeordneten Prallblechen. Die Mischung wird in der Regel über Lanzen oder Rohre in die Formation oder erforderlichenfalls in darin eingebrachte Bohrlöcher eingepresst. Bohrlöcher sind nach dem Einpressen sofort zu verschliessen, da eine Gelierung und anschliessende Aushärtung der Mischung erst nach 30 bis 60 sec in Gang kommt. Zweckmässigerweise erfolgt- die Eìnfüh- der der Mischung in Bohrlöcher über als Ventil wirkende Bohrlochverschlüsse z. B. gemäss DE-PS 25 50 555. Je nach Art des verwendeten Polyisocyanates, des gewählten Mischverfahrens, des gewünschten mehr oder weniger augeprägten Auf schäumens des Verfestigungsmittels und dessen konsistenz kann es zweckmässig sein, dem Polyisocyanat oder der Wasserglaslösung oder dem Gemisch aus Polyisocyanat und Wasserglaslösung die folgenden Zusatzstoffe zuzusetzen: 1. Beschleuniger, wie sie aus der Polyurethanchemie be kannt sind. Als Beispiele seien metallorganische Ver bindungen wie Dibutylzinndilaurat oder tertiäre Amine wie Triäthylamin genannt. Die Zusatzmengen können bis zu ca. 2 Gew.-%, bezogen auf Polyisocyanat/Wasserglas lösunggemisch, betragen. 2. Treibmittel wie z. B. Aceton, Methylenchlorid, Mono fluortrichlormethan, Dichloridfluormethan, Butan. Die Zusatzmengen können bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf Poly isocyanat/Wasserglaslösungsgemisch, betragen. 3. Verbindungen, die mindestens eine gegenüber Polyisocy anat reaktionsfähige Gruppe besitzen.Diese Verbindun gen werden dem Reaktionsgemisch im allgemeinen in Men gen von bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf die Wasserglas lösung, zugesetzt. In Frage kommen organische Polyami ne wie z. B. Äthylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthy lentetramin, 4,4'- Diaminodiphenylmethan oder 2,4' Diaminotoluol, bevorzugt jedoch organische Verbindun gen mit alkoholischen Hydroxylgruppen. Hierzu gehören einfache, ein- oder mehrwertige, vorzugsweise mehr wertige Alkohole des Molekulargewichtsbereiches 32 200, vorzugsweise 62 - 200 oder die in der Polyurethan Chemie an sich üblichen höhermolekularen Polyhydroxyl verbindungen des Molekulargewichtsbereiches 200 - 5000r vorzugsweise 200 - 1000, wie z. B. die an sich bekann ten Polyhydroxypqlyester oder Polyhdroxypolyäther. Bei spiele geeigneter niedermolekularer Alkohole sind Methanol, Äthanol, Propanol, Äthylenglykol, Diäthylen glykol, Triäthylenglykol, Glycerin oder Trimethylol propan. Beispiele höhermolekularer Alkohole sind Poly ester aus Decarbonsäuren, wie z. B. Phthalsäure, Adi pinsäure, Hexahydrophtalsäure, Tetrahydrophthalsäure und/oder Maleinsäure und den oben genannten einfachen Alkoholen oder Polyätherpolyole, wie sie durch Alkoxy lierung, d.h. insbesondere durch Anlagerung von Propy lenoxid und/oder Äthylenoxid an niedermolekulare Star termoleküle erhätlich sind. Geeignete Startermoleküle sind Wasser oder beispielsweise die -obengenannten, mindestens zwei aktive Wasserstoffatome au-fweisenden niedermolekularen Amine oder Alkohole. Besonders bevorzugte Alkohole sind die zuletzt genann ten Polyätherpolyole des OH-Zahl-Bereiches von 50 600. Die Alkohole können entweder der Wasserglaslösung oder dem Polyisocyanat oder als Drittkomponente dem Polyisocyanat/lVasserglasgemisch zudosiert werden. Mi schungen mit zusätzen der vorstehend aufgeführten Ver bindungen ergeben die bislang besten Verfestigungswer te und stellen daher eine besonders bevorzugte Aus führungsform der Erfindung dar. 4. Emulgatoren wie z. B. Umsetzungsprodukte aus Stearyla min und Äthylenoxid, Polyätherester aus Abietin- bzw. Ölsäure und Äthylenoxid, Fettalkoholpolyglykoläther, Alkylphenolpolyglykoläther, Emulgatoren auf Wasserglas basis, z. B. Tegosivin der Fa. Goldtschmit AG, Ampho- genside, z. G. Tego-Betain 27 der Fa. Goldtschmit AG, Fettsäureamidoalkyldimethylamindonoxid, z. B. Aminoxid WS 25 der Fa. Goldtschmit AG. Derartige Emulgatoren begünstigen besonders die Emulgierung der Verbindung gemäss Kategorie 3 in der Wasserglaskomponente und damit auch die Vollständigkeit der Vermischung aller Kompo nenten.Die Emulgatoren werden im allgemeinen in Mengen bis zu 15 Gew.