DE2123271A1

DE2123271A1 - Consolidation of geological formations - by blowing in polyols and polyisocyanates with gas for mixing

Info

Publication number: DE2123271A1
Application number: DE19712123271
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. 5074 Odenthal; Neu Josef 5674 Bergisch-Neukirchen Kubens
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1971-05-11
Filing date: 1971-05-11
Publication date: 1972-11-23

Abstract

Liquid di- or poly-isocyanates and polyols, which may contain plasticisers, water, stabilisers, etc. are stored in separate containers under gas pressure of 0.1-5 atmos. They are forced under this pressure into the openings in the formations and mixed, either just before the opening or inside the formations, by injection of additional gas. The process is suitable for reinforcement of geological formations with polyurethane foams, esp. for filling holes and cracks which slope upwards from the opening. The need for expensive mixing equipment, high pressure pumps and hose, etc. is eliminated.

Description

Verfahren zum Verfestigen von geologischen Formationen Es ist bekannt, geologische Formationen mit Hilfe von Polyurethanen zu verfestigen, die aus einem Gemisch von Di- oder Polyisocyanaten mit organischen Verbindungen, die reaktionsfähige OH-Gruppen aufweisen, gebildet werden (DAS 1 129 894). Method of consolidating geological formations It is known To consolidate geological formations with the help of polyurethanes, which consist of a Mixture of di- or polyisocyanates with organic compounds that are reactive Have OH groups, are formed (DAS 1 129 894).

Es ist weiterhin bekannt, daß zum Einpressen von ragierenden Kunstharzgemischen besondere Einrichtungen erforderlich sind, wie Hochdruckpumpen zum Fördern und Dosieren der Komponenten, Mischkammern mit mechanisch angetriebenem Rührwerk, Hochdruckschläuche und im Bohrloch verspannbare Tränksonden (Stahl: Das Verfestigen des Kolbenbeins unterhalb der Kopfstrecke in mannlosen Streben mit Polyurethanschäumen, "Glückauf" 104, 1968, Heft 15). Diese relativ komplizierten kostspieligen und störanfälligen Einrichtungen haben die Verwendung von Polyurethanen, insbesondere im Betrieb unter Tage, auf wenige Spezialfälle beschränkt.It is also known that for the injection of acting synthetic resin mixtures special facilities are required, such as high-pressure pumps for pumping and dosing of the components, mixing chambers with mechanically driven agitators, high-pressure hoses and soaking probes that can be clamped in the borehole (steel: solidifying the piston leg below the head section in unmanned struts with polyurethane foams, "Glückauf" 104, 1968, issue 15). These are relatively complicated, expensive and prone to failure Facilities have the use of polyurethanes, particularly in operation below Days, limited to a few special cases.

Polyurethane werden zur Verfestigung von geologischen Formationen mit Erfolg dann eingesetzt, wenn man die vermjschten Komponenten in nach unten geneigte Bohrlöcher gießen kann ("Glückauf" 104, 1968, Heft 15). Die weit größeren Anwendungsmöglichkeiten im Betrieb unter Tage, bei denen es sich darum handelt, das Gemisch in nach oben geneigte Bohrlöcher einzubringen, können mit dem Gießverfahren naturgemäß nicht realisiert werden.Polyurethanes are used to consolidate geological formations It is used successfully when the components are inclined downwards Can pour boreholes ("Glückauf" 104, 1968, issue 15). The far greater application possibilities in operation underground, which is the mixture in upwards to make inclined boreholes, can naturally with the casting process cannot be realized.

