CS199270B2 - Device for sealing and consolidation of geologic systems - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu utěsňování a zpevňování geologických útvarů vůči vodě za pomoci nastřikování polyuretanového systému do dutin těchto formací.

V DT-PS 1 129 894 je popsán způsob utěsňování a zpevňování geologických útvarů vůči vodě nebo plynu pomocí polyuretanu, který v podstatě spočívá v tom^ že se diisokyanát nebo polyisokyanát a polyol nejméně s třemi hydroxylovými skupinami schopnými reakce ve směsi s tekutým nosičem zavede za tlaku do utěsňované nebo zpevňované formace.

Dále byla pomocí polyuretanu zpevňována také ukloněná uhelná ložiska a nesoudržné horniny (patent NSR č. 1 758 185 a 1 784 458). Při těchto postupech se k polykomponentám přidává nepatrné množství vody, které způsobí napěnění vytvářející se polyuretanové pryskyřice po vnesení do horniny. Toto napěnění je založeno na současně probíhající reakci polyisokyanátových skupin s vodou za tvorby kysličníku uhličitého a derivátů močoviny.

Aby toto utěsňováiní a zpevňování pomocí polyuretanu vedlo k úspěchu, musí být potřebné práce prováděny na suché hornině.

Nejprve se po vytvrzení tekuté pryskyřice, která byla vnesena do horniny, dosáhne zpevňovacího nebo utěsňovacího efektu. Po2 tom se na tuto zónu, získanou pomocí umělé pryskyřice, může působit také vodou nebo plynem.

V případě vodonosných trhlin nebo rozsedlin se nedají zpevňovací, popřípadě utěsňovací práce podle známých způsobů a za pomoci tam uváděných pryskyřic vůbec provádět, neboť isokyanátové skupiny polyisokyanátů tak rychle reagují za tvorby derivátů močoviny a odštěpování kysličníku uhličitého, že se větší část isokyanátových skupin potřebných pro tvorbu polyuretanových sloučenin ztratí nebo že vytvrzená pěna má tak velikou pórovitost, že potom nemá žádnou pevnost.

Také ve zprávách z praxe je výslovně poukazováno na to, že při zpevňovacích pracích za použití polyuretanu je třeba se při zpracování horninových zón vodě vyhýbat (Glůckauf 108, (1972), 15, 10—15).

Nyní bylo překvapivě zjištěno, že v rozporu s popsanými a v praxi používanými způsoby zpevňování a utěsňování pomocí polyuretanu je možné vyplnit, utěsnit a zpevnit trhliny, rozsedliny a pukliny v horninách, neboť byl podle vynálezu nalezen polyuretanový systém, který není citlivý k vodě. Způsob podle vynálezu je vyznačen tím, že se do dutin geologických formací nastřikuje čerstvě připravená směs isokyanátové složky, po199270 lyolové složky, 0,1 až 2 °/o hmotnostní, výhodně 0,5 až 1 % hmotnostní urychlovače reakce mezi isokyanátovou skupinou a polyolovou skupinou na bázi kovových solí karboxylových kyselin a 0,5 až 5 % hmotnostních, výhodně 0,5 až 2 % hmotnostní stabilisátou · pěny na bázi blokových polydimethylsllo,xanpolyoxyalkylenu a směs se za vzniku pěny a za vytvrzení . ponechá absorbovat vodu z uvedené formace.

Jako urychlovač jsou vhodné některé ko vové soli alifatických karboxylových kyselin, jako jsou například di-n-butylcíndilaurát, di-n-butylcíndiacetát a di-n-butylcíndioleát.

