KR102092891B1 - 액체 및 기체의 유입을 제한하기 위하여 기질의 투과성을 제한하는 방법 - Google Patents

Abstract

액체 또는 기체 흐름에 대한 기질의 투과성을 제한 또는 저감시키는 방법이 설명된다. 이 방법은 지질 형성층과 같은 지층에서 직면하게 되는 공동(空洞), 열극(裂隙; 틈새), 공극 등의 통로 내로 물이 유입되는 것을 제한하는 것을 포함한다. 이 방법은 기질과 관련된 1종 이상의 파라미터들을 측정하는 단계 및 상기 측정된 파라미터들을 참조로 다성분 밀봉 조성물의 1 이상의 성분들을 선택하는 단계를 포함한다. 선택된 성분들을 통로 내로 도입하여 여기에서 경화 또는 응결시켜 밀봉을 형성한다. 그라우트 성분과 그라우트 경화제를 포함하는 밀봉 조성물로 통로를 밀봉하는 방법도 설명된다. 그라우트 성분의 일부를 그라우트 경화제의 일부와 혼합하되, 이들 각각의 비는 측정된 파라미터들을 참조로 선택된다. 조합된 그라우트/경화제를 통로에 도입하고, 상기 비율을 변경시킴으로써 이 통로에서 경화 속도를 조절한다.

Description

액체 및 기체의 유입을 제한하기 위하여 기질의 투과성을 제한하는 방법{METHOD OF LIMITING PERMEABILITY OF A MATRIX TO LIMIT LIQUID AND GAS INFLOW}

본 발명은 지질 형성층과 같은 지층에서 직면하게 되는 공동(空洞), 열극(裂隙; 틈새), 공극, 개구(開口) 지형 및 세공(細孔) 공간 등의 통로 내로 물이 유입되는 것을 제한하는 것을 비롯하여 액체나 기체의 유입에 대한 기질(基質; matrix)의 투과성을 제한하거나 저감시키는 방법에 관한 것이다.

콘크리트나 암석 또는 토양 등의 기질의 투과성을 실질적으로 밀봉 또는 저감시키는 방법들은 알려져 있다. 예컨대, 보통의 시멘트계 그라우트 (grouts)를 갱도 주변의 공극, 개구 공간 및 세공 공간에 도입함으로써 열극을 밀봉하거나 무른 모래 또는 토양에 대한 투과성을 저감시킬 수 있다.

통상, 다량의 그라우트나 밀봉 조성물 제품은 유입수(流入水)를 방지하기 위한 밀봉을 필요로 하는 통로에 처리하거나 또는 적용하여야 할 현장으로 이송된다. 적용에는 통상 상기 통로에 그라우트를 압송(押送)하는 작업이 포함된다. 현장으로 이송하기 전에 일반적으로 예비 혼합되는 밀봉 조성물은 유입수(流入水)의 예방 또는 저감과 관련하여 덜 만족스러운 결과를 가져오는 수가 가끔 있다. 예컨대, 통로 밀봉에 적합한 성질이 있는 것으로 알려져 있는 시멘트계 그라우트를 주입 또는 도입할 때에, 모래 또는 사암 등의 무른 기질에 적용하면 수압 파쇄의 원인이 될 수 있다. 이는 기질 내의 그라우트에 이음매가 생성되어, 그 생성된 이음매의 어느 한 쪽에 무른 기질 부분이 잔류하게 되는 수가 있다. 그러한 적용은 물의 상기 기질 통과능(通過能), 따라서 상기 기질을 통하여 침하된 갱도 내로의 물의 통과능을 저감하는 데에 최소한의 영향을 준다.

경화 시간을 전혀 조절 또는 변경할 수 없거나 또는 신뢰성 있는 정확도로 조절하거나 변경할 수 없다는 점에서, 미리 혼합시킨 그라우트를 사용하는 데에는 역시 어려움이 있다. 이는 미리 혼합시킨 기지의 그라우트는 일반적으로 "범용 (汎用) 사이즈 (one size fits all]" 밀봉 해결 방식을 제공할 수 있을 뿐이라는 면에서 불리하다. 액체 유입을 제한하기 위하여 기질의 투과성을 제한하려 할 때에 직면할 수 있는 것과 같이 광범위한 조건들이 있기 때문에, 모든 종류의 유입 문제에 대한 "정(定) 사이즈 [one size]" 해결 방식은 원래 부적절하다.

통상의 예비 혼합형 시멘트계 및 역청계 (瀝靑系) 그라우트는 밀봉하고자 하는 통로를 역시 적절히 투과하지 못한다. 이 투과 실패의 최소한 일부는 단순히 밀봉 조성물이 상기 기질을 통하여 소정의 깊이까지 투과하지 못하기 때문이다. 상기 밀봉 조성물의 경화 속도는 그 조성물이 유입수를 적절히 방지할 수 있는지의 여부 또는 유입수를 실질적으로 저감할 수 있는지의 여부에도 역시 영향을 줄 수 있다.

예를 들자면, 모래 지층에서의 투과성을 저감시키기 위하여 그라우트를 적용하는 경우, 상기 그라우트는 경화 전에 그 모래 지층을 통하여 적당한 거리까지 투과할 수 있는 것이어야 좋다. 만약에 경화가 왕성하게 일어나 버리면, 그라우트는 기질에 적절히 투과할 수 없고, 또 그 기질 내의 입자들이 충분한 접착을 이룰 수 없게 되므로 유입수에 대한 효율적인 밀봉이 달성될 수 없다.

본 출원인에 의한 특허 AU 739427은 라텍스를 함유하는 조성물을 이용하는데, 여기서는 상기 조성물이 통로 내에 투과시의 전단(剪斷) 속도에 따라 그 조성물의 점성(粘性)이 증가된다. 이는 기질 내에서의 그라우트의 과도한 확산을 억제하는 데에 도움이 되며, 또 대부분의 그라우트가 그 기질의 목표 영역 내에 잔류하도록 도와주는 한편, 통로 내에 일단 침투한 그라우트의 경화 시간을 어느 정도 제어하기 위한 일반적인 접근 방식도 역시 제공한다. 나아가, 상기 그라우트의 경화 시간은, 예컨대 특수한 적용 요건을 손쉽게 수용하기 위한 임의의 신뢰도를 가지고 조정하거나 변경시킬 수는 없다.

지반 지층에 있어서 굴진부(掘進部) 내로 유입되는 물을 저지 또는 제한하기 위한 또 한 가지 기지의 방법은 지반 동결(凍結) 방식이다. 이 동결 방식은 수직 갱도의 구축시에 종종 양호한 지반 지지법이다. 상기 방식은 지반 형성시의 세공 공간 내에 있는 현장의 물을 이용하여 이를 동결시키면, 이 물이 토양이나 암석 입자와 함께 융합하여 실질적으로 불침투성의 고체 덩어리를 생성한다. 상기 그라우트가 동결되는 도중에, 갱도의 통로 주변에 콘크리트 라이너가 축조된다.

특히 깊은 곳에서의 이 방법을 적합하게 실행하는 것은 복잡하며 상당한 자본금의 지출이 필요하다. 상기 콘크리트 라이너의 동결ㆍ축조 후 및 지반의 해동 전에, 상기 콘크리트 라이너 내에 완벽한 수밀성(水密性)이 달성되어야 한다. 만약 수밀성이 달성되지 않으면, 침투류가 갱도 라이닝 후방으로부터 기질을 용해시켜 누설 경로를 증대시키고 결국에는 채굴갱(採掘坑)을 범람시킨다. 특히 암염갱은 소금 성분의 용해 때문에 이에 민감하다고 알려져 있는데, 이러한 방식으로 많은 채굴갱들이 소실되어 버렸다.

기체의 흐름을 저감 또는 제한하고자 기질의 투과성을 제한 또는 저감하기를 소망하는 경우에도 역시 전술한 문제점들이 적용될 수 있으며, 사실상 더욱 두드러지게 나타날 수 있다. 예를 들자면, 매장 장소로부터 탄화수소 기체 매장분을 추출해내기 위한 수압 파쇄 작업시에는, 착정공(鑿井孔) 주변의 지반부의 투과성을 제한하여 불필요하거나 불리한 기체의 흐름을 방지하는 것이 좋은 경우가 있다. 오일층 및 기체층 내의 탄화수소 또는 기타 기체를 밀봉하기 위하여 지층 중의 통로나 세공 공간을 밀봉하는 것도 역시 좋은 경우가 있다. 작금에 이르러 이를 예방하거나 제한하기 위하여 지반의 투과성을 감쇠하기 위한 기지의 방법론들은 거의 비효율적이며 신뢰성이 없다는 사실이 밝혀지게 되었다. 수압 파쇄법 등의 여러 가지 방법들에 대한 의존도가 항상 증대하고 있다는 관점에서, 기체를 지층 내부에 확실하게 가두어 놓고 부적당한 영역으로 침투하는 것을 방지할 수 있는 가능성에 대한 요구가 증대되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 기질 중의 통로 내부로의 기체 및/또는 액체의 유입을 제한 또는 저감하는 것을 비롯하여, 액체 및/또는 기체의 유입을 제한 또는 저감하기 위하여 기질의 투과성을 제한 또는 저감하기 위한 방법을 제공하려는 것으로서, 이는 종래 기술의 방법들에서 직면하였던 전술한 문제점들을 감소시켜 준다.

발명의 개요

본 발명의 제1 관점에 따르면, 지층 등의 기질 중의 통로 내부의 액체 및/또는 기체의 유입을 제한 또는 저감하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 상기 기질에 관한 1종 이상의 파라미터를 측정하고 이 측정된 파라미터와 관련하여 다성분(多成分) 밀봉 조성물 중의 1종 이상의 성분을 선택하는 단계와, 상기 밀봉 조성물 중의 성분을 상기 통로에 투입하여 경화 또는 응결시켜 밀봉을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 방법은 통로 내의 유입수를 제한 또는 저감하는 데에 특히 적합하다.
일반적으로, 상기 통로는 유체 또는 기체가 통과ㆍ이동하여 누설, 범람 및/또는 오염을 일으킬 수 있는 공동, 단층, 열극, 공극 또는 세공 공간의 형태를 취할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 방법은 갱도 및 기타 유사한 통로를 둘러싸고 있는 지층 내의 물 또는 기체의 유입을 제한 또는 저감하는 데 특히 적합하지만, 그러한 용도에만 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 방법은 건물 구조, 지반 굴착지, 쓰레기 처리장 및 건물 기초부와 같이 액체 또는 기체의 유입을 저지 또는 저감하고자 하는 어떠한 상황에도 마찬 가지로 적용이 가능하다.

