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

(51)5 Е 21 О 11/38, 11/00, 20 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ТЕНТ тизации 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 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 - 60; от общего(54) СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ И ГЕРМЦИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦСТОЯЩИХ ИЗ ВЛАЖНЫХ ПОРОСОДЕРЖАЩИХ ВОДУ(57) Изобретение относится к горни м.б. использовано при креплении р АГ(ОЕ)Франк орнели, и Кнуд ЕТИЗАИЙ, СОД ИЛИ объема материала, используемого при наму делу гнетании, 2 з.п,ф-лы.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 полиуретана и кото основной состав спирт в добавлени ставляющей. Поли щая предпочтител поли изоцианат смесь дифенилме при комнатной т фосгенированные анилина с формал ные этих полииз комнатной темпер бодиимидные гру уретановые группы ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР рыи содержит в качестве ляющей многоатомный и к полиизоцианатной соизоцианатная составляюьно представляет собой или полиизоцианатную танового ряда, жидкую емпературе, например,продукты конденсации ьдегидом или производоцианатов, жидкие при атуре и содержащие карппы, биуретные группы,или аллофанатные груп 177632 150 полимеризации 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 полиизоцианатные смеси дифенилметанового ряда включают/4,4 -диизоцианатодифенилметан, переменное количество 2,4-диизоцианатодифенилметана и дополнительно примерно до 50 мас., предпочтительно примерно до 20 мас., высших гомологов этих изомеров, 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 -изомеров в расчете на полную смесь обычно составляет примерно 40-70 мас.,4. 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 134- 3000 и содержащими эфирные группы, Реакцию предпочтительно осуществляют при молярном соотношении МСО/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 МСО, например, третичные амины, такие как Й,й-диметилбензиламин или триэтилендиамин; лактамц, такие г-капролактам, который действует также как катализатор; эмульгаторы для улучшения контакта полиизоцианата с влагой, такие как этоксилированный нонилфенил; или противопенные вещества для предотвращения чрезмерного вспенивания, снижающего прочностные характеристики, такие как ненасыщенные жирные кислоты с длинной цепью или продукты их Инжектируемый в соответствии с предлагаемым способом второй компонент представляет собой реакционную смесь,при реакции которой образуется полиуретан, то есть двухкомпонентную смесь, со 5 10 15 20 25 30 35 держащую 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, или отличные от них. Многоатомноспиртовой компонент реакционной смеси в основном включает полигидроксильные 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, то есть индивидуальных соединений. При применении индивидуальных полигидроксильных соединений данные выше определения молекулярной массы и гидроксилъной 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 многоатомные спирты, имеющие молекулярную массу от 62 до 400, например, этилен-гликоль, и ро па н,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 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 мно 1776321гоосновными карбоновыми кислотами, такими как адипиновая кислота, фталевые кислоты и/или фталевый ангидрид. Предпочтительны сложные полиэфирные много- атомные 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 втором510152025303540 455055 дят нагнетание смеси полиизоцианата имногоатомного спирта.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что в качестве полиизоцианата испольинъецировании), опираясь при этом на значения, указанные выше для толщины герметизирующего слоя. Для простоты можно предположить, что полииэоцианат (первое инъецирование) и реакционная смесь (второе инъецирование) сопоставимы по вспениваемости,Предполагая, что толщина герметизирующего слоя (получаемого первым инъецированием полиизоцианатом) составляетпримерно 1 - 26, предпочтительно примерно 5 - 20 радиуса инъецируемого тела, простым расчетом по уравнениюУ/Ус = (а/100) - 3(а/100) + За/100, где У 1 - объем первоначальной инъекцииполиизоцианата,Ус - 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 о , 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 инъецированииполииэоцианата. Полиизоцианат первойинъекции 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения устойчивости массива, нагнетание закрепляющих растворов производят в два этапа, при этом на первомэтапе производят нагнетание полииэоцианата для образования полимочевины при реакции полииэоцианата с водой, содержащейся в породе, а на втором этапе произво1776321 Составитель Л,БерезкинаТехред М,Моргентал Корректор Н.Слободяник Редактор Заказ 4049 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва,Ж, 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, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что количество полииэоцианата, используемого на первом этапе нагнетания, составляет 3-60 от общего объема мате риала, используемого при нагнетании.