Jako stabilisátory pěny, které podporuj! stabilisaci pěny v primární fázi její tvorby, se hodí obzvláště polydimethylsiloxanpolyoxyalkylenové blokové polymery obecného vzorce

RH

O-CHrC

R'

-Οca, SÍ-Och₃ _

-CH, y

-C-RŽ-* *T

Jn kde značí

R nižší uhlovodíkový zbytek s 1—6 atomy C a s x větším než 3 a menším ' než 7,

R‘ vodík nebo nižší uhlovodíkový zbytek s y větším než 2 a menším než 8,

R“ stejné jako R‘, s n 3 až 4

V následujících příkladech budou používány:

Stabilisátor A

R = C2H5 a x = 5

R‘ = H a y = 4

R“ = R‘ a n = 3

Stabilisátor B

R = C3H7 a x = 6

R‘ = CHs a y = 4 r“ = r‘ a n = 3

Silně katalysujícím působením urychlujících sloučenin na reakcí isokyanátu s polyolem a stabllisujícím a hydrofobním vlivem ztabilisátoru pěny se působení vody na kapalnou polyuretanovou směs tak dalece potlačí, že se rozklad podstatně sníží a ve vodoncsných trhlinách a dutinách se 'dosáhne spolehlivého utěsnění a ’ zpevnění.

Pod pojmem polyuretanový systém se rozumí nejprve rozdělené isokyanáty a polyoly, které po svém smíšení a při tom vzniklé reakci poskytují potřebné polyuretany. Dále se pod pojmem polyuretanový systém rozumí určité reakční produkty isokyanátu s polioly v nedostatečném množství, které jsou jako prepolymery ještě tekuté a v případě použití reagují se zbytkovými polyoly patřícími k systému.

Jako polyoly přicházejí v úvahu všechny známé polyoly z výroby polyuretanů. Jsou to obzvláště polyéterglykoly s molekulovou hmotností 400 až 600 a hydroxylovým číslem 350· až 400. Tyto polyoly se připraví například reakcí trimethylolpropanu s propylenoxidem (v následujícím nazýván Polyol i) nebo reakcí směsi sacharosy a 1,2-propandiolu a propylenoxidu (v následujícím nazýván Polyol ii). K těmto polyolům se mohou přidávat elastifikační přísady, jako je ricinový olej nebo speciální polyéterglykoly.

Polyolové komponenty se nechají běžným způsobem reagovat s isokyanáty asi ve stejném objemovém poměru. Jako isokyanáty se používají všechny · běžné produkty, které obsahují více než jednu isokyanátovou skupinu na molekulu. Jako příklady je možno uvést toluendiisokyanát, hexamethylendiisokyanát, difenylmetandiisokyanát, dále prepolymery s volnými isokyanátovými skupinami, připravené z vícemocných alkoholů a toluendiisokyanátu, jakož i směsí difenylmetandiisokyanátu s isomery a vícejadernými ^podíly.

Účinek polyuretanového systému podle vynálezu byl testován na zvláštním pokusném uspořádání, které je blíže objasněno na přiloženém výkresu.

V nádržce 1 o průměru 320 mm a výšce 420 mm je ve dnu umístěno 16 výtokových otvorů o průměru 10 mm. Dále je vedeno dnem nádržky trubkové vedení 3 o průměru 1,28 cm a délce 310 mm. Ve stěně tohoto trubkového vodění je 28 vyvrtaných děr o průměru 4 mm. Konec trubkového vedení 3 je uzavřen. Víkem 4 prochází do nádržky vedení 5 o průměru 1,27 cm a délce 100 mm. Toto · vedení má ve své stěně vyvrtané čtyři otvory o průměru 8 mm a je rovněž na svém konci · uzavřeno.

Nádržka je naplněna · kusy horniny 6 rozličné velikosti. Potom se nádržka uzavře vívíkem pomocí rozpínacího kruhu 7 a přídavné tlakové desky 8. Přívodem 5 ve víku 4 se do nádržky zavádí voda. Pod výtokovými otvory 2 · se · měří množství vytékající vody a · protékající množství se nastaví na hodnotu 8 1/min.

Po vyregulování průtoku vody se do nádržky s vodonosnou náplní · vtlačí trubkovým vedením 3 · čerstvě smíšené komponenty polyuretanové pryskyřice. Přes· stálé zkrápěj ní horniny vodou uzavře injektovaná - pryskyřice po krátké době prakticky úplně výtokové otvory, zatímco vedle vody vystoupí z výtokových otvorů také pryskyřice. Potom se ještě injektuje trubkovým vedením 3 do nádržky tolik pryskyřice, dokud se přibližně % nádržky nenaplní napěněnou pryskyřicí. Nádržka zůstane potom .pod tlakem vody 0,42 MPa. Po 24 hodinách nebyl zaznamenán při použití polyuretanového systému podle vynálezu žádný průtok vody ve výtokových otvorech.