Diese Schwierigkeiten wurden durch die vorliegende Erfindung überwunden.These difficulties have been overcome by the present invention.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verfestigung von geologischen Formationen mit Polyurethanen, dadurch gekennzeichnet, daß man flüssige Di- oder Polyisocyanate einerseits und flüssige Polyole, die noch Zusatzstoffe, wie Weichmacher, Wasser, Stabilisatoren usw. enthalten können, andererseits in getrennten Behältern unter Gasdruck von 0,1 bis 5 atü setzt und unter diesem Gasdruck in eine Öffnung der zu verfestigenden geologischen Formation drückt, wobei die Vereinigung der Komponenten entweder unmittelbar vor der Öffnung oder auch innerhalb der geologischen Formation an der zu verfestigenden Stelle erfolgt und wobei an der Vereinigungsstelle der beiden Komponenten zusätzlich Gas eingedrückt wird.The invention relates to a method for solidifying geological Formations with polyurethanes, characterized in that liquid di- or Polyisocyanates on the one hand and liquid polyols that contain additives such as plasticizers, May contain water, stabilizers, etc., on the other hand in separate containers under a gas pressure of 0.1 to 5 atmospheres and under this gas pressure into an opening the geological formation to be consolidated presses, the union of the components either immediately in front of the opening or within the geological formation takes place at the point to be consolidated and at the point of union of the gas is also injected into both components.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Polyisocyanate verwendet werden, wie z. B. Diisocyanatotoluole, das durch Phosgenierung von Anilin-Formaldehyd-Kondensaten zugängliche rohe Polyphenyl-Polymethylen-Polyisocyanat, Umsetzungsprodukte aus mehrwertigen Alkoholen wie z. B. Trimethylolpropan mit Diisocyanaten wie z. B. 2,4-Diisocyanato-toluol usw.Any desired polyisocyanates can be used in the process of the invention become, such as B. Diisocyanatotoluenes obtained by phosgenation of aniline-formaldehyde condensates accessible crude polyphenyl polymethylene polyisocyanate, reaction products of polyvalent Alcohols such as B. trimethylolpropane with diisocyanates such. B. 2,4-diisocyanatotoluene etc.

Als Polyolkomponente kommen insbesondere Hydroxylgruppen aufweisende Polyester, Hydroxylgruppen aufweisende Polyäther und/oder niedermolekulare höherwertige Alkohole oder auch natürliche Alkohole, wie z. B. Rizinusöl in Betracht.In particular, those containing hydroxyl groups are used as the polyol component Polyesters, polyethers containing hydroxyl groups and / or low molecular weight, higher value Alcohols or natural alcohols, such as. B. castor oil into consideration.

Als zur Vermischung der beiden Komponenten einzupressendes Gas wird bevorzugt Druckluft eingesetzt.As the gas to be injected to mix the two components preferably compressed air is used.

Außer diesen Komponenten können alle beliebigen, in der Polyurethanchemie bekannten Zusatzstoffe, wie z. B. Weichmacher, Stabilisatoren oder Wasser mitverwendet werden. Diese Zusatzstoffe werden vorzugsweise der Polyolkomponenten zugemischt.Except for these components, any of those in polyurethane chemistry can be used known additives, such as. B. plasticizers, stabilizers or water are also used will. These additives are preferably mixed with the polyol components.

Die Polyisocyanat- und Polyolkomponenten werden beim erfindungsgemäßen Verfahren in getrennten Behältern unter einen Druck von 0,1 bis 5 atü gesetzt und in getrennten Leitungen der zu verfestigenden geologischen Formation zugeführt. Die Vereinigung-der Komponenten geschieht dabei entweder unmittelbar vor der Öffnung der zu verfestigenden geologischen Formation, wonach das Reaktionsgemisch in einer einzigen Leitung in die Öffnung, d. h. z. B. in ein Bohrloch, eine Spalte oder Ritze der zu verfestigenden geologischen Formation eingebracht wird oder auch erst an der zu verfestigenden Stelle, wobei die Komponenten in getrennten Leitungen in die Öffnung der zu verfestigenden geologischen Formation eingebracht werden. An der Vereinigungsstelle der beiden Komponenten wird zusätzlich Gas eingeführt, wodurch die Vermischung der beiden Komponenten gewährleistet wird.The polyisocyanate and polyol components are used in the invention Process in separate containers and pressurized from 0.1 to 5 atmospheres fed in separate lines to the geological formation to be consolidated. The combination of the components takes place either immediately before the opening the geological formation to be consolidated, after which the reaction mixture in a single line in the opening, d. H. z. B. in a borehole, crevice or crack the geological formation to be consolidated is introduced or only at the point to be solidified, with the components in separate lines in the Opening of the geological formation to be consolidated. At the At the point where the two components come together, additional gas is introduced, as a result of which the mixing of the two components is guaranteed.