-E, bezogen auf Polyisocyanat/Wasserglas lögungsgemisch, zugesetzt. 5. Thixotropiermittel wie z. B. Asbestmehl oder andere oberflächenaktive Zusatzmittel allein oder im Gemisch mit den unter Kategorie 4 genannten Emulgatoren. Diese Thixotropiermittel werden vorzugsweise verwendet, wenn man Gemische aus Wasserglaslösung und die unter Katego rie 3 genannten Verbindungen einsetzt. Auch lassen sich damit über längere Zeit stabile Emulsionen herstellen, so dass am Ort der Verfestigung Zweikomponentensysteme aus Wasserglaslösung und Zusätze der Kategorie 1 - 4 einerseits und Polyisocyanate andererseits gehandhabt werden können. Die Thixotropiermittel werden im allge meinen in Mengen bis zu 5 Gew , bezogen auf Polyiso cyanat-Wasserglaslösungsgemisch, zugesetzt. 6. Schaumstabilisatoren wie z. B. Organopolysilioxane, wie sie aus der Polyurethan-Chemie bekannt sind. Alle vorgenannten Zusatzstoffe können entweder als alleinige Zusätze oder in Kombination miteinander der Mischung oder den Komponente vor ihrer Vermischung zugesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, in die erwähnten Bohrlöcher Mehrkammerpatronen einzuführen, die das Polyisocyanat, die Wasserglaslösung und gegebenenfalls Zusatzstoffe nach Kategorie 1 - 6 in getrennten Behältern enthalten. Nach mechanischer Zerstörung der Patronen und Vermischen der flüssigen Inhaltsstoffe, z. B. durch einen rotierenden Holz- oder Metallnagel oder eine Ankerstange, dringt das aufschäumend erhärtende Gemisch unter dem eigenen Schaumdruck in die zu verfestigenden und abzudichtenden Formationen ein und füllt gleichzeitig auch das Bohrloch vollständig aus. Eine Übersicht über beispielsweise in Frage kommende Mischungen und über die praktische Anwendung des Verfahrens geben die nachfolgende Tabelle und die Beispiele. Im Einzelnen bedeutet: MDI ein durch Phosgenierung eines Formaldehyd-Aniling Kondensates erhaltenes Polyisocyanat, das zu mehr als 50 8 aus Diisocyanatodiphenylmethan besteht mit einem Isocyanatgehalt von 31 % und einer Viskosität von 95 mPa s bei 250 C Beschleuniger Dibutylzinndilaurat Polyol 1 ein Polyätherpolyol, hergestellt aus Trimethy lolpropan und Propylenoxid mit einer OH-Zahl von 370 und einer Viskosität von 700 mPa s bei 25 C Polyol 2 ein Polyätherpolyol, hergestellt aus 1,2-Propy lenglykol und Propylenoxid mit einer OH-Zahl von 59 und einer Viskosität von 410 mPa s bei 25 C Emulgator ein handelsüblicher Alkylphenolpolyglykoläther (Akyporox NP 105, Fa. Chemy,Emmerich) Asbestmehl ein handelsübliches Erzeugnis der Fa. Crace (Silodex 24) Stabilisator ein handelsüblicher Polyatherpolysiloxan- Stabilisator (Stabilisator SJ, Bayer AG) Tabelle EMI12.1 <tb> <SEP> Gewichtsverhältnis <SEP> Mol <SEP> verhältnis <tb> komponente <SEP> A <SEP> Komponente <SEP> B <SEP> Wasserglas: <SEP> Isocyanat <SEP> SiO <SEP> : <SEP> Na2O <SEP> <tb> 1.) <tb> 80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44 <SEP> % <SEP> 90, <SEP> 4 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 80 <SEP> : <SEP> 90 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <tb> 20 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <tb> 2.) <SEP> <tb> 40 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44 <SEP> % <tb> 10 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 60 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 40 <SEP> : <SEP> 60 <SEP> 2 <tb> <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> g <SEP> Beschleuniger <tb> 10 <SEP> g <SEP> Treibmittel <tb> 3.) <SEP> <tb> 