Способ укрепления и герметизации геологических формаций, состоящих из влажных пород или содержащих воду

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при креплении и герметизации геологический формаций. Цель изобретения - повышение устойчивости массива . В массиве горных пород бурят скважины и нагнетают в них закрепляющие растворы на основе полиизоцианата. Нагнетание производят в два этапа. На первом этапе нагнетают полиизоцианата, который, реагируя с водой, находящейся в массиве, образует полимочевину. На втором этапе нагнетают полиизоцианат и многоатомный спирт. В качестве полииизоциаката используют фосгенированный продукт реакции конденсации анилина и формальдегида. В качестве многоатомного спирта - полиэфирный многоатомный спирт. Количество полиизоцианата , используемого на первом этапе нагнетания, составляет 3-60% от общего объема материала, используемого пр нагнетании , 2 з.п.ф-лы. k/ LP- pL,

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР с с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ"

К ПАТЕНТУ (21) 4356603/03 (86) PCT/ЕР 87/00176 (31,03.87) (22) 30,09.88 (31) P 3610935.5 (32) 02,04.86 (33) DE (46) 15.11.92. Бюл. M 42 (71) Бергверксфербанд ГмбХ и Байер АГ(0Е) (72) Макс Манн, Манфред Каппс, Франк

Мейер, Ханс Мехеш, Вольфганг Корнели, Бернхард Майдль, Дитрих Штайн и Кнуд

Гердес (D E) (56) Патент СССР N 1493116, кл, Е 21 D 11/38, 1984. (54) СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ И ГЕРМЕТИЗАЦИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЙ, СОСТОЯЩИХ ИЗ ВЛАЖНЫХ ПОРОД ИЛИ

СОДЕРЖАЩИХ ВОДУ (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при креплении и гермеИзобретение относится к способам укрепления и герметизации геологических формаций, влажных или содержащих воду, путем инжектирования смеси, которая реагирует с образованием полимочевины.

Целью изобретения является повышение устойчивости массива.

В соответствии с предлагаемым способом инъецирование двух компонентов осуществляют следующим образом, Сначала инъецируют полиизоцианат, произвольносодержащий вспомогательные компоненты и добавки, и затем вводят компонент, который реагирует с получением по!

Ы 1776321 АЗ (st)s Е 21 D 11/38, 11/00, 20/ОО тизации геологический формаций. Цепь изобретения — повышение устойчивости массива. В массиве горных пород бурят скважины и нагнетают в них закрепляющие растворы на основе полиизоцианата. Нагнетание производят в два этапа. На первом этапе нагнетают полиизоцианата, который, реагируя с водой, находящейся в массиве, образует полимочевину. На втором этапе нагнетают полиизоцианат и многоатомный спирт. В качестве полииизоцианата используют фосгенированный продукт реакции конденсации анилина и формальдегида, В качестве многоатомного спирта — полиэфирный многоатомный спирт. Количество полиизоцианата, используемого на первом этапе нагнетания, составляет 3 — 6ОO/; от общего объема материала, используемого при нагнетании, 2 з.п,ф-лы. лиуретана и который содержит в качестве основной составляющей многоатомный спирт в добавлении к полиизоцианатной составляющей. Полиизоцианатная составляющая предпочтительно представляет собой полиизоцианат или полиизоцианатную смесь дифенилметанового ряда, жидкую при комнатной температуре, например, фосгенированные продукты конденсации анилина с формальдегидом или производные этих полиизоцианатов, жидкие при комнатной температуре и содержащие карбодиимидные группы. биуретные группы, уретановые группы ипи алпофанатные груп177632 1

50 пы. Особое предпочтение отдается фосгенированным продуктам конденсации анилина и формальдегида, которые не претерпевают никаких дополнительных химических превращений и обычно содержат изоцианата в количестве примерно 32-33;

5 мас. имеют вязкость при 25 С примерно 50 — 400 мПа.с, Эти полиизацианатные смеси дифенилметанавого ряда включают

4,4 -диизоцианатодифенилметан, перемен/ ное количество 2,4 -диизоцианатодифенилметана и дополнительно примерно до 50 мас., предпочтительно примерно до 20 мас. Д высших гомологов этих изомерав, Возможно применение также диизоцианатов, которые являются жидкими при комнатной температуре, К их числу относятся

