Вяжущее для тампонажных растворов и способ его получения

 

1. Вяжущее для таь онажных растворов , содержащее гидратированное жидкое стекло, отличающеес я тем, что, с целью повышения проч кости сцепления приготавливаемого раствора с пластом за счет придания ему безусадочности при твердении, оно дополнительно содержит бишофит при следующем соотношении компонентов , мас.%. Жидкое стекло 30 - 34 Бишофит66-70 2; Способ получения вяжущего, включающий гидротермальную обработку сьфьевой массы, содержащей жидкое стекло и бишофит, последующую сушку и помол , отличающийся тем, что, с целью повышения прочности сцепления приготавливаемого раствора с пластом за счет придания ему безусадочности при твердении,в водный раствор бишофита вводят гидратированное жидкое стекло с одновременным дроблением струи жидкого стекла в месте падения в раствор поперечными колебательными движениями. (Л / / ГО го to 00 CD г. /

С01ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (ю 4 E 21 В 33/138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3696686/22-03 (22) 30.11.83 (46) 07.04.86.Бюл. Ó 13 ,(71) Краматорский индустриальный институт (72) В.М.Карпенко, И.Д.Писаренко, JI,Í.Ñóõoâååâà и С.А.Шоно (53) 622.245.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 855190, кл. Е 21 В 33/138, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N 1025869, кл. Е 21 В 33/138, 1983. (54) ВЯЖУЩЕЕ ДЛЯ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ. (57) 1. Вяжущее для тайпонажных растворов, содержащее гидратированное жидкое стекло, о т л и ч а ю щ е е » с я тем, что, с целью повышения проч ности сцепления приготавливаемого раствора с пластом за счет придания

„SU„, 1222819 A ему безусадочности при твердении, оно дополнительно содержит бишофит при следующем соотношении компонентов, мас.7..

Жидкое стекло 30 — 34

Бишофит 66-70

2 Способ получения вяжущего, включающий гидротермальную обработку сырьевой массы, содержащей жидкое стекло и бишофит, последующую сушку и помол, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности сцепления приготавливаемого раствора с пластом за счет придания ему безусадочности при твердении,в водный раствор бишофита вводят гидратированное жидкое стекло с одновременным дроблением струи жидкого стекла в месте падения в раствор поперечными колебательными движениями.

1222819

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к составам вяжущих для приготовления тампонажных растворов.

Цель изобретения — повышение прочности сцепления приготавливаемого раствора с пластом за счет придания ему беэусадочности при твердении.

Пример. Готовят водный раствор бишофита добавлением воды в бишофит таким образом, чтобы плотность раствора была не менее 1,3 г/см, а рН более 5,5. Приготовленнный раствор нагревают до 60 С, а затем в раствор вливают гидратированное жидкое стекло. При этом с помощью мешалки проводят дробление струи в месте падения ее в раствор Мешалка, выполненная в виде металлической лопатки с рабочим сечением 100 х 200 мм и толщиной 3 мм приводится в движение колебательным механизмом. Лопат ка совершает поперечные относительно направления струи колебательные движения с частотой 10 — 20 кол/с..

Глубину погружения лопатки в раствор регулируют таким образом, чтобы. верхняя часть лопатки была выше уровня раствора на 2 — 10 мм. После перемешивания смеси до получения однородной массы и ее отстаивания сливают жидкую фазу. Оставшийся осадок подвергают сушке потоком воздуха, а затем выдерживают в нагревательной печи при 100 — 110 С в течение 2 часов. о

После охлаждения вяжущего на воздухе проводят помол его с помощью барабанной мельницы до тонкого порошка.

Готовят пять составов вяжущего для тампонажных растворов, приведенных в табл. 1.

Для приготовления вяжущего используют бишофит, состав которого приведен в табл. 2 (в вяжущее можно вводить любой иэ укаэанных составов).

Оптимальные интервалы изменения параметров рН 5,5 — 6,0; удельный вес = 1,30 — 1,32 г/см, температура нагрева 40-60 С. (табл. 1 — 3).

В исследованиях используют жидкое стекло натриевое гидратированное с модулем 2,8 — 2,9.

На фиг. 1 представлена схема мешалки; на фиг. 2 - то же вид сверху, Мешалка состоит из лопатки 1, закрепленной на рычаге 2, имеющем посередине шарнирное соединение 3. Рычаг

2 установлен на основании 4 и концом

f5

40 через шарнир 5 соединен с шатуном 6, который связан с пневмоцилиндром 7, установленным на основании.