80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44 <SEP> % <tb> 20 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> -75 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 80 <SEP> : <SEP> 75 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 1 <tb> <SEP> 0,6 <SEP> g <SEP> Beschleuniger <tb> <SEP> 0,5 <SEP> g <SEP> Stabilisator <tb> 4.) <tb> 75 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44 <SEP> % <tb> 25 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 25 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 75 <SEP> <SEP> 25 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <tb> <SEP> 1,6 <SEP> g <SEP> Beschleuniger <tb> 5.) <SEP> <tb> 80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 50 <SEP> % <tb> 15 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 86 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 80 <SEP> : <SEP> 86 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <tb> <SEP> 5 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 2 <tb> <SEP> 2 <SEP> g <SEP> Beschleuniger <tb> 6. <SEP> <tb> 50 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 28 <SEP> O/o <SEP> % <SEP> <tb> 30 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 40 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 50 <SEP> : <SEP> 40 <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 1 <tb> <SEP> 2 <SEP> g <SEP> Beschleuniger <tb> 7.) <tb> 25 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44 <SEP> % <SEP> <tb> <SEP> 6 > 25g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 75 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 25 <SEP> : <SEP> 75 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <tb> 8.) <tb> 50 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 28 <SEP> % <tb> 40 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 50 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 50 <SEP> . <SEP> <SEP> 50 <SEP> 2 <SEP> 1 <tb> 10 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 2 <tb> <SEP> 0,5 <SEP> g <SEP> Beschleuniger <tb> EMI13.1 <tb> 80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44 <SEP> % <tb> 20 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 72 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 80 <SEP> : <SEP> 72 <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 1 <tb> 10 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 2 <tb> <SEP> 1 <SEP> g <SEP> Beschleuniger <SEP> <tb> 10.) <SEP> <tb> 90 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44 <SEP> % <tb> 10 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 90 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 90 <SEP> : <SEP> 90 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <tb> 30 <SEP> g <SEP> Treibmittel <tb> <SEP> 0,6 <SEP> Beschleuniger <tb> 11. <SEP> ) <tb> 80 <SEP> g <SEP> asserglas <SEP> 44 <SEP> o <tb> 20 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 51 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 80 <SEP> : <SEP> 51 <tb> <SEP> 0,3 <SEP> g <SEP> Beschleuniger <tb> <SEP> 1,0 <SEP> g <SEP> Emulgator <tb> <SEP> 1,0 <SEP> g <SEP> Asbestmehl <SEP> <tb> W <SEP> <tb> 80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44 <SEP> % <tb> 15 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <tb> <SEP> 5 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 2 <SEP> 90 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 80 <SEP> : <SEP> <SEP> 90 <SEP> 2 <tb> <SEP> 0,3 <SEP> g <SEP> Beschleuniger <tb> <SEP> 1,0 <SEP> g <SEP> Emulgator <tb> <SEP> 1,0 <SEP> gAsbestmehl <SEP> g <SEP> Asbestmehl <SEP> <tb> <SEP> 1,0 <SEP> g <SEP> Stabilisator <SEP> g <SEP> Stabilisator <tb> In den nachfolgenden Beispielen wurde als Wasserglas eine 44gewichtsprozentige wässrige Lösung eines Natriumsilikats (SiO2 Na2O = 2 : 1) verwendet. Beispiel 1 Zu einem Flöz mit 0 - 10 gon Einfallen und einer