Способ укрепления и герметизации геологических формаций, состоящих из влажных пород или содержащих воду Советский патент 1992 года по МПК E21D11/38 E21D11/00 E21D20/00 

Изобретение 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, произвольно содержащий вспомогательные компоненты и добавки, и затем вводят компонент, который реагирует с получением полиуретана 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 кар- бодиимидные группы, биуретные группы, уретановые группы или аллофанатные групХ| VI

О

СА N5

СО

пы. Особое предпочтение отдается фосге- нированным продуктам конденсации анилина и формальдегида, которые не претерпевают никаких дополнительных химических превращений и обычно содержат изоцианата в количестве примерно 32-33; 5% мае. имеют вязкость при 25°С примерно 50-400 мПа.с. Эти полиизоцианатные смеси дифенилметанового ряда включают 4,4 -диизоцианатодифенилметан, переменное количество 2,4 -диизоциэнатодифенил- метана и дополнительно примерно до 50 мас.%, предпочтительно примерно до 20 мас.% высших гомологов этих изомеров. Возможно применение также диизоциэна- тов, которые являются жидкими при комнатной температуре. К их числу относятся смеси 4,4 -диизоцианатодифенилметана и 2,4 -диизоцианатодифенилметана, в которых содержание 2,4 -изомеров в расчете на полную смесь обычно составляет примерно 40-70 мас.%. Эти диизоциэнатные 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 134- 3000 и содержащими эфирные группы Реакцию предпочтительно осуществляют при молярном соотношении NCO/OH примерно 1:0,005-1:0,3.

В предлагаемом способе полиизоциа- натный 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 М,М-диме- тилбензиламин или триэтилендиамик; лактамы, такие е-кап рол актам, который действует также как катализатор; эмульгаторы ДАТ улучшения контакта полиизоцианата с влагой, такие как этоксилированный нонил- фенил; или противопенные вещества для предотвращения чрезмерного 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 двухкомпонентную смесь, содержащую полиизоцианатный компонент и многоатомноспиртовой компонент. Эта смесь также содержит обычные вспомогательные вещества и добавки.

Полиизоцианатный компонент в этой

реакционной смеси в основном содержит полиизоцианаты типа, иллюстрированного выше, и может включать полиизоцианаты, такие же как используемые первоначально,

0 или отличные от них. Многоатомноспиртовой компонент реакционной смеси в основном включает полигидроксильные соединения, известные из химии полиуретанов, имеющие молекулярную массу 62 5 примерно 10000, предпочтительно 400 - примерно 4000 и содержащие 2-4, предпочтительно 2-3 гидроксильные фракции. Эти полигидроксильные соединения обычно представляют собой смесь нескольких ком0 понентов, хотя в принципе возможно применение чистых полигидроксильных соединений, то есть индивидуальных соединений. При применении индивидуальных полмгидроксильных соединений данные вы5 ше определения молекулярной массыигид- роксильной функциональности относятся к индивидуальному компоненту; в случае смеси данные определения являются средними значениями для смеси.

0В соответствии с настоящим изобретением могут применяться в качестве полигидроксильных соединений простые многоатомные спирты, имеющие молекулярную массу от 62 до 400, например, эти5 лен-гликоль,пропан-1,2-диол;

триметилолпропан, глицерин, диэтиленгли- коль, дипропиленгликоль, триэтиленгли- гсоль, трипропиленгликол ь и/или пентаэритрит. Предпочтительны полиэфир0 ные многоатомные спирты с относительно высокой молекулярной массой, которые известны в химии полиуретанов и которые имеют молекулярную массу 400 - примерно 4000. Такие полиэфирные многоатомные

5 спирты могут быть получены алкоксилиро- ванием простых многоатомных спиртов типа, упомянутого выше, или их смесей с веществами более высокой функциональности, такими как сорбит или сахароза. Приме0 ияемые в реакции алкоксилирующие вещества включают окись этилена и окись пропилена, причем окись пропилена предпочтительнее. Многоатомноспиртовые компоненты также включают другие

5 полигидроксильные соединения, применяемые в химии полиуретанов, такие как касторовое масло или сложные полиэфиры, многоатомные спирты, которые могут быть получены по реакции многоатомных спиртов типа, иллюстрированного выше, с многоосновными карбоновыми кислотами, такими как адипиновая кислота, фталевые кислоты и/или фталевый ангидрид. Предпочтительны сложные полиэфирные многоатомные спирты молекулярной массы (определяемой осмометрически) 400 - примерно 4000. Многоэтомноспиртовой компонент также может содержать небольшие количества воды (например, вплоть до 2 мас.%).

Для получения реакционный смесей по- лиизоцианата 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 по лиизоцианатному компоненту или многоатомноспиртовому компоненту.

Эффект герметизации, достигаемый за счет осуществления реакции полиизоциана- та с водой или влагой геологической формации, требующей герметизации или упрочнения, обычно достаточен, если получаемый герметизирующий слой имеет тол- щину примерно 1-26%, предпочтительно примерно 5-20% величины радиуса инъецируемого тела. Под выражением инъецируемое тело подразумевается область геологической формации, требующая ук- репления и/или герметизации с помощью одного способа инъецирования /включая как полиизоцианатное инъецирование, так и полиуретановое инъецирование). Размер области, которая может быть гермети- зированаи/илиукреплена

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 инъе- цировании можно рассчитать количество полиизоцианата, 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 полиизоцианат (первое инъецирование) и реакционная смесь (второе инъецирование) сопоставимы по вспе- ниваемости.

Предполагая, что толщина герметизирующего слоя (получаемого первым инъецированием полиизоцианатом) составляет примерно 1-26%, предпочтительно примерно 5-20% радиуса инъецируемого тела, простым расчетом по уравнению

Yi/Yc (а/100)3 - 3(а/100)2 + За/100, где УТ - объем первоначальной инъекции полиизоцианата,

Ус - полный объем инъецируемого вещества,

а - толщина герметизирующего слоя в % в расчете от радиуса инъецируемого тела, можно показать, что количество инъецируемого первоначально полиизоцианата составляетпримерно3-60%, предпочтительно примерно 15-50% от полного объема 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 полиизоцианата. Полиизоцианат первой инъекции подпирается фронтом инъецируемого 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 полиизоцианата для образования полимочевины при реакции полиизоцианата 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 исполь717763218

зуют жидкий фосгенированный продукт ре-3. Способ поп.1,отличающийся

акции конденсации анилина и формальдеги-тем, что количество полииэоцианата, исда, а в качестве многоатомного спиртапользуемого на первом этапе нагнетания,

используют полиэфирный многоатомныйсоставляет 3-60% от общего объема матеспирт.5 риала, используемого при нагнетании.

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,