Мешалка работает следующим образом. Под действием сжатого воздуха, поступающего в пневмоцилиндр 7, установленный на основании, шатун 6 совершает возвратно-поступательное движение и приводит в движение рычаг 2.

Последний выполняет колебательные движения вокруг шарнирного соединения 3 и приводит в движение лопатку 1.

При этом лопатка 1 совершает колебания, частота которых регулируется пневмоцилиндром 7. Лопатка 1 перемещается вверх — вниз для изменения ее положения относительно уровня пе. ремешиваемого раствора за счет шарнирных соединений 3 и 5.

Струя жидкого стекла вертикально падает на середину лопатки. Частота поперечных колебаний металлической лопатки 10 — 20 кол/с..Глубина погружения лопатки в раствор при вливании жидкого стекла должна быть такой, чтобы верхняя часть лопатки была выше уровня раствора на 2 — 10 мм.

После вливания всей массы жидкого стекла лопатка погружается на всю толщу раствора для равномерного перемешивания.

Результаты испытаний приведены в табл. 4.

Как следует из табл. 2, при h>10MM не удается получить однородный раствор ввиду недостаточного контакта жидкого стекла с бишофитом. При погружении лопатки (h c 2 мм) жидкое стекло не дробится, а получаются комки, При малой частоте колебаний также наблюдаются комки в растворе, а прь большой разбрызгивается иного жидкого стекла и не получается оптимальный состав вяжущего.

Скорость подачи жидкого стекла в лабораторных условиях при диаметре истечения 5 мм составляет 0,8-1,2 мм/с при приготовлении 1 л раствора. Расход жидкого стекла 280 мл на 1 л готового раствора.

Сушка осадка осуществляется сначала на воздухе обдуванием осадка в течение 3 ч потоком воздуха при о

20 — 25 С. Затем осадок просушивают о в нагревательной печи при 100 — 110 С в течение 2 ч. Прн тепмературе менее о

100 С процесс удаления влаги дли1222819

45 тельный и остаточная влажность вью сокая. При температуре более 110 С процесс сушки происходит очень быстро, что ухудшает технологические сввйства вяжущего (табл. 5).

После приготовления вяжущего проводят испытание составов в два этапа.

На первом этапе в полученные составы вяжущих добавляют воду до получения сметанообразной консистенции и по- 1О мещают их в керамические тиглы. После выдержки в течение 2 нед. проверяютусадку составов. На втором этапе на основе вяжущего готовят тампонажные составы путем добавки в вяжущее 15 наполнителя, отвердителя и воды. Полученными тампонажными растворами заполняют сквозные отверстия в горной породе. После затвердевания состава прикладывают нагрузку к тампонажному камню и определяют минимальное давI ление, необходимое для сдвига камня относительно породы.

Составы, исследованные на втором этапе, приведены в табл. 6, аих свой- 25 ства — в табл. 7-9.

При введении бишофита в состав вяжущего в результате протекания химических реакций образуется сложный магниево-натриевый гидросиликат. Входящие в состав бишофита хлориды маг ния и кальция взаимодействуют с гидратированным жидким стеклом и образуют сложные магний-натрий-кальциевые гидросиликаты. Эти гидросиликаты

35 повышают адгезию приготавливаемого темпонажного раствора к пласту породы или полезного ископаемого за счет повышения его вяжущих свойств. При этом возрастает прочность сцепления раствора с пластом.

М

Кроме того, образующиеся сложные гидросиликатыпри твердении обеспечивают безусадочность состава, потому что объем гидросиликатов при твердении не уменьшается, а при определенных соотношениях может несколько увеличиться. В результате этого прочность сцепления состава с тампонируемым пластом значительно увеличивается. 50

Оптимальное содержание жидкого стекла в вяжущем 30 - 34 мас.Ж. При меньшем содержании жидкого стекла ухудшаются вяжущие свойства и тампонажный раствор, приготовленный на таком вяжущем, имеет низкие прочностные характеристики и слабую адгезию с тампонируемым пластом. При .большем содержании жидкого стекла наблюдается усадка вяжущего при твердении, что ухудшает герметичность тампонажного камня.

Оптимальное содержание бишофитов

66 — 70 мас.X. При меньшем содержании вяжущее дает при твердении усадку, что снижает герметичность в месте соединения вяжущего с пластом, а при большем ухудшаются вяжущие свойства приготовленного вещества.

При введении жидкого стекла в водный раствор бишофита с одновременным дроблением струи в месте падения в раствор происходит образование твердых частиц гидросиликата небольших размеров и реакции между хлоридами магния и кальция и жидким стеклом протекают равномерно во всем объеме раствора. Кроме того, дробление струи должно проводится только поперечными колебательными движениями. При вращательных движениях требуемый эффект не достигается ввиду мгновенного образования комка гидросиликатов и замедления необходимых реакций.