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더 상세히 말하자면, 본 발명의 방법에는 피처리 장소 및 실질적인 현장 처리 시간에 특수한 파라미터들을 측정 및 분석하는 것이 포함된다. 좋기로는, 상기 방법은 밀봉하고자 하는 통로 내에 존재하거나 그 통로를 통하여 유동하는 액체, 일반적으로 물의 성질을 측정하는 것을 포함한다. 기질 내부에 존재하는 액체를 수집 및 분석하여 pH, 온도, 무기질 함량 및 염도 등의 성질을 결정하는 것이 이상적이다. 이어서, 이들 현장 특이적인 측정값들을 참고하여 첨가제 및 억제제 등의 밀봉 조성물 성분들의 선택과 농도를 결정하여 통로 내에서의 상기 조성물의 경화 시간을 조절한다.

본 발명의 특히 양호한 실시 상태에서, 본 발명의 방법은 밀봉 조성물의 1종 이상의 성분을 측정 및/또는 분석하고 상기 1종 이상의 성분들의 측정치와 또는 분석치를 참고하여 추가의 성분을 선택하는 단계를 더 포함한다. 상세히 말하자면, 본 발명의 방법은 밀봉 조성물의 라텍스 성분의 분석 단계를 포함하는데, 이 때 1종 이상의 첨가제는 상기 라텍스의 변이(變異), 특히 라텍스가 수확된 특정 계절 때문에 발생하는 변이에 근거하여 선택된다.

효율적인 밀봉을 달성하여야 한다면, 물 또는 기체의 유동 거동을 평가하여야 하기 때문에, 밀봉 조성물 또는 그라우트를 피처리 현장에 적용하기 전에, 좋기로는 적용 직전에, 기질에 현장 특이적인 파라미터들, 특히 수력학적 및/또는 공기 역학적 파라미터들을 측정 및 분석한다. 이를 행하기 위해서는 시추 및 지질학적 시료 채취 기법이 채용될 수 있다. 상기 파라미터들은, 일련의 기저선(基底線) 루전 값 (Lugeon values)을 설정하고, 기질 내의 투과 특성의 총개구폭(總開口幅)에 관한 지식을 얻기 위한 현장에서의 수리 전도도(水理傳導度) 시험과, 기질 중의 통로의 수리 전도도를 설정하기 위한 채수(採水)ㆍ염료 시험과, 유동 조건의 존부를 포함하거나 포함하는 것이 좋다. 이들 특성은 밀봉에 필요한 밀봉 조성물의 용량 평가도 역시 제공해준다. 이 과정은 사용하고자 하는 밀봉 조성물의 선택에 영향을 주는 파라미터, 특히 pH, 온도, 무기질 함량 및 염도 등을 시험하기 위하여, 피처리 통로에 존재하거나 유입되는 물의 특성을 시험하는 것도 역시 포함한다. 피처리 현장 내부 및 주변의 지층 온도와 같은 현장의 추가의 조건들도 역시 관련된다.

일단 수력학적 및/또는 공기 역학적 파라미터들이 결정되고 나면, 기질을 천공(穿孔)하여 그 기질 내에 밀봉 조성물을 투입할 주입구를 마련한다.

본 발명의 양호한 실시 상태에서, 상기 밀봉 조성물 또는 그라우트는 적어도 1종의 라텍스계 성분과 추가로 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함한다. 상기 라텍스는 천연 라텍스인 것이 좋다. 특히 양호한 실시 상태에서, 상기 밀봉 조성물은 라텍스 에멀젼 또는 콜로이드와 라우르산 또는 라우르산염 화합물과, 추가로 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함한다. 상기 추가로 선택되는 1종 이상의 첨가제는 적어도 부분적으로는, 피처리 현장의 측정된 파라미터와 관련하여 선택된다.

그러나, 라텍스계 밀봉 조성물은 어떤 상황에 다라서는 적합하지 않을 수 있다. 예를 들어, 지층 온도가 -5℃ 미만일 수 있는 추운 지역에서는, 비(非)라텍스계 밀봉 조성물이 선택될 수 있다. 특히, 지면 또는 주변 현장의 온도가 -12℃ 이하인 경우에는, 비라텍스 밀봉 조성물을 선택할 것이 요구된다. 이 방법은 밀봉 조성물의 여하한 특정 종에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

추가의 첨가제들로서는 통로 내에서의 경화 개시 전에 조성물의 경화를 예방하고 피처리 현장에의 유입과 투과를 촉진하기 위한 응결 또는 경화 억제제를 들 수 있다. 억제제 첨가제의 예로서는 양이온 계면 활성제 등의 계면 활정제를 들 수 있는데, 여기에 한정되는 것은 아니다. 계면 활성제는 통로에 주입시 라텍스의 응결을 예방할 수 있다. 통로 내에 염분 농도가 높은 물이 존재하는 현장, 즉 상기 물이 실질적으로 소금물인 현장에서는, 그 통로 내의 물은 억제제 첨가제를 사용하여 처리함으로써 통로 내에서의 표면 조성물의 조기 응결 또는 경화를 예방할 수 있다. 그러한 억제제 첨가제의 예로서는, 인산나트륨류의 혼합물을 함유하고 용액 상태로 통로에 주입시 통로 내에서 밀봉 조성물의 응결 또는 경화를 예방 또는 감속시키는 작용을 하는 독점적 재산권이 있는 제품인 KT가 있는데, 여기에 한정되는 것은 아니다.

또 다른 첨가제로는 경화를 개시 또는 촉진하는 응결 활성화제를 들 수도 있다. 이들 첨가제의 비제한적인 예로는 알칼리성 화합물; 가소제, 카르복실산, 붕산염, 실리케이트, 수산화물 및 이들의 금속염을 들 수 있다. 또 다른 첨가제로는 물 환원제 및 유동화제(fluidifiers)를 들 수 있다.

본 발명의 특히 양호한 실시 상태에서, 본 발명의 방법에는 그라우트의 최초 적용 후와, 필요하면 후속되는 그라우팅 적용 단계 후에 파라미터들을 측정 및 분석하는 것이 포함된다. 상기 파라미터의 변동에 응하여 필요한 경우 상기 밀봉 조성물의 1종 이상의 성분들은 변경된다. 예를 들어, 현장에서의 2회 적용 및 후속 적용에 사용하기 위한 밀봉 조성물은 시간 경과에 따라 기질 내에서의 물 또는 기체의 흐름 경로 및 물 또는 기체 유동류의 형성이나 변화에 응하여 변경된다. 투과성을 측정함으로써, 후속 적용시에 현장에 도입될 그라우트의 경화 시간을 변경 또는 조정할 수 있게 된다.

한 가지 양호한 관점에 있어서, 본 발명의 방법은 밀봉 조성물을 주입에 의하여 통로 내에 도입하는 단계를 포함한다. 좋기로는, 상기 밀봉 조성물이 현장에서 효율적으로 조성되도록, 그 조성물의 성분들은 개별적으로 현장에 도입된다. 즉, 상기 밀봉 조성물은 여러 가지 성분들이 서로 혼화(混化)하여 통로 내의 현장에서 서로 반응하는 다성분 제제이다.

상기 밀봉 조성물의 성분들은 적당한 펌프, 좋기로는 별도의 압송 통공을 통하여 상기 성분들을 압송하는 멀티-포트 펌프 (milti-port pump)에 의하여 현장에 도입하는 것이 바람직하다. 상기 펌프는 출량형(出量型) 펌프 (displacement pump)인 것이 좋다. 그러한 압송 장비 및 현장으로의 밀봉 조성물 성분의 별도 도입능은 피밀봉 통로에 대한 밀봉 조성물의 도입을 유리하게 조절하여 주기 때문에, 통로 내에서의 경화 조절이 가능하다. 상세히 말하자면, 상기 펌프에는 다양한 압력으로 상기 밀봉 조성물을 통로 내에 주입할 수 있는 장점이 있는데, 상기 압력은 측정된 현장 특이적인 수압, 공기압 및 화학적 파라미터의 변화에 응하여 선택된다.

본 발명의 방법은 1차 밀봉 조성물 주입 단계 및 2차 밀봉 조성물 주입 단계를 포함하는 것이 더 좋다. 제1 주입 단계에서는 물의 유동이 있는 통로 내에 밀봉 조성물을 주입하는 것이 특히 좋다. 상기 제2 주입 단계에서는 특히, 일단 물 또는 기체 유입이 저지되고 나면, 물 또는 기체의 유동류에 대하여 밀봉 조성물을 통로 내에 주입하는 것이 좋다.

그러므로, 본 발명의 장점은 밀봉 조성물을 피처리 현장에 도입할 때의 경화 시간의 조절능에 있기 때문에, 상기 밀봉 조성물은 주입 지점으로부터 일정 거리에 이격된 기질 내부에서 마주치게 되는 지층을 적절하게 투과하는 것이 가능하다.

일부 밀봉 적용시에는, 통로 내에 단일 조성물을 주입하기 위한 능력이 있는 반면에, 적용 현장에 존재하는 특수 파라미터와 변수에 따라 그 조성물의 경화 시간을 변동 또는 조절하기 위한 능력이 여전히 유지되는 것이 더 편리할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명은 그라우트 성분과, 일부의 그라우트 성분이 그라우트 경화제 일부와 상기 기질에 관한 1종 이상의 파라미터와 관련하여 선택되는 비율로 혼합된 그라우트 경화제를 포함하는 밀봉 조성물을 사용하여 지층 등의 기질 내의 통로에서 액체 또는 기체 유입을 제한 또는 저감하는 방법을 제시하는 또 하나의 특징을 제공하는데, 여기서 상기 그라우트 성분과 경화제 혼합물은 통로 내에 도입되며, 여기에서 상기 혼합물은 경화 또는 응결하여 밀봉을 형성하는데, 이 때 경화제에 대한 그라우트 성분의 비율을 변경함으로써 상기 통로 내에서의 그라우트의 경화 속도를 조절한다.