/ смеси 4,4 -диизоцианатодифенилметана и

2,4 -диизоцианатодифенилметана, в которых содержание 2,4 -изомерав в расчете на полную смесь обычно составляет примерно

40-70 мас.о . Эти диизоцианатные смеси характеризуются исключительно низкой вязкостью, примерно 10-30 мПа.с/25 С, Возможно использование также продуктов реакции, содержащих уретановые группы на основе этих ди- и полиизоцианатов. Они могут быть получены реакцией полиизоцианатов с многоатомными спиртами молекулярной массы от 62 до примерно 3000, предпочтительно с многоатомными спиртами молекулярной массы примерно 1343000 и содержащими эфирные группы., Реакцию предпочтительно осуществляют при малярном соотношении NCO/ОН примерно 1:0,005 — 1:0,3.

В предлагаемом способе полиизоцианатный компонент может использоваться один или в смеси со вспомогательными веществами или добавками. Примерами таких вспомогательных веществ и добавок могут служить катализаторы, предназначенные для ускорения реакции воды с NCO, например, третичные амины, такие как N,N-диметилбензиламин или триэтилендиамин; лактамм, такие е-капролактам, который действует также как катализатор; эмульгаторы для улучшения контакта полиизацианата с влагой, такие как этаксилированный нонилфенил; или противопенные вещества для предотвращения черезмерного вспенивания, снижающего прочностные характеристики, такие как ненасыщенные жирные кислоты с длинной цепью или продукты их полимеризации.

Инжектируемый в соответствии с предлагаемым способом второй компонент представляет собой реакционную смесь, при реакции которой образуется полиуретан, то есть двухкомпанентную смесь, со5

35 держащую палиизацианатный компонент и многоатомноспиртовой компонент, Эта смесь также содержит обычные вспомогательные вещества и добавки.

Полиизоцианатный компонент в этой реакционной смеси в основном содержит палиизоцианаты типа, иллюстрированного выше, и может включать полиизоцианаты, такие же как используемые первоначально, или отличные от них. Многаатомноспиртовой компонент реакционной смеси в основном включает палигидраксильные соединения, известные из химии полиуретанов, имеющие молекулярную массу 62— примерно 10000, предпочтительно 400— примерно 4000 и содержащие 2-4, предпочтительно 2 — 3 гидроксильные фракции. Эти полигидроксильные соединения обычно представляют собой смесь нескольких компонентов, хотя в принципе возможно применение чистых полигидроксильных соединений, та есть индивидуальных соединений. При применении индивидуальных полигидроксильных соединений данные выше определения молекулярной массы и гидраксилънай функциональности ОтнОсятся к индивидуальному компоненту; в случае смеси данные определения являются средними значениями для смеси.

В соответствии с настоящим изобретением могут применяться в качестве полигидроксильных соединений простые многоатамные спирты, имеющие молекулярную массу от 62 да 400, например, этилен-гликоль, и ро па н-1,2-диол, триметилолпропан, глицерин, диэтиленгликоль, дипропиленгликоль, триэтиленгликоль, трипропиленгликоль и/или пентаэритрит. Предпочтительны полиэфирные многоатомные спирты с Относительно высокой молекулярной массой, которые известны в химии полиуретанов и которые имеют молекулярную массу 400 — примерно

4000. Такие полиэфирные многоатомные спирты могут быть получены алкоксилированием простых многоатомных спиртов типа, упомянутого выше, или их смесей с веществами более высокой функциональности, такими как сорбит или сахароза. Применяемые в реакции алкоксилирующие вещества включают окись этилена и окись пропилена, причем окись пропилена предпочтительнее. Многоатомноспиртовые компоненты также включают другие палигидроксильные соединения, применяемые в химии полиуретанов, такие как касторовое масло или сложные полиэфиры, многаатомные спирты, которые могут быть полу ены по реакции многоатамных спиртов типа, иллюстрированного выше, с мно1776321

10

20

30

50

55 гоосновными карбоновыми кислотами, такими как адипиновая кислота, фталевые кислоты и/или фталевый ангидрид. Предпочтительны сложные полиэфирные многоатомные спирты молекулярной массы (определяемой осмометрически) 400 — примерно 4000. Многоатомноспиртовой компонент также может содержать небольшие количества воды (например, вплоть до 2 мас,%).