mittleren Mächtigkeit von 4 m böschte der Kohlenstoss im Streb bis zu 3,50 m ab. Daraus resultiertenHangendausbruche bis zu 7 m Höhe und 30 m Länge Eswurden im Abstand von 7 m Bohrlöcher von 4,5 m Länge und 45 mm Durchmesser in den Kohlenstoss gebohrt Als Verfestigungsmittel dienten: Komponente A : Wasserglas Komponente B : MDI Die Komponenten A und B wurden im Gewichtsverhältnis 1 : 1 über eine Zweikomponente- Misch- und Verpresseinrichtung über einen Bohrlochverschluss in die Bohrlöcher eingepresst, so dass in jedes Bohrloch 120 kg Gemisch aus Komponente A und B gelangten. Nach 5 Stunden wurde der verfestigte Be.reichmittels einer Schrämmwalze abgebaut. Es zeigte sich, dass die- Oberfläche de-r Spalten und Risse in der Kohle verklebt waren und ein guter Verfestigungseffekt erzielt worden war.Der Kohlen- stoss böschte nur noch geringfügig ab undder normale Produktionsbetrieb konnte fortgesetzt werden. Beispiel 2 Im gleichen Abbaubetrieb gemäss Beispiel 1 wurden diese Verfestigungsarbeiten an der Störzone in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben fortgeführt mit dem Unterschied, dass dem Verfestigungsmittel zusätzlich ein Polyol zugesetzt wurde. Das Verfestigungsmittel bestand aus den folgenden Komponenten: Komponente A : Gemisch aus 80 Gew.-Teilen Wasserglas 20 " " Polyol 1 o13 " " Beschleu niger Die Komponente A wurde aus den o. a. Bestandteilen unmittelbar vor dem Injizieren durch Vermischen mittels mechanischem Rührwerk hergestellt. Die so erhaltene Emulsion war mehrere Stunden lang lagerstabil. Komponente B : MDI Der Kohlenstoss wurde gemäss Beispiel 1 verfestigt; das Gewichtsverhältnis der Komponenten A und B betrug 1,3 : 1. Der Verfestigungseffekt war vollkommen. Jegliches Abböschen des Kohlenstosses blieb aus. Beispiel 3 Beim Abbau eines Flözes mit einer Mächtigkeit von 1-,3 m und einem Einfallen von 0 - 59 gon sollte der Strecken- saum verfestigt werden. Das Hangende bestand aus festem Bänderschieferton, das Liegende war Sandstein. Das Strebhangende war im Bereich des Übergangs Strek/Strecke im Einfallen gemessen-auf einer Länge von 1,5 ¯ 2 m sehr stark aufgelockert. Es wurden Spaltbreiten bis zu 2 cm festgestellt. Für das Verfestigen wurden Bohrlöcher 60 cm über dem Flöz mit einer Länge von 2,5 m und 45 mm erstellt. Der Abstand der Bohrlöcher in Streckenrichtung war 2,5 - 3 m. Insgesamt wurden zunächst 4 Bohrlöcher gebohrt. Als Verfestigungsmittel diente: Komponente A : Gemisch aus 90¯Gew.-Teilen Wasserglas 10 Gew.-Teilen Polyol 2 1 Gew.-Teil Beschleuniger Komponente B : MDI In das erste Bohrloch wurden 90 kg der Mischung A und=B (Gewichtsverhältnis 1, 5 : 1)- mittels einer Verpressein- richtung eingebracht. In cas zweite Borhloch wurden 260 kg, in das dritte Bohrloch 350 kg und in das vierte Bohrloch 129 kg eingepresst. Die Verfestigungsergebnisse waren so gut, dass im Übergangsbereich StrebXStrecke keinerlei Ausbrüche auftraten. Im Bruch gefundene Gesteinproben zeigten, dass Risse und Spalten im Gebirge mit dem ausgehärteten Schaum aus den Komponente A und B völlig ausgefüllt und sehr gut verklebt waren. Beispiel 4 In einem Rückbaubetrieb sollte der Übergangsbereich Streb/ Strecke bis zu 15 m vor dem Streb mit Polyurethan verfestigt werden. Da in diesem Bereich das Gebirge sehr nass war und die Spalten und Risse mit Wasser gefüllt waren, konnte mit dem bekannten Polyurethan-System kein ausreichender Verfestigungseffekt erzielt werden. Es wurden dann im Abstand von 5 m vor der Strebfront Bohrlöcher mit 5 m Länge und 100 ansteigend in das Hangende gebohrt. Über diese Bohrlöcher wurden nun insgesamt 1000 kg folgender Mischung eingebracht: Komponente A : Gemisch aus 80 Gew.-Teilen Wasserglas 10 " t Polyol 1 10 -" " Polyol 2 5 " " Emulgator 1 Gew.