좋기로는, 응결 또는 경화는 초기에는 소정의 시간 동안 지연되는 것이 바람직하다, 이 때, 피처리 기질 내부 또는 통로 내부에서의 밀봉 조성물의 현장 응결 및 경화가 비교적 신속히 이어진다. 즉, 밀봉 조성물이 경화 또는 응결하는 데 걸리는 시간은 특정의 용도에 맞추어 그라우트 성분과 경화제의 비율을 변경시킴으로써 조절 가능하게 지연시킬 수 있다.

그라우트 성분은 라텍스 에멀젼, 라텍스 콜로이드 또는 라텍스 분산 수용액 등의 라텍스계인 것이 좋다. 그러나, 상기 그라우트 성분은 중합체계인 것이라도 역시 좋다. 상기 그라우트 성분은 경화제와 쉽게 혼합되도록 수용액인 것이 바람직하다.

상기 경화제는 통로 내에서 그라우트 성분을 경화 응결 또는 응결시키기 위하여 그라우트 성분을 성장시키거나 그라우트 성분과 반응할 수 있는 제제로부터 선택되는 1종 이상의 성분으로 조성된다. 이러한 취지에서, 상기 그라우트 성분과 경화제의 혼합물이 통로 내에 압송 또는 주입되거나, 또는 적절히 주입되어 통로 내에서 충분한 침투가 일어나 액체 또는 기체 유입이 제한되도록, 상기 경화제는 경화 내지 응결 지연 효과가 있는 것이 좋다.

본 발명의 한 가지 구체적인 실시 상태에서, 경화제는 액체의 pH를 저하시키는 효과를 갖는 물질들로부터 선택된다. pH의 저하는 시간 경과에 따라 점진적으로 일어나는데, 그 경과 시간은 경화제에 대한 그라우트 성분의 비율에 크게 좌우된다. 라텍스계 그라우트 성분이 사용되는 경우, 라텍스 수분산액 중에서 알코올이 산화하여 카르복실산으로 되는 것은 다음 반응식에 나타낸 바와 같이 pH를 저하시키는 한 가지 방식이다.

R- OH + 산화제 → R- COOH

이러한 취지로, 한 가지 양호한 실시 상태에 있어서, 상기 경화제는 산화제이다. 상기 산화제는 첨가 및 혼합시 수성 그라우트 성분에서 산을 생성하는데 사용될 수 있다. 경화제로서 사용될 수 있는 이러한 산화제의 비제한적인 예로는 과망간산염과 삼산화크롬을 들 수 있다.

본 발명의 또 한 가지 양호한 특징에 따르면, 상기 경화제는 폴리올류라고 부르는 알코올류로부터 선택되며, 모노머 폴리올, 디올, 트리올, 테트롤 또는 기타 임의의 폴리머 폴리올일 수 있다. 예를 들면, 모노머 폴리올로서는 에틸렌 글리콜 또는 글리세린을 들 수 있고, 폴리머 폴리올에는 폴리에틸렌글리콜이 있다. 본 발명의 특히 양호한 실시 상태에 있어서 경화제는 폴리올의 지방산 에스테르이다.

시험 결과는 다량의 그라우트 성분과 소량의 경화제를 혼합하면, 소량의 응결체 또는 고형화 입자가 생성되는 한편, 상기 혼합물은 대부분 액체 상태로 잔존한다는 것을 보여준다. 초기에 형성된 응결체 또는 입자는 기질 내에서 추가의 응결체 또는 입자를 생성하기 위한 개시제 또는 종정(種晶)으로 작용하는데, 이는 시간 경과에 따라 실질적으로 혼합물 전체를 응결 또는 경화에 이르도록 해준다.

경화제에 대한 그라우트 성분의 비율, 예컨대 wt% 비율을 조절함으로써 경화 속도를 유리하게 관리할 수 있다는 것이 밝혀지게 되었다. 따라서, 상기 그라우트 성분은 대부분 피처리 현장 또는 기질의 파라미터와 관련하여 결정되는 소정량의 경화제와 혼합시켜 통로 내에 투입할 수 있는데, 이 혼합물은 상기 통로 내에서 특수 용도에 최적한 속도로 경화 또는 응결된다.

본 발명은 채광 작업시에 굴진되는 것과 같은 갱도 또는 터널의 굴진 전에 기질 또는 지층에 적용하는 데에 특히 유용성이 있다. 본 발명은 강이나 대수층(帶水層) 등의 물의 본류에 바로 근접한 지층에 구축되는 갱도나 터널 내에 대한 물의 유입을 유리하게 예방하거나 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 갱도나 터널 내의 기체 유입을 유리하게 최소화하거나 예방할 수 있다.

본 발명은 양호한 실시 상태 및 실시예에 관한 이하의 설명과, 첨부하는 도면을 참조하면 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 갱도 내로의 유입수를 예방 또는 최소화하기 위한 밀봉을 요하는 갱도를 둘러싸고 있는 기질 내에 균열부 또는 천공부가 있는 갱도를 포함하고 있는 지반의 횡단면도이다.
도 2는 갱도 내로 물의 유입을 제한하기 위한 처리를 요하는 기질에 박힌 기등에 따른 일련의 터빙 링 (tubbing rings) 부분의 정면도이다.
도 3은 내부에 갱도가 굴착되어 있고 임의의 처리에 앞서 물 유입을 제한하기 위한 처리를 요하는 지반의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 갱도 내에 물의 유입을 제한하기 위하여 처리되고 있는 도 3에 도시한 지반의 횡단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 지반의 횡단면도인데, 통로 내에 제1 첨가제가 추가 투입된다.
도 6은 도 3에 도시한 지반의 횡단면도인데, 밀봉 조성물의 제2 주입 단계가 행해진다..

이하의 설명 및 실시예들은 우선 물의 유입을 예방하기 위한 밀봉을 필요로 하는 균열부 또는 천공부가 있는 갱도가 굴진되어 있는 지반의 처리와 주로 관련하여 행한 것이다, 예를 들면, 물은 균열형 또는 열극형 통로를 통하거나 통합되지 못한 투과성 기질층을 통하여 갱도 내부로 유입되거나 누설되는 수가 있다. 그러나, 본 발명은 그러한 용도에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 방법은 심도가 깊은 노천광, 지하 댐 밀봉, 지하 사일로 및 벙커, 지하실, 지하 쓰레기 처리장, 암염갱 및 저수지 및 댐 내에 흐르는 물과 같은 물 (이에 한정되는 것은 아님)의 유입을 저지하거나 제한하는 데 바람직한 각종 상황에 성공적으로 채용될 수 있다. 본 발명의 방법은 수압 파쇄의 결과로 발생하는 지반 내의 균열부로부터 부적절하게 누출되는 기체 (여기에 한정되는 것은 아님)와 같은 기체의 유입을 저지하거나 제한하는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

먼저, 도 1 및 2를 참조하여 보면, 기질 10이 도시되어 있는데, 이 기질은 암석 주변의 열극 및 통합되지 못한 샌드 렌즈 (sand lens) 내의 세공 공간부를 통하여 물이 투과되는 갱도 14 주변의 지층이다. 물은, 도 2에 도시한 바와 같이, 터빙 세그멘트 (tubbing segment) 18의 벽면의 균열부와, 각 터빙 세그멘트 18 사이의 열극과, 도 2에 도시한 바와 같이, 터빙 세그멘트 18 후면에서의 콘크리트 타설(打設) 개시점과 종말점 중간에 발생되는 불량 접합부 [cold joint]들을 통하여 통과함으로써 갱도 14 내에 유입될 수 있다. 갱도 14를 구축함에 있어서, 터빙 세그멘트 18은 갱도 14에 대한 인너 (liner)로서 작용한다. 기지의 갱도 구축법에서는, 갱도로(坑道路) 주변의 지반을 동결시켜 지층을 안정화하는 것이 일반적이다. 이 예에 있어서, 본 발명의 방법은 지반 동결이 불필요하게 되며, 굴착 작업 도중에 갱도 근처의 암석으로 인하여 발생하는 손상을 복구시킬 수 있도록 유리하게 적용된다.

주입공 20은 갱도 14 내부의 터빙 세그멘트 (18)의 전면 주위에서 일정 간격으로 터빙 세그멘트 18을 통하여 기질 내부로 뚫린다. 상기 주입공들은 터빙 세그멘트 전면에 대하여 수직으로 또는 임의의 각도, 예컨대 45˚의 각도로 뚫린다. 효율적인 밀봉을 하는 한편 비용 절감을 위해서는, 주입공 20의 배치에 있어서 필요한 주입공의 수효는 최소로 되게 하여야 한다. 이를 위해서, 주입공 20은 터빙 세그멘트 18의 외주(外周) 주변에 규칙적이며 사실상 등간격(等間隔)으로 배치하는 것이 이상적이다. 이러한 방식으로, 주입공 20은 갱도 14 내부벽을 감싸는 각 터빙 세그멘트 18 주위에 뚫리게 된다. 임의의 적절한 천공 수단들을 사용함으로써, 예컨대 필요한 깊이만큼 뚫기 위한 타격식 잭레그 (jackleg) 드릴을 사용함으로써 주입공들을 형성할 수 있다. 타격식 드릴은 경질(硬質) 암석층에 필요한 경우가 있다. 로타리식 드릴이 더 적합하며, 지층의 투과성을 증대시켜준다.

밀봉 현장에 존재하는 물 (현장 채취수)의 시료들은 갱도 14 내부나 그 주변의 1개 지역 이상의 누수 지역으로부터 수집된다. 이 물에 대한 pH, 온도, 무기질 함량 및 염도 등의 화학적 분석 시험이 행해진다. 밀봉 현장 및 그 주변 지층의 온도도 역시 측정된다.