Для получения реакционный смесей полииэоцианата и полигидроксильные соединения смешивают вместе в соотношениях, которые требуются для достижения примерно 0,5 — 2, предпочтительно примерно 0,9—

1,5 изоцианатных групп в расчете на каждую изоцианатную реакционную группу (в частности, гидроксильные группы). Соединения смешивают известным способом, предпочтительно в статических мешалках типа, применяемого, например, для укрепления пород в угольной промышленности, Реакционная смесь также может содержать обычные вспомогательные вещества или добавки, предпочтительно те, о которых упоминалось выше. Вспомогательные вещества и добавки могут быть добавлены либо полиизоцианатному компоненту или многоатомноспиртовому компоненту.

Эффект герметизации, достигаемый за счет осуществления реакции полииэоцианата с водой или влагой геологической формации, требующей герметизации или упрочнения, обычно достаточен, если получаемый герметизирующий слой имеет толщину примерно 1 — 26%, предпочтительно примерно 5 — 20 величины радиуса инъецируемого тела. Под выражением "инъецируемое тело" подразумевается область геологической формации, требующая укрепления и/или герметизации с помощью одного способа инъецирования /включая как полиизоцианатное инъецирование, так и полиуретановое инъецирование). Размер области, которая может быть герметизирована и/или укреплена инъецированием,зависит, конечно,в основном, от природы геологической формации, Сыпучие породы и более пористые геологические формации могут быть больше этого диапазона. Размер диапазона может определяться, например, с помощью предварительных испытаний, применяя смеси, которые при реакции образуют полиуретан, Когда определен диапазон при одном инъецировании можно рассчитать количество полииэоцианата, пошедшего на герметизацию (при первом инъецировании), и количеством смеси. которая реагирует с образованием полиуретана (при втором инъецировании), опираясь при этом на значения, указанные выше для толщины герметизирующего слоя. Для простоты можно предположить, что полииэоцианат (первое инъеци рова ние) и реа кцион на я смесь (второе инъецирование) сопоставимы по вспениваемости, Предполагая, что толщина герметизирующего слоя (получаемого первым инъецированием полиизоцианатом) составляет примерно 1 — 26 7, предпочтительно и римерно 5 — 20 радиуса инъецируемого тела, простым расчетом по уравнению

У /Ус = (а/100)э — 3(а/100) + За/100, где У вЂ” объем первоначальной инъекции полиизоцианата, У вЂ” полный объем инъецируемого вещества, а — толщина герметизирующего слоя в в расчете от радиуса инъецируемого тела, можно показать, что количество инъецируемого первоначально полиизоцианата составляет примерно 3 — 60%, предпочтительно примерно 15 — 50 от полного обьема инъецируемого вещества, В соответствии с предлагаемым способом сначала осуществляют первое инъецирование, то есть, инъецирование "чистого полиизоцианата", который может, как упоминалось ранее, содержать вспомогательные вещества и добавки. Второе инъецирование осуществляют сразу же после первого, до завершения реакции введенного при первом инъецировании полииэоцианата. Полиизоцианат первой инъекции подпирается фронтом иньецируемого при втором инъецировании вещества, но не пронизывается второй инъекцией, По меньшей мере часть полиизоцианата первой инъекции вступает в реакцию с водой или влагой, присутствующей в геологической формации, Формула изобретения

1. Способ укрепления и герметизации геологических формаций, состоящих из влажных пород или содержащих воду, включающий бурение скважин и нагнетание в них закрепляющих растворов на основе полиизоцианата, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости массива, нагнетание закрепляющих растворов производят в два этапа, при этом на первом этапе производят нагнетание полииэоцианата для образования полимочевины при реакции полииэоцианата с водой, содержащейся в породе, а на втором этапе производят нагнетание смеси полиизоцианата и многоатомного спирта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полиизоцианата исполь1776321

Составитель Л,Березкина

Техред М,Моргентал Корректор Н.Слободяник

Редактор

Заказ 4049 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 зуют жидкий фосгенированный продукт реакции конденсации анилина и формальдегида, а в качестве многоатомного спирта используют полиэфирный многоатомный спирт.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество полииэоцианата, используемого на первом этапе нагнетания, составляет 3-60 от общего объема мате5 риала, используемого при нагнетании.