Таблица 1

Компоненты Соделжание компонентов, мас .Х в составе .

I E Г

1 2 3 4 5

Жидкое стекло 29 30 32 34 35

Бишофит 71 70 68 66 65

Для приготовления вяжущего можно использовать механизмы, которые обеспечивают поперечние колебательные движения. Размеры лопатки и амплитуда колебаний лопатки связаны с размерами емкости, в которой производится перемешивание, и с диаметром струи жидкого стекла, падающей в раствор бишофита. Поэтому эти параметры могут быть установленытолько в относительныхвеличинах.Ширина лопатки не должна быть меньше трех диаметров падающей струи жидкого стекла, а амплитуда колебаний лопатки ограничивается шириной емкости, в которой производят перемешивание раствора, и не должна быть более 0,7 ширины емкости для предотвращения ударов о стенки емкости.

1222819

Таблица 2

Содержание, мас.7, в составе

Компоненты

1 2 3

87 88 89

Хлорид магния

13 12 11

Хлорид кальция

Таблица 3

Опыт рН У г/см Темпе- Растека- Прочность

v 0 ратура, С емость, при изгимм бе,кг/см

1 45 125

2 50 1,30

30 l 50

81,5

166

84,1

84,5

3 625 131

167

84,3

4 5,50 1,32

5 5,70 1,33

168

140

80 5

Таблица 4

Опыт Глубина,погружения лопатки, мм

Частота колебаний

Растека- Прочность емость, при изгивяжущего бе,кг/см мм лопатки, кол/с

1 1,0

2 2,0

3 5,0

4 10,0

5 12,0

145

84,0

166

166

86,2

84,3

167

150

80,5

5,0

1,8

120

78,5

5 0

165

84,2

8 5 0

9 6,0

168

84,5

150

81,0

1222819

Таблица 5

Влагосодержание осадка,Х

Растекаемость

Время сушки ч

Опыт Температура сушки, С вяжущего йм

2 6,0-6,5 140

2 О, 1-0, 12 165

2 О, 08-0, 10 167

2 О, 08-0, 10 140

81,0

1 90

2 100

84,1

84,2

3 110

81,5

140

80,5

1 5 4,0-4,6

2,5 0,08-0,10 165 . 84,3

Таблица 6.

Содержание компонентов, мас.7

Состав

Содержание компонентов,мас.й, в вяжущем

Вяжу- Из- Глина Вода щее весть

Жидкое Бишофит стекло

Известный

30 15 30 25 . Известное

Предлагаемый 30 15 30 25 29

30 15 30

25 30

30 15 30 25 32

30 15 30 25 34 66

30 . 15 30 25 35 65

Таблица 7

Состав Плотность, r/c 3

Растекаемость мм

Известный 1,65

185

81,5 35,0 190,0

1 1 57 168 830 290 185 0

2 159 167 84,1 285 1800

3 1,60 166 84,5 28,0 176,0

4 120

5 110

6 110

Прочность при изгибе, кг/см

Начало схваты вания, мин

Прочность, при изгибе, кг/см

Конец схватывания, мин

1222819

Продолжение табл.7

Начало схватыСостав

РастекаеПрочность при изгибе, кг/см

Конец схватымость, мм вания, мин вания, мин

4 1 62 .164 84 3

5 1,63 160 83,5 и р и м е ч а н и е.Температурный интервал применения 25 — 200 С.

Таблица 8

Температура Результаты испытаний о испытаний, С образцов

30 Наблюдаются трещины

25 Изменений нет

100

300

Снижаются прочностные характеристики.

350

Пр имеч ание. Состав вяжущего, мас.7: жидкое стекло 30; бишофит 70.

Таблица 9

Состав Способ приготовле- Усадка об- Давления сдвиния вяжущего разца, 7 га, кг/см2

Извест- 1 ный Известный

2,0- 2,4 5,0- 6,0

8,5 - 9,0

0,9- 1,2

1 Предлагаемый

0,1 — 0,15. 10,0-10,5

0,1 - 0,12 9,8 - 10,2

0,08-0, 10 9,6 — 10,0

0,8 — 1,1 6,8 — 7,3

Плотность, г/смз

27,5 172,0

26,0 165,0

1222819

Составитель Е. Тангалычев

Редактор В. Петраш Техред И.Попович: Корректор: М. Максимишинец

Заказ 1682/3.1 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП ":Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4