기질 10의 수력학적 파라미터도 역시 측정된다. 효율적인 밀봉을 행하여야 한다면, 문서상 보존된 수압 특성 및 정도도 역시 이해하여야 한다. 유입수의 연계성, 투과성 및 확산성에 관한 수력학적 파라미터들을 측정하려면, 유동 특성은 물과 동일하지만 갱도 14와 현장을 극명하게 대조하기 위하여 착색시킨 미량 염료 등의 적절한 염료를 각 주입구에 투입한다. 갱도 내로 투과되는 염료의 투과 시간을 재어서 시각적으로 유입수의 투과도를 결정하기 위한 평가를 행한다. 염료에 관한 보고에 의하면, 유입이 일어나는 장소와, 예컨대 콘크리트 타설 시간 사이에 일어나는 불량 접합점에서의 물의 진입 장소가 나타난다. 염료의 유량을 측정하여 특정의 유량과 압력으로 투입시의 기질 10 내에서의 염료의 유동성을 측정한다. 이는 밀봉 조성물 용액의 유량을 표시해 주므로, 적당한 첨가제를 언제 그리고 어떠한 농도로 투입할 것인 지를 결정할 수 있다.

지층의 파라미터, 물의 pH, 무기질 함량 및 염도뿐만 아니라, 현장 주변의 내부 및 주변의 물의 유동 특성과 현장의 온도와 관련하여, 상기 밀봉 조성물 성분의 각 성분 및 농도를 적절히 선택할 수 있다.

지층 자체 및 그 지층 주변의 온도가 약 -12℃ 미만 또는 100℃ 초과인 현장에서는, 이에 따른 밀봉 조성물 성분을 선택하여야 한다. 예를 들면, 지층 온도가 너무 높을 경우에는 라테스계 밀봉 조성물에 우선하여 시멘트계 밀봉 조성물이 선택될 수 있다. 또한, 상이한 2종의 밀봉 조성물로 이루어진 조합물을 사용하는 것도 가능하다. 예컨대, 시멘트계 밀봉 조성물을 이용하여 대형 공극들을 대량으로 메우고 이어서, 라텍스계 밀봉 조성물을 사용하여 보다 소형의 균열부와 열극을 메울 수 있다.

지층의 지질학적 평가를 참조하는 데에는, 특히 물의 투과성, 표준 시멘트 또는 초미립자 (입도 < 30 미크론)가 사용된다. 예를 들자면, 지층 내의 통로 또는 천공부가 통상 160 미크론보다 넓으면, 그러한 현장은 표준 시멘트계 조성물로 처리할 수 있다. 더 작고 느린 침출을 일으키는 천공부에는 극미립자 재료가 필요하다, 소망하는 유동학적 성질과 경화 특성을 얻으려면, 현장의 측정된 파라미터를 참작하여 상기 시멘트계 조성물에 첨가제 및 성분 혼합물을 첨가한다.

바로 그 지층 자체 및 주변의 온도가 -12℃ 이상이고, 유입수 투과 시험 결과, 물의 유동 조건이 나타나는 현장에서는, 그 내용을 본 명세서에서 참고로 포함시킨 호주 특허 제739427호에 기재되어 있는 바와 같은 다성분 라텍스계 조성물을 사용하는 것이 바람직하다.

그러한 화학 조성물은 중요한 다량 성분으로서 라텍스 에멀젼 또는 콜로이드를 좋기로는 전체 조성물의 <30%의 양으로 포함하는 것이 이상적이다. 일반적으로, 라텍스는 물과의 에멀젼 또는 콜로이드 현탁액 상태로 제공된다. 라텍스는 천연 라텍스인 것이 좋다. 그 이유는 천연 라텍스가 합성 변형체들보다 더 양호한 밀봉능을 나타내기 때문이다. 라텍스의 수중(水中) 농도는 본 발명 방법의 초기 단계에서 측정한 화학적 및 수력학적 파라미터와 관련하여 선택될 수 있다.

상기 측정된 물과 현장의 수력학적 파라미터 및 화학적 성질들을 참작하여 피처리 통로에 보내기 위한 라텍스 에멀젼과 혼합시킬 1종 이상의 추가의 첨가제들이 선택된다. 상기 밀봉 조성물은 밀봉이 요구되는 통로를 통하여 유동 중인 물에 도입되고 상기 물에 의하여 통로를 통하여 운반되므로, 그 물이 상기 통로 내에 도입되면, 물은 효율적으로 상기 밀봉 조성물의 한 가지 성분이 되는 것이다. 그러므로, 물의 화학적 작용을 보완하거나 통로 내에 도입된 후에 밀봉 조성물에 원치 않은 영향을 끼칠 수 있는 화학적 특성을 교정하기 위하여 전술한 1종 이상의 추가의 조성물들이 첨가된다.

통로 내에 산성수가 존재하는 현장에서는 상기 밀봉 조성물이 통로 내에 도입 즉시 그 조성물의 경화 또는 응결이 너무 일찍 일어나는 수가 있는데, 이 때 강기 조성물은 기질 10에 적절히 투과할 수 없게 된다. 물 분석치 결과 pH가 7 미만이면, 억제제 성분을 첨가하여 그 pH를 알칼리성으로 바꾸어주는 것이 좋다. 그러한 억제제는 물의 pH를 증가시키기 위해 일반적으로 pH 10 또는 11 이상의 알칼리 용액 상태로 제공된다. 예를 들면, 이들 억제제로서는 인산나트륨류의 혼합물 또는 알칼리성 수산화칼륨 (KOH)을 함유하는, 재산적 독점권이 있는 KT (분말형 또는 용해형)인 트리폴리인산염류의 물질과 같은 세제 및 비누에서 발견되는 종류인데, 이에 한정되는 것은 아니다. 산성 또는 약산성 현장을 처리함에 있어서, 상기 억제제 첨가제는 통로 내에 주입되거나 또는 압송되어, 그 통로 내에서 라텍스 성분과 현장에서 혼합되는 것이다. 상기 억제제 첨가제의 알칼리도는 물의 pH 측정치를 참조하여 결정한다.

물이 특히 산성인 현장에서는, 라텍스 성분의 도입에 앞서 표면 작용제들로 조성된 계면 활성제의 상표인 C4 (제품 코드 XTMC4136)라는 이름의 재산적 독점권이 있는 제품과 같이, pH가 중성 또는 알칼리성인 용액 중의 어느 한 가지로 통로를 우선 씻어 내려 물의 pH를 증가시킴으로써 통로 내에서의 조기 경화를 회피하는 것이 유리하다. 통로 내에 그러한 성분을 도입하면, 이는 역시 밀봉 조성물이 통로 내에 감압(減壓) 상태로 압송되게 해주는데, 이는 상기 용액의 도입으로 기질 10이 주로 암반층이냐 또는 토양층이냐의 여부에 관계없이 통로 내에서의 밀봉 조성물의 투과성이 향상되기 때문이다.

이와 달리, 각 주입공 20 내부의 지하수를 배수시키기 위하여 상기 각 주입공이 교차하는 투과성 지형을 산세(酸洗)하는 데에 유용할 수 있다. 상기 산세 작용은 지형의 투과성을 증진시키고, 일단 투입된 밀봉 조성물을 더 양호하게 투과시키는 데에 도움을 준다. 이러한 산세 목적을 위해서는, 약산성 안정화 용액을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 다른 종류의 묽은 산, 예컨대 묽은 염산　(HCl)도 역시 사용될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 산 용액을 사용하게 되면, 기질 10의 투과성 지형 내에서 때로는 밀봉 조성물의 흐름을 방해할 수 있는 물질로 된 퇴적물을 효율적으로 용해시킬 수 있다.

갱도가 소금 덩어리 내에 침하될 때에 직면하는 수가 있는 물의 염분 함량이 높은 현장에서는, 밀봉 조성물의 조기 경화 또는 응결도 역시 경험할 수 있다. 수리 전도도 측정 결과로 염도가 높게 나타나면, 통로 내에서 밀봉 조성물의 경화 또는 응결을 억제하는 전술한 바와 같은 1종 이상의 억제제 첨가제를 투입하는 것이 바람직하다. 그 밖에, 라텍스 성분을 도입하기에 전에 염분을 저감시키기 위하여, 우선 통로 내의 물을 처리하는 것이 유리할 수 있다. 즉, 밀봉 조성물의 도입 직전에 지하수를 배수시키기 위하여 통로를 씻어 낸다.

기질 10의 특성을 감안하여 선택한 성분들을 함유하는 주문형 밀봉 조성물을 도입하기 전에, 각 주입공 20에 물 시험을 행하여 일련의 루전 기저선을 설정하고 처리 장소에서의 투과 지형의 총개구폭에 대한 지식을 얻는다. 이 시험에 의해 이들 지형을 효과적으로 밀봉하여 갱도 14 내로의 유체 침투와 누설을 방지하는데 필요할 수 있는 밀봉 조성물의 체적을 알아낼 수 있다.

상기 다성분 밀봉 조성물을 상기 통로 내로 도입하는 초기 단계 도중에, 상기 밀봉 조성물이 지질 내에 최적하게 확산 및 침투되도록, 상기 조성물은 경화 시간이 길게 제제(製劑)된다. 상기 밀봉 조성물이 주입공 20에 너무 가까이에서 경화하는 것은 좋지 않은데, 이는 추가의 조성물을 주입하기 위한 주입공을 더 뚫어야 하기 때문이다. 상기 밀봉 조성물을 도입하면, 그라우트가 주입공 20과 갱도 14, 이 경우 터빙 16의 인너 사이에 다소 등거리에 걸쳐 측방향으로 확산을 일으키는 것이 이상적이다. 적어도, 그라우트 확산은 갱도 14 주변에 중첩(重疊) 그라우트 실린더를 향성하기에 충분하여야 한다.

통로 또는 이 통로망 내로 밀봉 조성물을 도입할 때에 추가의 첨가제를 첨가하면, 경화 시간은 점차 단축된다. 이는 밀봉 조성물을 적용하여 물의 유입을 극소화 또는 제한함으로써 밀봉 조성물의 낭비를 최소화하고, 또 그라우트 확산이 지형의 기질 내부에 불필요하게 분포하는 것이 최소화되도록 목표 구역, 즉 기질 10의 최소 구역에 국한시킬 수 있다.