Gegenüber den bereits geschilderten Einrichtungen, bestehend aus Dosierpumpen, Mischköpfen und Hochdruckschläuchen, besitzt das hier beanspruchte Verfahren den Vorteil, wesentlich einfacher zu sein. Beispielsweise können die in der Getränkeindustrie üblichen dünnwandigen Blechgefäße für die Lagerung und das Einpressen verwendet werden. Wegen des geringen Druckbedarfes sind keine besonderen Schutzmaßnahmen erforderlich; desgleichen entfällt die Verwendung von Hochdruckschläuchen.Compared to the devices already described, consisting of metering pumps, Mixing heads and high-pressure hoses, the method claimed here has the Advantage of being much simpler. For example, those in the beverage industry conventional thin-walled sheet metal vessels used for storage and pressing will. Because of the low pressure requirement, no special protective measures are required; Likewise, the use of high pressure hoses is no longer necessary.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß keine komplizierte Mischkammer mit mechanisch angetriebenem RUhrwerk erforderlich ist. Somit sind alle Bestandteile der einfachen Apparatur leicht zu reinigen.Another advantage of the process is that it is not complicated Mixing chamber with mechanically driven agitator is required. So all are Components of the simple apparatus are easy to clean.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß das an der Vereinigungsstelle der beiden Komponenten eingepreßte Gas, das die Vermischung der beiden Komponenten herbeiführt, zugleich den Transport der vermischten Flüssigkeit in die Spalten und Hohlräume der zu verfestigenden geologischen Formationen erleichtert. Weiterhin ist es von Vorteil, daß dieses Gas unter dem gleichen Druck stehen kann wie das in den Behältern der Komponenten.Another advantage of the method is that the Junction point of the two components injected gas, the mixing of the causes both components, at the same time the transport of the mixed liquid in the crevices and cavities of the geological formations to be consolidated. It is also advantageous that this gas can be under the same pressure like that in the component containers.

Von besonderem Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist die Möglichkeit der Verwendung der gleichen Verschlußkeile, die beim weiter oben beschriebenen Gießverfahren angewendet werden, insbesondere entfallen die bei der Verwendung von Hochdruckpumpen erforderlichen im Bohrloch verspannbaren Tränksonden. Zum Verhindern des Auslaufens von nach oben geneigten Bohrlöchern sind in den Durchbohrungen der Verschlußkeile einfache, hiersnicht beanspruchte Rückschlagventile einsetzbar.The possibility is a particular advantage of the present method the use of the same locking wedges that were used in the casting process described above can be used, in particular those are not required when using high-pressure pumps required soaking probes that can be clamped in the borehole. To prevent leakage upwardly inclined bores are in the through-bores of the locking wedges simple non-return valves that are not stressed can be used.

Beispiel In ein Stahlblechgefäß mit einer Wandstärke von 1,0 mm und einem Fassungsvermögen yon 15 Ltr., das am oberen Ende einen Schnellverschluß zum leichten Einfüllen von Flüssigkeiten und ein nach außen durchgeführtes Tauchrohr, das bis zum Boden des Gefäßes reicht und eine lichte Weite von 12 mm aufweist, werden 12 Ltr. eines rohen durch Phosgenierung von Anilin-Formaldehyd-Kondensat erhaltenen Polyphenyl-Polymethylen; Polyisocyanats mit einem Isocyanatgehalt von 31 Gew.-% und einer Viskosität von 130 eP bei 200 C gegeben.Example In a sheet steel vessel with a wall thickness of 1.0 mm and a capacity of 15 liters, which has a quick release at the top easy filling of liquids and an outwardly guided immersion tube, that extends to the bottom of the vessel and has a clear width of 12 mm 12 liters of a crude obtained by phosgenation of aniline-formaldehyde condensate Polyphenyl polymethylene; Polyisocyanate with an isocyanate content of 31% by weight and a viscosity of 130 eP at 200 C.