-Teil Beschleuniger 1 " " Asbestmehl Komponente B : MDI Das Gewichtsverhältnis der Komponenten A und B betrug 1 : 1,2. Beim Durchfahren der verfestigten Störungszone in der Strecke zeigte sich, dass die im nichtverfestigten Bereich aufgetretenen Hangendausbrüche völlig ausblieben. Beispiel 5 Auf einer U-Bahn-Baustelle wurden Grundwasser und Fliess- sände beim Ausheben des Erdreiches aus einem Spalt (15 m hoch, 0,7 m breit) heraus in den Tunnelraum gespült. Versuche, den Fliesssand durch In-jektion in die Wände mit Zement oder Wasserglas zu verfestigen, brachten keinen Erfolg. über Injektionslanzen, die in den Fliesssand eingebracht waren, wurde mit einer Injektionseinrichtung folgende Wasserglas-Polyisocyanatmischung eingebracht: Komponente A : Gemisch aus 80 Gew.-Teilen Wasserglas 1 Gew.-Te-il Beschleuniger Komponente B : Umsetzungsprodukt von 90¯Gew.-Teilen MDI mit 10 Gew.-Teilen Polypropylenglykol der OH-Zahl 56. Das Gewichtsverhältnis der Romponenten A und B betrug 1:1. Insgesamt wurden 100 kg dieser Mischung über die Lanze in die Schlitzwand injiziert. Bereits nach 15 Minuten zeigte sich, dass der Fliesssand verfestigt war. Unterhalb des ersten Injektionspunktes wurde eine weitere Injektionslanze 1300 mm tief in den Fliesssand eingebracht. Über diese Lanze wurden 70 kg des Gemisches aus den Komponenten A und B mit einem Druck von 50 bar verpresst. Mit dieser zusätzlichen Injektion gelang es, die Wand in dem durch die Injektion verfestigten Bereich gegen Wasser und Fliesssand abzudichten. Probekörper aus dem verfestigten Fliesssand ergaben Festigkeiten von ca. 12 kp/cmê. Beispiel 6 In einem Flöz mit einer mittleren Mächtigkeit von 2,80 m und einem Einfallen von 5 gon böschte der Kohlenstof auf einer Länge von 40 m von der Kopfstrecke gemessen bis zu 3,50 m ab. Dadurch wurden Hangendausbrüche hervorgerufen, die die Förderung des gesamten Strebes stark beeinträchtigten. Die entstandenen Hohlräume mussten mit Holz ausgepfeilert werden und weiterhin musste von Hand vorgekohlt werden. In dem kritischen Bereich wurden im Kohlenstoss im Abstand von 1,5 m und ca. 0,5 m unter dem Hangenden Bohrlöcher vom Durchmesser 50 mm mit ca. 10 gon Neigung erstellt. In die Bohrlöcher wurden je ó Zweikammer-Patronen aus Poly äthylen eingeschoben. Die innere Kammer der Patrone enthieltdas Polyisocyanat, die äussere Kammer enthielt folgende Komponente: 90 g Wasserglas 10 g Polyol 1 0,6 g Beschleuniger Di--butylzinndilaurat In der Patrone lagen beide Komponenten im Gewichtsver- hältnis 1 : 1 vor. Die Patronen wurden in den Bohrlöchern mit Hilfe von rechteckigen Holznägeln mit einer Kanten- länge von 32 mm-zerstört. Durch Drehen der HolznÅa-gel wurden die Komponenten gut vermischt, woraufhin die Bohrlöcher mit einem Stopfen zugeschlagen wurden Beim Abbau nach 2 1/2 Stunden zeigte sich, dass durch den Verfestigungseffekt das Abböschen des Kohlenstosses verhindert werden konnte Beispiel 7 Als Patrone dient ein Glasrohr von 60 cm Länge,- einem Innendurchmesser von 2,6 cm und einer Wandstärke von 1 mm Dieses Rohr ist mit 200 folgender Mischung gefüllt: 160 g Wasserglas 40 g Polyol 1 In diesem Rohr befindet sich ein weiteres zugeschmolzenes Glasrohr von 59 cm Länge, 1,6 cm Innendurchmesser und 1 mm Wandstärke als Innenpatrone. Diese Innenpatrone ist mit 102 g eines Polyisocyanatgemisches der Diphenylmethan-Reihe mit einer Viskosität von 100 mPa s/250 C und einem NCO-Gehalt von 32 Gew.-% gefüllt. Die mit. einem Plastikstopfen verschlossene Patrone wurde in ein Bohrloch von 30 mm Durchmesser eingeführt. Mit einer Umdrehungszahl von 350 U/min wurde eine Ankerstange von 24 mm Durchmesser in das Bohrloch eingestossen. Die Patrone wurde dadurch zerstört und die Komponenten innig vermischt. Die Verklebungslänge betrug 110 cm. Nach 30 Minuten wurde die Ankerstange gezogen. Erst bei einer Zugbelastung von 24 t wurde die Ankerstange aus dem Bohrloch gezogen.