그라우팅 작업이 진행됨에 따라, 경화된 밀봉 조성물은 기질의 개구 부분들을 채워 차단함으로써 물의 유동 경로 및 관통 시간에 변화를 가져오게 된다. 그러므로, 밀봉 조성물의 경화 시간에 대한 조정은 이들 변화에 응하여 행해질 필요가 있다. 이 때, 상기 밀봉 조성물을 통로에 적용할 때의 기질 10의 수력학적 파라미터와 물의 화학적 성질을 다시 측정하고, 이들 파라미터에 따라 전체 조성물을 수정하는 것이 좋다. 만약, 겉보기 루전 값이 시간 경과에 따라 감소를 보이지 않으면, 이는 밀봉 조성물이 계속하여 기질 내부의 공극들을 메우고 있는 중이라는 의미이다. 이미 주입된 밀봉 조성물의 용량에 기초하여, 그 밀봉 조성물의 경화 시간은, 예컨대 더 다량의 활성 첨가제를 첨가하거나 또는 더 고농도의 활성 첨가제를 동량으로 첨가함으로써 점진적으로 단축시킬 수 있다. 시간 경과에 따른 겉보기 루전 값에 감소가 보이면, 이는 밀봉 조성물이 침투 상태에 있음을 나타내는 것이다. 따라서, 상기 밀봉 조성물은 경화 시간에 변동이 일어남이 없이 계속하여 통로 내에 침투할 수 있다. 그러나, 측정치가 겉보기 루전 값에 빠른 속도의 감소가 일어나고 있음을 나타낼 경우에는, 통로 내에서의 경화 시간을 연장시키기 위하여 상기 밀봉 조성물의 개별 성분에 대한 조정을 행한다.

상기 밀봉 조성물의 주입은 갱도 14 내의 최하 터빙 세그멘트 18에서 개시되며 점차 상향 이동한다. 밀봉 조성물은 상기 터빙 세그멘트 18 내의 다음 주입공 20에서 관찰될 때까지 제1 주입공 20에 주입된다. 밀봉 조성물은 외주 전체가 처리될 때까지 제2 주입공 20 및 각각의 후속되는 주입공에 주입된다. 이러한 방식으로, 밀봉 조성물은 그 다음의 터빙 세그멘트 18 방향으로 상향 이동한다. 그러나, 상기 밀봉 조성물이 터빙 세그멘트 18의 외주와 주변 지반 사이의 공극을 채울 수 있는 한, 상기 조성물은 임의의 순서로 주입공에 주입할 수 있다.

측정 현장의 수력학적 파라미터와 물의 화학적 성질을 참작하여, 이 실시예에 있어서 밀봉 조성물은 최소 압력으로 통로에 주입된다. 주입압을 낮게 유지함으로써 주변 기질에 대한 수압 파쇄 문제를 회피하는 것이 바람직하다. 이러한 적용시에, 주입압은 정수두(靜水頭)의 1.25 내지 2.5.배를 초과하지 않아야 한다. 상기 주입압은 현장에서의 기질의 암반 역학에 기초하고 주입공 20의 깊이를 감안하여 결정하는 것이 이상적이다.

억제제 첨가제는 멀티-포트 용량 펌프에 의하여 통로에 도입하는 것이 유리하다. 상기 펌프의 멀티-포트 특성은 밀봉 조성물의 개별 성분들의 도입을 가능하게 하므로, 이들 성분들은 오로지 통로 내에서의 상호 현장 반응만을 효율적으로 일으킨다. 상기 밀봉 조성물을 이루는 성분들의 주입은 정수두로부터 최대압력까지 서서히 점진적으로 증가시키는 것이 바람직하다. 일반적으로, 통로 내부의 물이 밀봉됨에 따라, 압력은 자동적으로 증가할 것이다. 필요한 경우와, 그리고 특히 주변 지형의 수압 파쇄를 회피하기 위하여, 주입압은 특정 현장의 요건에 부합하고, 또 밀봉 조성물을 분배하는 데에 바람직한 주입공 20으로부터의 거리를 비롯하여 그 현장에 특유한 측정 파라미터를 감안하여 조정한다.

라텍스 에멀젼 성분을 사용하는 경우에는, 상기 밀봉 조성물은 여러 개의 주입공 20을 통하여 통로 내에 유동 중이거나 존재하는 물에 주입된다. 라텍스 성분이 통로 내에서 유동할 때에는, 교반에 의하여 최소한 일부에 활성화가 일어나서 밀봉 조성물을 응결시켜서 통로 내부 또는 통로망 내부에 밀봉을 형성한다. 측정된 유동 조건이, 예컨대 유동 속도가 높으면, 말하자면 매초 200L이면, 화학적 활성제 성분을 첨가하여 통로 내에서의 응결 및 경화 속도를 증대시킨다.

현장에 밀봉 성분을 도입하여 경화를 개시 및 종료시킨 초기 처리 단계 후에, 최소한 제2 처리 단계를 수행하는 것이 매우 바람직하다. 밀봉 조성물을 사용하여 현장을 처리한 후에, 물이 국부적인 대수층으로부터 갱도 14 내부로 다시 새어나와 최소 저항로인 새로운 경로를 찾게 된다는 사실이 밝혀지게 되었다. 상기 분포된 물의 유동 경로로 인하여, 갱도 14 내부로 새로운 누설이 발생하므로, 이를 처리하여야 한다. 현장의 유입수 투과 및 물의 화학적 분석을 평가하기 위하여, 주입공 뚫기, 적당한 염료를 이용한 현장 지질 분석과 같은 전술한 단계들이 수행된다. 이들 측정된 파라미터를 참작하여, 성분종(性分種) 및 이들의 농도들을 선택하여 실질적으로 전술한 바와 같은 방식으로 통로 내에 도입한다.

이제, 지층 100이 도시되어 있는 도 3을 보면, 여기에는 갱도와 같은 터널 141이 지층 100의 기질 10을 통하여 유동하는 대수층과 같은 수층의 아래에 굴진되어 있다. 터널 141 내로의 물의 유입을 방지 또는 제한하여 터널 141이 범람하지 않도록 하여야 한다. 이 예에 있어서, 터널 141은 터널 내부와 주변 기질 10 사이에 라이닝이 없고 무른 바위들을 비롯한 암석과 미응결성 지층에 의하여 주로 이루진 개방형 지층이다. 이러한 종류의 지층은 수압 파쇄 및 잠재적으로 위험한 낙석 또는 이류(泥流)라는 우려의 영향을 받기 쉽다.

전술한 예에서와 마찬가지로, 갱도 내부로의 물이 유입되는 원인이 되는 기질 내부의 열극의 수리 전도도를 설정하기 위하여 물의 도입 및 염료 시험을 행한다. 수압 파쇄는 중요한 문제점이 될 수 있다는 것이 미응결성 지질 형성층에서 밝혀지게 되었다. 물 유입 열극들의 개구부가 경화 또는 응결된 밀봉 조성물에 의하여 막히게 되면, 물의 유입은 개구부에 한정되게 되고, 이로 인해 물의 속도가 증가하게 되며, 결국에는 기질 내에 추가의 세굴(洗掘)이 생기게 된다. 이것은 현장을 밀봉 조성물로 성공적으로 처리한 후에도 역시 발생할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 상기 방법은 밀봉 조성물을 주입공 201을 통하여 물 또는 가스의 유입과 함께(with) 통로 내부로 도입하는 제1 주입 단계 (도 4 및 5 참조)와, 일단 터널 141 내로의 유입이 중단되면 물 유입에 대하여(against) 상기 밀봉 조성물을 도입하는 제2 주입 단계 (도 6 참조)를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 2 단계 적용은 밀봉 조성물로 이루어진 차수벽을 생성하는 데에 유리하게 작용한다.

전술한 예와 마찬가지로, 수리 전도도 현장 시험은 통로 내에 밀봉 조성물을 도입하기 전에 수행된다. 이는 일련의 기저선 루전 값을 설정하여 기질 내의 투과성 지형의 총개구폭에 대한 표시를 제공한다. 이와 유사하게, 현장의 물에 대한 pH, 온도, 무기질 함량 및 염도를 시험한다.

밀봉 조성물을 주입하는 도중에는, 주입이 계속됨에 따라 통로 내의 밀봉 조성물의 경화 시간을 단축시킴으로써, 밀봉 조성물이 주입공 201에 너무 가까이에서경화 또는 응결되는 것을 방지하고, 또 상기 조성물의 측방향 확산을 달성하는 것이 유리한데, 이는 굴진부 내로 물이 유입되는 것을 저지하기 위한 효율적인 장벽을 생성하는 데에 충분하다. 주입 개시시에, 다성분 밀봉 조성물을 도입하여 초기에는 터널 141 (도 4)을 통하여 흐르게 하거나 누설되도록 한다. 이는 시간 경과 또는 체류 시간에 따른 초기 유량의 측정을 가능하게 해 준다.

본 발명의 목적은 실질적으로 주입공 201과 투과성 지형의 외주변 사이의 거리인 밀봉 조성물의 측방향 확산을 달성하려는 것이다. 상기 밀봉 조성물이 주입공 201에 너무 가까이에서 경화하지 않도록 하는 것 역시 중요한데, 이는 추가의 주입공 뚫기를 요하며 이에 따라 비용이 추가되기 때문이다.

상기 밀봉 조성물의 경화 시간은 더 다량의 또는 더 강도가 센 적당한 활성 첨가제를 도입함으로써 점차 단축되는데 (도 5), 상기 첨가제의 종류와 조성은 전술한 바와 같이 현장에 특이적인 측정 파라미터와 관련하여 선택된다. 경화 시간은 밀봉 조성물이 기질 100의 투과성 지형을 더 이상 씻어 내리지 않고, 오히려 기질 100 내에서 결합하여 밀봉을 형성하기 위한 시점까지 단축된다.