In ein zweites Gefäß der gleichen Art werden 12 Ltr. einer Mischung aus 100 Gewichtsteilen eines aus Trimethylolpropan und Propylenoxid hergestellten Polyhydroxypolyäthers mit einem Hydroxylgehalt von 11,0 % und einer Viskosität von 550 cP bei 250 C, 17,5 Gewichtsteilen Rizinusöl und 2 Gewichtsteilen Wasser eingefüllt. Die Schnellverschlüsse beider Gefäße werden geschlossen und die an beiden Gefäßen vorhandenen Druckanschlüsse am oberen Ende an eine Preßluftleitung 2 von 2 kp/cm Überdruck angeschlossen. Die durch den Gasdruck durch die Steigleitungen gedrückten Komponenten werden einem Kreuzstück zugeführt, das aus Stahlrohr mit der lichten Weite von 12 mm besteht. Durch die dritte Öffnung wird Preßluft von ebenfalls 2 kp/cm2 Überdruck durch eine Düse mit einer Bohrung von 0,4 mm Öffnung gedrückt. Das lufthaltige Gemisch der beiden Komponenten tritt durch die vierte Öffnung des Kreuzstückes in ein 5 m hohes Bohrloch ein, das vorher in die zu verfestigende geologische Formation gebohrt wurde.Put 12 liters of a mixture into a second vessel of the same type from 100 parts by weight of one made from trimethylolpropane and propylene oxide Polyhydroxy polyethers with a hydroxyl content of 11.0% and a viscosity of 550 cP at 250 C, 17.5 parts by weight castor oil and 2 parts by weight water. The quick-release fasteners on both vessels are closed and those on both vessels existing pressure connections at the upper end to a compressed air line 2 of 2 kp / cm Overpressure connected. The ones pushed through the risers by the gas pressure Components are fed to a cross piece, which is made of steel tube with the clear Width of 12 mm. Compressed air from also 2 kp / cm2 overpressure pressed through a nozzle with a bore of 0.4 mm opening. The air-containing mixture of the two components passes through the fourth opening of the Cross piece into a 5 m high borehole, which was previously in the geological Formation was drilled.

Bei der gewählten Anordnung beträgt die Fördermenge an flüssigem Gemisch ca. 6 kg/Min. Zur Füllung des Bohrloches werden ca. 20 Sekunden benötigt. Nach dieser Zeit werden die vor dem Kreuzstück angebrachten Ventile in den Leitungen der beiden flüssigen Komponenten geschlossen und das Kreuzstück aus dem Bohrloch herausgezogen. Durch ein im Bohrloch angeordnetes Rückschlagventil wird das Auslaufen der reagierenden Mischung verhindert.With the chosen arrangement, the delivery rate of the liquid mixture is approx. 6 kg / min. It takes about 20 seconds to fill the borehole. After this Time will be the valves placed in front of the cross piece in the lines of the two liquid components closed and the cross piece pulled out of the borehole. A non-return valve arranged in the borehole prevents the reactive Mixture prevented.

Zweckmäßigerweise wird das richtige Mischungsverhältnis der beiden Komponenten dadurch kontrolliert, daß man auf die beschriebene Art, jedoch ohne zusätzliche Luftzufuhr, die Komponenten in ein Becherglas oder in einen Pappbecher ausfliessen läßt. Da die Mischung durch die eingeblasene Luft unterbleibt, trennen sich die Komponenten recht schnell und man kann durch Abmessen der Schichthöhen die ausgetretenen Mengen jeder Komponente bestimmen. Eine Korrektur des Mischungsverhältnisses ist durch die Wahl der Ventilstellungen möglich.The correct mixing ratio of the two is expedient Components controlled by doing in the manner described, but without additional air supply, the components in a beaker or in a paper cup can flow out. Since the mixture is not mixed by the blown air, separate the components move very quickly and you can measure the layer heights Determine the leakage of each component. A correction of the mixing ratio is possible through the choice of valve positions.

Claims

Claim:

Method of strengthening geological formations with polyurethanes, characterized in that there are liquid di- or polyisocyanates on the one hand and liquid Polyols that contain additives such as plasticizers, water, stabilizers, etc.

may contain, on the other hand in separate containers under gas pressure from 0.1 to 5 atm and under this gas pressure in an opening of the to be solidified geological formation expresses, the union of the components either immediately in front of the opening or within the geological formation on the area to be consolidated Place takes place and additionally at the junction of the two components Gas is pushed in.