K bližšímu prozkoumání byla nádoba rozříznuta. Ukázalo se, že pryskyřice úplně vyplnila trhliny a dutiny horninové náplně a zpevnila je tak, že vzniklo pevné těleso z horniny a vytvrzené pryskyřice. Nepatrný díl vody byl tekutým polyuretanovým systémem vyjmut, neboť hmotnostní zkoušky ukázaly, že nastalo pěti až šestinásobné napěnění pryskyřice.

Následující příklady ukazují, že utěsňující působení polyuretanového systému podle vynálezu závisí na -druhu a množství přidaného urychlovače a stabilisátoru.

Polyuretanový systém podle vynálezu je vhodný samozřejmě nejen pro utěsňování a zpevňování hornin, nýbrž všude tam, kde záleží na tom, aby se vyplnily vlhké, vodou protékané nebo dokonce vodou vyplněné dutiny napěněnou umělou pryskyřicí.

Příklad 1

a)

Smísí se stejné objemy ď.fonylmetandiisokyanátu - a Polyolu I, ke kterým se přidá 15 procent ricinového oleje, 0,5 % dibutylcíndilaurátu a 1 % stabilisátoru. A a tato směs se vtlačí do dříve popsané nádržky. Po 155 ' ssskundách přestává prakticky úplně výtok vody z děr a po 24 hodinách tento výtok stále nenastává.

b) ,

Pro srovnání byl tento pokus opakován za vynechání stabilisátoru pěny. Po době 200 sekund ustal výtok vody, ale nastává opět po 4 hodinách. Po otevření nádržky bylo zjištěno, že štěrbiny a dutiny jsou vyplněné velmi -drobivou a lehce rozrušitelnou pryskyřicí. Analysou bylo zjištěno, že tato pryskyřice sestává z více než 60 % derivátů polymočoviny.

c)

Pro další srovnání byl příklad la] opakován za vynechání urychlovače. Po 12 minutách injektování byl pokus ukončen, neboť nebylo dosaženo žádného utěsnění výtokových otvorů.

P ř í k 1- a - d 2

Stejné objemy toluendiísokyanátu a Polyolu II, -ke kterým je přidáno 0,8 % oktylátu cínatého a 1 % stabilisátoru B, se smísí a injektují do dříve popsané nádržky protékané vodou. Po 102 sekundách bylo dosaženo utěsnění výtokových otvorů. Také - po 24 hodinách za tlaku vody 0.55 MPa nebyl pozorován na výtokových otvorech žádný průtok vody.

Příklad - 3

Stejné objemy hexametyléndiisokyanátu a Polyolu I, ke kterým se přidá 0,5 % di-n-butylcíndiethylhexylátu a 1,3 - - % stabilisátoru A, se smísí a směs se injektuje do výše popsané nádržky protékané vodou. Po 130 sekundách bylo dosaženo utěsnění výtokových otvorů. Po 24 hodinách - nebyl pozorován žádný výtok vody.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob utěsňování a zpevňování geologických útvarů vůči vodě nastřikoyáním isokyanátové a polyolové složky do dutin za tvorby polyuretanu, vyznačený tím, že se do- dutin geologických formací nastřikuje čerstvě připravená směs isokyanátové složky a polyolové složky a 0,1 až 2 % hmotnostních u~ rychlovače reakce mezi isokyanátovou sku pinou -a polyolovou OH-skupinou na bázi kovových solí -organických kyselin a 0,5 až 5 procent hmotnostních stabilisátoru pěny na bázi blokových polymerů polydimethylsiloxanpolyoxyalkylenu a směs se za vzniku pěny a za vytvrzení ponechá absorbovat vodu z uvedené formace.