필요한 경우, 활성제 성분은 별도의 주입공 201을 통하여 밀봉 조성물의 1종 이상의 성분에 투입된다. 예를 들어, 라텍스계 밀봉 조성물이 사용되고 있는 예인 도 5를 보면, 상기 라텍스계 조성물은 제1 주입공 201a를 통하여 물의 유동류에 도입되고 활성제 성분은 제2 주입공 201b를 통하여 도입된다. 주입공 201b는 주입공 201a로부터의 하향 통로와 교차한다. 그 경우, 라텍스 조성물은 주입공 201a를 통하여 공극 또는 통로 내의 물의 유동류에 압송되는데, 여기서 상기 라텍스 성분은 통로 내의 물의 유동류에 의하여 터널 141 방향으로 운반된다. 활성화제는 주입공 201b를 경유하여 통로 내에 도입되는데, 여기서 상기 활성화제는 하향 유동하는 라텍스계 조성물과 혼합된다. 이 때, 상기 혼합된 밀봉 조성물은 경화 또는 응결하여 밀봉을 형성함으로써, 터널 141 내로 물이 더 이상 유입되는 것이 저지된다.

지적된 바와 같이, 제2 주입 또는 밀봉 단계를 행하는 것이 바람직한데, 이 단계는 도 6에 도시된 바와 같이, 물의 유동에 대하여 도입된다. 상기 제2 주입 단계 도중에는, 주어진 유속에서 압력이 더 생성되지 않는다는 것이 관찰되면, 이는 경화 조성물을 기질 내에 매우 먼 거리까지 밀어내게 되고, 밀봉 조성물을 목표 장소로부터 너무 먼 거리까지 투과시키게 되므로, 재료의 낭비만이 초래될 뿐이다. 바로 그러한 경우라면, 기질 내로의 활성화제 첨가제를 감량시키거나 억제제 첨가제를 증량시킴으로써 상기 밀봉 조성물의 경화 시간을 점진적으로 단축시켜야 한다. 예를 들자면, 상기 기질 중에서의 밀봉 조성물의 pH를 산성 pH로부터 더 알칼리성 pH로 변화시킨다.

도 6을 보면, 상기 제2 주입 단계는 통로 (지금은 밀봉 조성물로 밀봉되어 있음)의 상향류 통로와 교차하는 추가의 주입공 201c를 뚫음으로써 수행될 수 있다. 상기 밀봉 조성물의 라텍스 성분은 주입공 201a를 통하여 압송되고, 하향류 쪽은 밀봉 조성물에 의하여 밀봉되어 있기 때문에 통로 내에서 상향류로 압송된다. 활성화제 성분은, 라텍스 성분과의 혼합이 이루어지고 밀봉 조상물이 경화가 일어나는 주입공 201c를 통하여 통로 내에 압송된다. 그러므로, 상기 통로 내에서 하향류인 상기 밀봉 조성물을 도입 및 경화시키는 상기 제1 주입 단계는 터널 141 내에 유입되는 물을 처리하기 위한 밀봉 조성물의 사후적(事後的) 적용이다. 물의 유동류에 대하여 상향류로 도입하는 상기 제2 주입 단계를 통하여 상기 밀봉 조성물을 적용하는 것은 선제적(先制的) 처리이며, 물에 의한 기질 100의 세굴 및 수력 파쇄가 예방된다.

또한, 본 발명은 굴진 전에 지형의 선제적 처리에 특히 유용하며, 또한 굴진 도중에 굴진된 갱도 내로 유입되는 물을 처리하여야 할 필요성이 없는 장점도 있다. 본 발명의 방법에 관한 다음의 적용예는 강처럼 다량의 물에 매우 근접한 지형에 구축되는 갱도 내로의 유입수를 저지하기 위한 굴진 전의 적용에 관련된다. 이 예에 있어서, 지형은 상당량의 파쇄된 사암과 미응결형 모래층을 함유하는 수가 종종 있다.

현장에 관련된 지질학적 기술 정보를 얻으려면, 계획된 갱도 인접 지역 내에 파일럿 홀 (pilot hole)을 시추한다. 이러한 방식으로 시료를 얻으면, 적어도 지층의 지질학적 특성을 확인할 수 있다. 지층이 사암 또는 미응결성 사암으로 주로 구성되어 있는 것이 밝혀지면, 밀봉 조성물의 성분들을 선택할 때에 이들 두 가지 종류의 기질 특성들을 고려할 필요가 있다.

갱도 굴진 도중에 직면하게 되는 수직 또는 약간 수직의 열극 및/또는 포화 샌드 렌즈의 가능성에 적응하려면, 상기 밀봉 조성물은, 적용 후에, 주변 지층의 투과성을 저감시키고 장차의 갱도 내로 물이 유입되는 것을 최소화하기 위하여, 갱도의 계획된 경로 주위에 차수벽을 구축하여야 한다. 좋기로는, 계획된 갱도 외주부 주위에 등거리로 이격된 일련의 제1 주입공들을 뚫는다. 상기 주입공들은 계획된 갱도의 외연부로부터 오프셋 드릴을 행하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 이들 주입공 중 약 8개가 상기 외주연부에 뚫린다. 더 다수의 제2 주입공들을 뚫어서 1차 적용 도중 및 그 후에 상기 밀봉 조성물 적용의 효율성을 측정하는 것이 바람직하다. 실질적으로, 상기 제2 주입공들은 상기 제1 주입공들 사이의 중간 지점에 위치한다. 각 주입공은 갱도의 계획된 깊이에 의하여 결정된 필요한 깊이까지 뚫린다. 또한, 각 주입공은 패커 (packer)의 삽입이 수용되도록 뚫음으로써 다양한 적용 단계에서의 가압 그라우팅이 가능하도록 한다. 이러한 목적으로는, 임의의 적절한 패커가 이용될 수 있다. 예컨대, 적당한 것은 양단이 개방된 단일한 팽창성 패커일 수 있고, 또는 이중(二重) 필라멘트 패커일 수도 있다.

상기 밀봉 조성물의 성분들을 선택하고 통로 내에 도입하기 전에, 각 주입공을 물에 대해 시험하여 일련의 기저선 루전 투과도 값을 설정하고, 지층 내의 투과성 지형의 총개구폭을 구한다. 이와 유사하게, 주입공 내부의 물을 채수 및 분석하여 pH, 염도. 무기질 함량 및 온도 등의 파라미터를 시험한다.

물에 관한 시험을 행한 후에, 상기 주입공들과 이에 의하여 교차하는 투과성 지층들을 전술한 바와 같이 갱내수(坑內水)의 측정된 화학적 특성들과 관련하여 선택한 액체로 씻어내려 갱내수를 배수한다. 현장 상황, 특히 물의 pH에 따라, 약산성 용액으로 씻어내는 것이 요망될 수 있다. 상기 씻어내기 작업은 상기 밀봉 조성물에 알맞게 그의 화학 조건을 변경시킴으로써 지층의 투과성을 증대시켜 주는 유리한 작용을 하는데, 이는 경화된 밀봉 조성물로 이루어진 적절한 차수벽을 형성하는 데 도움이 된다.　필요에 따라, 그리고 현장에서 측정한 파라미터와 관련하여, 세제 등의 계면 작용제들로 이루어진 계면 활성제 혼화물인 안정화제가 주입공을 통하여 기질 내에 도입되어 통로 내에서 윤활제로서 주로 작용함으로써 밀봉 조성물의 투과성을 증대시킨다.

밀봉 조성물의 종류와 농도의 선택은, 전술한 예들과 관련하여 충분히 설명한 바와 같이, 현장 및 그 내부에 흐르는 물의 측정 파라미터에 따라 이루어진다. 전술한 바와 같이, 통로 내에 밀봉 조성물이 주입이 개시되고 나면, 루전 투과도 값의 변화를 관찰하고, 이어서 앞에서 충분히 설명한 바와 같이 첨가제들을 변경시킴으로써 조성물의 경화 시간을 수정하기 위한 신중하고 연속적인 평가가 요구된다. 이와 같은 적용시에는 밀봉 조성물을 구성함에 있어서의 조정에 대한 응답 시간은 상당히 길 가능성이 있는데, 이는 주입공과 통로의 깊이가 매우 깊을 가능성이 있기 때문이다. 이 때, 상기 조성물에 대한 변화가 점진적으로 일어나게 하여 숏건 리퓨절 (shot-gun refusal; 밀봉 조성물이 충분히 확산되기 전에 조기에 경화되는 것)과 투과성 목표 영역에 대한 접근성 상실을 회피하는 것이 중요하다.

또한, 현장에 관련된 측정 파라미터를 감안하여 밀봉 조성물의 성분들을 통로에 도입하는 압력을 조절하는 것도 역시 바람직하다. 이 경우에 있어서, 주로 기질의 구조, 예컨대 암반 역학(岩盤力學)에 의하여 기질 내에서 밀봉 조성물이 수압 파쇄 등에 의한 손상을 일으키는 일이 없이 적절히 투과될 수 있도록 적당한 압력이 결정된다.

앞에서 충분히 설명한 바와 같이, 현장의 처리 전, 도중 및/또는 후에 측정한 현장 및 그 내부의 유입수의 측정 파라미터를 참작하여, 피처리 통로 내에 단일 조성물을 도입함으로써 현장을 처리하는 것이 바람직하거나 더 편리할 수 있다. 그러한 경우에, 특히 현장의 측정 파라미터 또는 변수들에 응하여 상기 밀봉 조성물은 그의 경화 시간의 변경능 또는 조절능이 여전히 요구된다. 그러한 상황에서는, 본 발명의 또 다른 구체적인 실시 상태가 더 적절하거나 편리할 수 있다.

이 구체적인 실시 상태에 있어서, 밀봉 혼합물은 최소한 1종의 그라우트 성분과 경화제로 구성된다. 상기 조성물을 밀봉하고자 하는 통로에 도입하기 전에, 다량의 그라우트 성분을 소량의 경화제와 혼합한다. 즉, 상기 그라우트와 경화제의 혼합물이 통로에 도입되어, 그 통로 내에서 경화 또는 응결되어 밀봉을 형성한다. 상기 혼합물이 통로 내에서 경화 또는 응결에 걸리는 속도 또는 총시간은 경화제와 혼합되는 그라우트 성분의 비율을 조정함으로써 조절 또는 변경시키는 것이 유리하고 편리할 수 있다.

상기 그라우트 성분은 라텍스 에멀젼, 콜로이드 또는 수분산액 등의 라텍스 계 그라우트 조성물이거나, 또는 폴리머계 그라우트 조성물일 수 있다. 어느 경우에나, 상기 그라우트 성분은 실질적으로 수성(水性)이므로, 우선 경화제와 쉽게 혼합될 수 있고, 또한 상기 그라우트/경화제 혼합물의 피처리 통로 내부로의 이동 및 그 통로를 통한 이동도 역시 촉진된다.