Claims: Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschüteten Gesteins- und Erdformationen Patentansprüche 1. Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologi schen und geschütteten Gesteins-- und Erdformationen sowie Kohle mittels Wasserglaslösungenr dadurch-gekenn- zeichnet, dass man Wasserglaslösungen und Polyisocyanate innig miteinander vermischt und diese Emulsion in der zu-verfestigenden Formation aushärten lässt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzehnet, dass das Gewichtsverhältnis von Polyisocyanat zu Wasserglas lösung zwischen 75 : 25 bis 15 : 85, vorzugsweise 60 : 40 bis 25 : 75, liegt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeich net, dass als Polyisocyanate organische Verbindungen mit mindestens 2 NCO-Gruppen pro Molekül verwendet werden, vorzugsweise Phosgenierungsprodukte von Ani lin-Formaldehyd-Kondensationsprodukten. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass der Mischung bis zu 2 Gew.-% aus der Polyu rethanchemie bekannte Beschleuniger, vorzugsweise me tallorganische Verbindungen wie z. B. Dibutylzinndi laurat oder tert. Amine, wie z. B. Triäthylamin, zu gesetzt werden. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass der Mischung bekannte Treibmittel, wie z. B. Aceton, Methylenchlorid, Monofluortrichlormethan, Dichloridfluormethan und Butan in Mengen bis zu 30 tGew.-¯%¯,¯bezogen auf Polyisocyanat/Wasserglaslösungs- Gemisch, zugesetzt werden. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, dass der Mischung Verbindungen mit mindestens ei ner gegenüber Polyisocyanaten reaktionsfähigen Gruppe in einer Menge bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf die Was serglaslösung, zugesetzt werden. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als gegenüber Polyisocyanaten mindestene eine reak tionsfähige Gruppe aufweisende Verbindungen die aus der Polyurethanchemie bekarXnten Polyhydrox.yverbindun- gen, wie z. B. Polyäther-oder Polyesterpolyole des OS-Zahl-Bereiches von 50 - 600, verwendet werden 8. Verfahren nach. Anspruch 7, dadurch gekennzeichnetl dass Polyätherpolyole mit einer OH-Zahl von 50 - 600 ver wendet werden. 9. Verfahren nach-Anspruch 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der aus Wasserglaslösungen und mit Polyisocyanaten reagierenden mono- oder polyfunk tionellen Verbindungen gebildeten Emulsionen Tixotro piermittel und Emulgatoren-zagesetzt werden. 10. Verfahren nach Anspruch 1 - 9-, dadurch gekennzeichnet, dass in die Mischung Schaumstabilisatoren eingearbeitet werden 11. Verfahren nach Anspruch 1 - 10, dadurch gekennzeich net, dass die Mischungen über Bohrlöcher oder Injek tionslanzen in die zu-terfestigenden geologischen -For mationen unter Druck eingebracht werden. 12. Verfahren- nach Anspruch 1 - 11, dadurch gekennzeich net, dass Komponenten der zu erzeugenden Mischungen in separaten Behältern einer Mehrkammerpatrone unterge bracht und nach Einführung in die Formation unter Zer störung der Patrone miteinander vermischt werden.

Inventors: KUBENS, ROLF, DR., MEHESCH, HANS, DR., MEYER, FRANK, DR.
Applicants: BAYER AG, BERGWERKSVERBAND GMBH
Application year: 1979
Main classification: C09K17
IPC codes: C09K17, E21D9, C08G18