Способ противофильтрационного закрепления грунта Советский патент 1990 года по МПК E02D3/12 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при закреплении грунтов с целью предотвращения водопритока в горные выработки.

Цепь изобретения - повышение индукционного периода закрепляющего состава и снижение его вязкости.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Водный раствор нитрилотриметил- фосфоновой кислоты (Нтл) смешивают с водным раствором сначала одной из солей, а затем в эту смесь вводят водный раствор другой соли. Полученный таким путем закрепляющий трех- компонентный состав нагнетают в грунт через предварительно устроенные в нем скважины.

Добавка Нтл в состав связующего увеличивает индукционный период системы и замедляет начало образования осадка сернокислого бария на 35 - 45 мин, что позволяет производить инъектирование водных растворов связующего одновременно по общему каналу, что, в конечном итоге, повышает эффективность закрепления грунта.

При контакте водных растворов хлористого бария и сернокислого .натрия, в присутствии НТД, в начальной стадии процесса осаждения реагирующие ионы Ва2 и образуя молекулы сулыЪата бария, не дают осадка. Это можно объяснить тем, что НТсЬ, адсор- бируясь на начально образовавшихся активных центрах комплексов агрегатов молекул BaR04, препятствует их

сл

3

4 1

СО

росту и переходу в зародыши твердой фазы. Из-за адсорбции НТ.Ф на центрах происхрдит постепенное уменьшение ее концентрации в водном растворе связующего, В результате этого, по мере увеличения числа активных центров в растворе, из-за недостаточного количества HT начинают образовываться микрозародыши сульфата бария. В итоге это приводит через 35-45 мин к самовозбуждению реакции образования осадка сульфада бария, т.е. к ее спонтанному возникновению и скачкообразному росту скорости ре- акции.

После образования осадка сернокислого бария НТФ действует как эффективный пластификатор, снижающий вязкость системы раствор.-tосадок до 1,8-2,1 сСт (при 20°С). Это позволяет увеличить радиус распространения кольматирующего реагента в массиве грунта и эффективность закрепления pro. Кроме этого, добавка НТФ спо- собствует ускорению кристаллизации сульЛата бария, что позволяет получать коэффициент фильтрации стабилизированного грунта через 12 ч таким же, как -и через сутки, без подкисле- ния серной кислотой. Оптимальный диапазон концентраций водного раствора НТФ был выбран на основании следующих соображений,Нижний предел оптимальной концентрации водного раствора НТФ был взят равным 2%, так как использование более низких концентраций НТ приводит к дополнительному -разбавлению водного раствора, связующего, что снижает

противофильтрационные свойства образующегося осадка сульфата бария.

Верхний предел оптимальной концентрации водного раствора ограничен 10%, так как при добавке НТФ большей концентрации в водный раство хлористого бария или сернокислого натрия будет наблюдаться такая степень локальных пересыщений, при которой возможно образование бариевых или натриевых солей НТФ, Эти образовавшиеся соли не участвуют в ингиби- ровании образования осадка сульфата бария, т.е. в этом случае часть реагента будет израсходована вхолостую,

На основании экспериментальных

данных было определено, что в качестве соли серной кислоты в водном pa створе связующего наиболее целесооб-

0 5 Q fi

55

5

45

50

разно использовать сернокислый нат- рий, В этом случае добавка имеет наибольший эАфект, индукционный период максимально увеличивается, что позволяет повысить эффективность закрепления грунта на большой площади.

Выбор оптимальных концентраций сернокислого натрия и хлористого бария для получения исходного раствора связующего был проведен экспериментально. Оптимальными являются концентрации: хлористого бария - 23 - 27%, сернокислого натрия - 13-16%. При таких концентрациях реагентов получены наиболее низкие коэФфициен- ты фильтрации закрепленных грунтов. Верхние пределы оптимальных концентраций хлористого бария и сернокислого натрия ограничены их максимальной растворимостью при температуре окружающей среды (20°с) и равны соответственно 27 и 16%.

При оптимальных концентрациях водных растворов хлористого бария (23 - 27%) и сернокислого натрия (13-16%) наиболее полное их взаимодействие будет происходить при соотношении компонентов по объему ВаС1 г:НагЯО 1:1,1-1:1,6, что соответствует сте- хиометрическому эквиваленту реакции образования осадка сульЛата бария. В этом случае будет получено наибольшее количество осадка с наименьшим расходом исходных растворов, что позволит закрепить максимальное количество грунта.

Зависимость индукционного периода образования сульфата бария и кинематической вязкости раствора связующего от концентрации и объемного соот- ошения исходных компонентов предс- |тавлена в таблице.

Как следует ич таблицы, предложенным способом возможно закрепление песчаного грунта путем инъектирова- ния в него трехкомпонентной смеси водных растворов хлористого бария, сернокислого натрия и нитрилотриме- тилфосфоновой кислоты, при этом та- )сая смесь имеет больший индукционный период и низкую вязкость. Закрепленный такой смесью песок с коэффициентом фильтрации 8,2-19,5 м/сут. имел через 12 ч после инъектирования 0,006-0,01 м/сут. Формула изобретения

Способ противофильтрационного закрепления грунта, включающий образование скважин и инъектирование через них в грунт вяжущего, включающего водный раствор хлористого бария и водный раствор сернокислого натрия при их соотношении 1:1,1-1,6 соответственно, отличающийся тем, что, с целЬю повышения индукционного периода вяжущего и снижения его вязкости, вяжущее дополнительно содержит 2-10%-ный водный раствор нитрило- триметилЛосгЪоновой кислоты, при этом

водный раствор хлористого бария используют 23-27%-ной концентрации, а водный раствор сернокислого натрия 13-16%-ной концентрации при соотношении водных растворов хлористого бария, сернокислого натрия и нитрило- триметилфосфоновой кислоты 1:1,1-: : 0,004-1:1,6:0,007, причем инъекти- руют смесь, компонентов вяжущего по общему каналу скважины.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при закреплении грунтов с целью предотвращения водопритока в горные выработки. Цель изобретения - повышение индукционного периода закрепляющего состава и снижение его вязкости. Способ противофильтрационного закрепления грунта включает образование скважин и инъектирование через них в грунт смеси 23-27%-ного водного раствора хлористого бария, 13-16%-ного водного раствора сернокислого натрия и 2-10%-ного водного раствора нитрилотриметилфосфоновой кислоты при количественном соотношении, соответственно равном от 1:1,1:0,004 до 1:1,6:0,007. Индукционный период закрепляющего состава 34,0-42,5 мин, кинематическая вязкость 1,8 - 2,1 сСт. 1 табл.