상기 경화제는 현장의 파라미터와 상기 그라우트 성분의 특수한 구성과 관련하여 선택될 수 있다. 상기 경화제는 그라우트와 반응하거나 전개(展開)하여 초기에는 경화 또는 응결이 지연되는 방식으로 그라우트 성분을 통로 내에서 경화 또는 응결시킬 수 있는 조성물 또는 화학 약품이다. 이는 그라우트와 경화제로 조성된 액체 혼합물을 통로 내로 압송, 주입 또는 도입할 수 있게 하는 한편 (앞에서 이미 설명한 바와 같음), 기질 또는 통로 내에서의 투과성을 충분히 달성함으로써 액체의 유입이 제한되도록 해준다. 즉, 상기 그라우트/경화제 혼합물은 기질 또는 통로 영역에 도달하기에 충분히 장시간 액체 상태로 잔존하고 있어야 한다. 그 혼합물이 액체 상태를 유지하는 데 필요한 정확한 시간은 전술한 바 있는 현장의 측정된 파라미터들에 좌우된다. 기질 및 통로 내에서의 상기 밀봉 혼합물의 투과도도 역시 상기 혼합물이 액체 상태로 잔존하는 시간을 결정하는 인자이며, 이것 역시 특수 용도에 필요한 경화제를 선택함에 있어서의 결정 인자일 수도 있다. 초기에는 경화가 지연되고, 이어서 소정 시간 후에 통로 내에서의 밀봉 조성물의 경화가 비교적 신속히 일어나게 하는 것이 이상적이다.

특히, 그라우트 성분이 라텍스계 조성물인 경우, 경화제는 시간 경과에 따라 액체의 pH를 상기 그라우트 성분의 경화 또는 응결이 종료되는 pH까지 점진적으로 저하시키는 효과가 있는 제제로부터 선택하는 것이 바람직하다. 라텍스계 조성물의 경우, 약 3의 pH가 일반적이다. 상기 pH는 그라우트/경화제 혼합물이 현장에서의 산생성에 의하여 점진적으로 낮아진다.

경시적으로 pH를 저하시키는 이러한 한 가지 방식은 경화제로서 산화제를 사용하는 것이다. 산화제는 수성 그라우트 성분에서 산을 현장 생성하는데 이용할 수 있다. 경화제로서 사용하는데 적합한 산화제의 비제한적인 예로는 과망간산염 및 삼산화크롬을 들 수 있다.

본 발명의 이 실시 상태를 다음의 비제한적인 실시예들을 참조로 더욱 상세히 설명한다.

실시예 1: 경화제인 과망간산칼륨 및 에탄올

이 실시예에서는, 등량의 과망간산칼륨 용액 (40 g/L)과 에탄올 (경화제로 작용하는 혼합물)을 식염수 (물의 유입을 저지하기 위한 처리를 요하는 지층에 존재하는 물의 특성을 구비하도록 합성한 것)와 적당히 혼합하였다. 이 혼합액을 60% 라텍스계 그라우트 성분 (NOH20)이라는 독점적 권리가 있는 상품명하에 시판되고 있음)에 첨가하였다. 그라우트 성분에 대한 경화제의 비율을 조정하여 밀봉 조성물의 응결/경화 속도에 변화를 가한다. 그 결과들을 표 1에 나타낸다.

표 1:경화제(과망간산칼륨 용액 및 에탄올)가 사용된 라텍스계 그라우트 조성물의 경화/응결
경화제 wt%			혼합 후 고체 덩어리가 얻어질 때까지 걸린 시간
식염수	MnO4 용액	EtOH
96	2.0	2.0	20분 후 고체 약간; 16 시간 후 대부분 고체
92	4.0	4.0	20분 후 고체 약간; 16 시간 후 대부분 고체
92	8.0	없음	30분 후 부분적으로 고체; 10일 후 연질 고체
92 (비식염수)	8.0	없음	10일 후 농후한 액체

경화제로서 과망간산칼륨 용액과 에탄올로 이루어진 혼합물은, 그라우트 성분과의 반응에 의하여 그리고 그라우트 성분 분산액의 pH를 낮추어 줌으로써, 그라우트 성분을 경화 또는 응결시키는 데에 사용될 수 있다. 이 경화제를 그라우트 성분에 첨가하여 혼합한 결과 거의 30분 후에 연질(軟質)의 고형 응결체가 형성되었다.

실시예 2: 60% 라텍스계 그라우트 성분과 혼합되는 과망간산칼륨 및 알코올경화제

과망간산칼륨과 알코올로 조성된 혼합물을 사용하여 60% 라텍스계 그라우트 성분 (NOH20이라는 독점적 권리가 있는 상품명하에 시판되고 있음)을 응결 또는 경화시켰다. 과망간산칼륨과의 혼합에 사용하였던 에탄올과는 상이한 알코올을 사용하여 응결 속도를 변화시켰다. 예를 들면, 에탄올 대신 히드록실기 (OH)가 1개보다 많은 알코올을 첨가하면, 이는 응결 지연 시간을 변경시키거나 일단 경화된 그라우트의 경직성(硬直性)을 증대시키는 것이라고 상정된다. 이를 시험하기 위하여 여러 가지 상이한 액체 폴리올을 과망간산칼륨 용액과 혼합한 다음, 60% 라텍스계 그라우트 성분에 첨가하여 혼합시켰다. 이 시험의 결과들은 표 2에 나타나 있다. 최상의 총응결 시험 비율은 에틸렌글리콜을 과망간산염 용액과 혼합하여 사용할 때에 달성되었다.

표 2: 과망간산칼륨 용액 및 다양한 알코올이 사용된 60% 라텍스계 그라우트 조성물의 응결
60% 그라우트	경화제 성분들		혼합으로부터 고체 덩어리를 얻을 때까지 걸린 시간 (분)
믹스 wt%	KMnO4 용액 wt%	알코올 종류 (믹스 2.0 wt%)
92.0	6.0	에탄올	30 (연질)
92.0	6.0	폴리에틸렌 글리콜	60 (연질)
92.0	6.0	에틸렌 글리콜	60 (페이스트)
92.0	6.0	폴리비닐 아세테이트	5 (연질)
92.0	6.0	50% 에탄올/에틸렌 글리콜	30 (연질); 10일 후 보다 단단한 고체
92.0	6.0	50% 에탄올/폴리올	5 (연질)

실시예 3: 60% 라텍스계 그라우트 성분과 혼합한 과망간산칼륨 경화제

비율 범위가 40 g/L인 과망간산염 경화제 용액을 1wt% 내지 8 wt%의 비율로 60% 라텍스계 그라우트 성분 (NOH20이라는 독점적 권리가 있는 상품명하에 시판되고 있음)에 첨가하고, 최대 10일간 경화/응결 과정을 관찰하였다. 표 3에 나타낸 결과들은, 60% 그라우트 성분과 혼합시 연질 고체를 생성하려면, 4 내지 8 wt%의 과망간산염 용액이 필요하다는 것을 보여 주고 있다.

표 3: 경화제로서 과망간산칼륨 용액이 사용된 60% 라텍스계 그라우트 조성물의 응결
60% 그라우트		경화제	혼합으로부터 고체 덩어리를 얻을 때까지 걸린 시간 (분)	혼합 10일 후의 상황 설명
질량 (g)	믹스 wt%	Wt% KMnO4 용액
24.75	99.0	1.0	N/A	약간 농후한 액체
24.50	98.0	2.0	N/A	농후한 액체
24.00	96.0	4.0	2.0	연질 고체-페이스트
23.00	92.0	8.0	2.0	연질 고체

과망간산염 이온 KMnO₄ ^-에 의한 유기 히드록실기의 산화는 산이나 또는 염기의 존재하에 촉진된다. 이 실시예에서 사용되는 라텍스계 그라우트 성분의 분산액은 암모니아 용액에 의하여 안정화되므로, 과망간산염에 의한 산화 속도에는 알칼리성인 수산화물의 농도가 중요하다. 응결 속도를 늦추려면, 그라우트 성분 분산액에 소량의 산을 첨가하여 유리(遊離) 수산화물의 양을 감소시킬 수 있다. 이 역시 그라우트 성분과 경화제 혼합물의 응결 또는 경화 지연을 조절 또는 변경시키는 데에 이용될 수 있다. 경화 또는 응결의 장기 지연이 달성되면, 기질의 통로 또는 공극을 투과하고, 이어서 그 내부에서 경화하는 밀봉 조성물의 밀봉능이 증대될 수 있다.

실시예 4: 그라우트 성분에 대한 폴리올 경화제의 비율 변화와 응결/경화 시간에 미치는 영향

조성된 그라우트/경화제 혼합물의 경화 시간에 대하여 그라우트 성분에 대한 폴리올 경화제의 비율 변경이 미치는 영향을 알아보기 위한 시험을 행하였다. 이들 시험에 있어서, 일정량의 그라우트 성분 (NOH2O라는 독점적 권리가 있는 상품명하에 시판되고 있음)에 폴리올 경화제를 교반하에 서서히 적가(滴加)하였다. 폴리올 경화제의 첨가량에 따라 그라우트 성분의 완전한 경화는 7 내지 48 시간 사이에 이루어졌다. 물은 경화제 첨가량에 따라 방출된다. 경화제의 첨가량이 많을수록 물의 방출량도 그 만큼 많다. 그라우트 성분에 대하여 상이한 비율의 경화제를 사용한 이들 시험 결과는 표 4에 나타낸다.

표 4: 폴리올 경화제 비를 변화시켜 사용한 경우 그라우트 성분의 경화 시간 및 자유 유체
폴리올 경화제 (%)	그라우트 성분 질량 (g)	폴리올 경화제 질량	경화 시간	자유 유체 (ml)
1	49.5	0.5	> 4주일	-
2	49	1.0	> 4주일	-
3	48.5	1.5	24-72 시간	0
5	47.5	2.5	11-12 시간	4.7
8	46	4.0	~ 11 시간	11.8
10	45	5.0	~ 5 시간	12.5
14	43	7.0	~ 2 시간	10.5

폴리올 경화제의 부피 (혼합비)를 변화시켜가며 그라우트 성분과 혼합하면, 그 혼합물 중에서 소수의 작은 응결체 또는 고체 입자들의 자발적으로 형성된다. 초기 혼합시, 그라우트의 대부분은 액체 상태로 잔존한다.

실시예 5: 그라우트 성분과 폴이올 경화제 혼합물의 각종 입도의 모래 투과

입도 분포가 다른 것이 특징인 상이한 종류의 모래를 채운 시험관에서 투과 시험을 행하였다. 그라우트 성분 (NOH2O라는 독점적 권리가 있는 상품명하에 시판되고 있음)을 4% 폴리올 경화제와 혼합하여 입도가 상이한 모래가 담긴 여러 개의 시험관에 도입하였다. 소형 시험관 내에서의 그라우트 성분/폴리올 경화제 혼합물의 투과 결과들은 표 5에 나타낸다.

표 5: 소형 시험관 내에서의 폴리올 경화제와 그라우트 성분의 침투 테스트
모래의 최대 알갱이 크기 (mm)	모래의 높이 (cm)	미충전 재료의 높이 (압력 헤드)	최대 침투 깊이 (cm)
< 0.4	9.2	8.5	1.5
0.4 - 0.63	10.0	8.0	10
0.63 - 1.0	8.0	8.0	8.0
1.0 - 1.63	9.5	8.5	9.5
발트해 유래 모래	9.2	8.5	6.0

아주 미세한 모래 입자 (< 0.4 mm)와 바다 모래만이 완전히 침투되지 못한 것으로 나타났다. 다른 모든 경우, 모래 알갱이들 사이의 포어 공간은 조합된 그라우트/경화제 혼합물에 의해 충전 및 밀봉되었다.

본 발명의 별법의 실시 상태를 이용함에 있어서, 예컨대 지질 형성층 내에 물이 유입되는 것을 저지 또는 제한함에 있어서, 상기 밀봉 조성물은 최소한 그라우트 성분과 경화제를 포함하는 밀봉 조성물을 이 밀봉 조성물의 사용이 요구되기 전의 어느 시점에서 사전에 혼합할 수 있다. 그라우트 성분과 경화제의 비율을 적절히 변경시킴으로써 경화 또는 응결 시간을 특별한 시간 동안 조절 가능하게 지연시킬 수 있으므로, 상기 밀봉 조성물을 사용하여 처리를 필요로 하는 현장으로 이송하기 전에, 상기 그라우트 성분을 적당량의 경화제와 혼합시킬 수 있다. 상기 밀봉 조성물을 현장으로 이송하는 데 걸리는 시간과, 그 밀봉 조성물을 통로 또는 기질 내에 도입하는 데 걸리는 시간 및 그 밀봉 조성물이 상기 기질 또는 통로에 적절히 투과하는 데 걸리는 시간을 고려하여, 경화 시간은 적당히 지연시킬 수 있다.

상기 그라우트 성분/경화제 혼합물이 현장에 도달되고 나면, 앞에서 충분히 설명한 바와 같이, 미리 뚫어놓은 다수의 주입공 내에 주입 또는 압송하는 등의 적합한 수단에 의하여 기질 또는 통로 내에 도입시킬 수 있다. 혼합할 때에 경화제에 대한 그라우트의 혼합비를 변화시켜서 상기 밀봉 조성물의 경화 시간의 지연을 잘 다루게 되면, 상기 밀봉 조성물은 기질 또는 통로 내에 도입되어 투과가 가능하므로, 소망하는 액체 유입을 제한하는 것이 가능하다.

이 분야의 숙련자들에게 명백한 바와 같이, 여러 가지 수정 및 변경들도 본 발명의 범위 내에 속하는 것이라는 점을 이해하여야 한다.

Claims (34)

1. 기질 내 통로에서의 액체 또는 기체 유입을 제한 또는 저감시키기 위해 기질의 투과성을 제한 또는 감소시키는 방법으로서, 상기 방법은
   상기 기질과 관련된 1종 이상의 파라미터들을 측정 및 분석하는 단계로서, 여기서 적어도 하나의 파라미터는 루전 값을 포함한 수력학적 및/또는 공기역학적 파라미터 중에서 선택되는 것인 단계;
   상기 측정된 파라미터들을 참조로 다성분 밀봉 조성물의 1종 이상의 성분들 및 상기 1종 이상의 성분들의 농도를 선택하는 단계;
   상기 밀봉 조성물의 상기 선택된 성분들을 상기 통로 내로 주입하여 경화 또는 응결시켜 밀봉을 형성하는 단계를 포함하되,
   밀봉 조성물의 경화 또는 응결 시간이, 상기한 1종 이상의 성분들 및 상기 1종 이상의 성분들의 농도에 대한 상기 선택에 의해 하기 방식, 즉:
   일련의 기저선 루전 값 (Lugeon values)을 설정하고; 및
   겉보기 루전 값이 경시적으로 동일하게 유지되거나 또는 증가할 경우, 밀봉 조성물의 경화 또는 응결 시간을 감소시키거나; 또는
   겉보기 루전 값이 경시적으로 감소할 경우, 경화 또는 응결 시간을 변화시킴이 없이 밀봉 조성물을 통로 내로 도입하는 방식
   에 의해 조절 또는 변경되는 것인 방법.
2. 제1항에 있어서, 측정된 파라미터들은 통로 내에 존재하는 액체의 1종 이상의 성질, 기질의 역학 및 기질의 지질학적 특성을 측정 및 분석하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수력학적 파라미터들은 유속, 기질 투과성, 또는 수리 전도도 중 1종 이상을 포함하는 것인 방법.
4. 제1항에 있어서, 밀봉 조성물의 선택된 성분들은 제1 주입 단계 및 후속적으로 제2 주입 단계에 의해 통로 내로 투입되는 것인 방법.
5. 제4항에 있어서, 제1 주입 단계는 밀봉 조성물을 통로 내의 액체 또는 기체 흐름과 함께 통로 내로 도입하고, 및/또는 제2 주입 단계는 밀봉 조성물을 액체 또는 기체 흐름에 대하여 통로 내로 도입하는 것인 방법.
6. 제1항에 있어서, 밀봉 조성물의 선택된 성분들을 별도의 주입공들을 통해 통로에 도입하는 것인 방법.
7. 제1항에 있어서, 밀봉 조성물의 선택된 성분들은 통로 내로 압송되는 것인 방법.
8. 제7항에 있어서, 압송 압력은 상기 기질과 관련하여 상기 측정된 파라미터들의 변동에 응하여 변경되는 것인 방법.
9. 기질 내 통로 내의 액체 또는 기체 흐름을 폴리머계 그라우트 성분 및 그라우트 경화제를 포함하는 밀봉 조성물을 이용하여 제한 또는 저감시키는 방법으로서, 여기서, 상기 폴리머계 그라우트 성분의 일부는 상기 그라우트 경화제의 일부와 혼합되되, 상기 폴리머계 그라우트 성분 대 경화제의 혼합비는 상기 기질에 관한 1종 이상의 파라미터들을 참조로 선택되고, 여기서 적어도 하나의 파라미터는 루전 값을 포함한 수력학적 및/또는 공기역학적 파라미터 중에서 선택되며, 상기 조합된 폴리머계 그라우트 성분과 경화제는 상기 통로 내로 도입되어, 여기에서 경화 또는 응결되어 밀봉을 형성하며, 상기 통로 내의 상기 폴리머계 그라우트 성분의 경화 또는 응결 속도는, 폴리머계 그라우트 성분과 경화제의 선택 및 하기 방식, 즉:
   일련의 기저선 루전 값을 설정하고; 및
   겉보기 루전 값이 경시적으로 동일하게 유지되거나 또는 증가할 경우, 밀봉 조성물의 경화 또는 응결 시간을 감소시키거나; 또는
   겉보기 루전 값이 경시적으로 감소할 경우, 경화 또는 응결 시간을 변화시킴이 없이 밀봉 조성물을 통로 내로 도입하는 방식
   에 따른, 상기 1종 이상의 측정된 파라미터들을 참조로 한 경화제에 대한 폴리머계 그라우트 성분 비율의 변경에 의해 조절 또는 변경되는 것인 방법.
10. 제9항에 있어서, 경화제는 그라우트 성분과 반응하거나 전개하여 그라우트 성분을 통로 내에서 경화 또는 응결시킬 수 있는 물질, pH를 저하시킬 수 있는 물질, 산화제, 폴리올, 모노머 폴리올, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 폴리머 폴리올, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리올의 지방산 에스테르로부터 선택되는 것인 방법.
11. 제10항에 있어서, 산화제는 과망간산염 및 삼산화크롬 중 1종 이상으로부터 선택되는 것인 방법.
12. 제10항에 있어서, pH는 조합된 그라우트 성분과 경화제 혼합물의 현장 반응을 통한 산의 생성에 의해 저하되는 것인 방법.
13. 제10항에 있어서, pH는 라텍스 수분산액 중에서 알코올이 산화하여 카르복실산으로 되는 것을 통해 저하되는 것인 방법.
14. 제1항 또는 제10항에 있어서, 밀봉 조성물은 상기 측정된 파라미터들을 참조로 선택된 적어도 1종의 추가 첨가제 및 라텍스 성분 또는 폴리머 성분을 포함하는 것인 방법.
15. 제14항에 있어서, 라텍스 성분은 천연 라텍스 원료로부터 유래하고, 적어도 1종의 추가 첨가제 또는 경화제는 천연 라텍스에서 측정된 변이를 참조로 선택되며, 상기 측정된 변이는 적어도 부분적으로는 계절에 따른 변이에 기인하는 것인 방법.
16. 제9항에 있어서, 응결 또는 경화는 초기에는 소정의 시간 동안 지연되는 것인 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 응결 또는 경화의 초기 지연 후에 피처리 기질 내부에서의 밀봉 조성물의 현장 응결 및 경화가 이어지되, 후자의 응결 및 경화는 초기에 지연된 소정의 응결 또는 경화 시간에 비해 비교적 신속히 일어나는 것인 방법.
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
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