一種適用于孔隙砂巖的雙液注漿材料及其注漿工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于孔隙砂巖的雙液注漿材料及其注漿工藝，注漿材料由固化劑A和凝膠劑B組成，固化劑A與凝膠劑B的重量比例為1:0.8～1.5。固化劑A的重量份比組成為：氯化鐵10～20份、氯化鋁4～5.5份、水70～85份；凝膠劑B的重量份比組成為：水玻璃95～98份、聚乙二醇1～3份、十二烷基苯磺酸鈉0.3～0.7份。固化劑A和凝膠劑B通過各自對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔注入孔隙砂巖地層中，不需要雙液混合器，避免了傳統(tǒng)雙液注漿易造成注漿管路堵塞的問題。本發(fā)明材料具有可注性好、固結(jié)體堵水能力強(qiáng)、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種適用于孔隙砂巖的雙液注漿材料及其注漿工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于孔隙砂巖的雙液注漿材料及其注漿工藝，屬于材料科學(xué)技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)地下工程建設(shè)面臨的地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，諸如二疊系-石盒子組、山西組石 英質(zhì)膠結(jié)砂巖及侏羅系-直羅組泥質(zhì)膠結(jié)砂巖等孔隙度大、孔隙微小、含導(dǎo)水性強(qiáng)的孔隙 砂巖分布廣泛，是地下工程建設(shè)中的主要充含水層。隧道、礦山巷道、斜井等地下工程穿過 高孔隙率富水砂巖地層時(shí)，往往發(fā)生涌水災(zāi)害，具有涌水面積大、涌水量大、不易封堵等特 點(diǎn)。
[0003] 注漿作為封堵涌水并加固圍巖的有效手段在地下工程中獲得了越來越廣泛的應(yīng) 用。但是目前市場(chǎng)上還沒有針對(duì)孔隙砂巖涌水的注漿封堵材料，水泥漿液等顆粒類漿液由 于其顆粒粒徑較大，往往無法注入孔隙砂巖的孔隙內(nèi)部，導(dǎo)致漿液無法形成有效擴(kuò)散；化 學(xué)漿液大部分都是真溶液，其滲透性較強(qiáng)，可在孔隙砂巖內(nèi)形成有效擴(kuò)散，但由于材料價(jià)格 高、部分化學(xué)漿液存在一定毒性，限制了該類注漿材料的應(yīng)用。專利CN103739813A公開了 一種用于加固易破碎煤巖層的注漿材料，所述注漿材料由體積比為1:1的A組份和B組份 混合而成，其中，所述A組份由如下重量份數(shù)的原料組成：聚對(duì)苯二甲酰己二胺20?30份， 聚乙二醇醚13份，蓖麻油50?60份，三乙二醇9. 41份，二月桂酸二丁基錫0. 1份，異辛酸 鉀0. 2份，娃油0. 3份；所述B組份為如下重量份數(shù)的原料組成：MDI100份。該注楽材料雙 液混合后的固化時(shí)間為1?2分鐘，注漿方式為通過氣動(dòng)雙液注漿泵進(jìn)行注漿。由于該注 漿材料固化時(shí)間太短導(dǎo)致漿液擴(kuò)散范圍有限，可能達(dá)不到設(shè)計(jì)注漿加固范圍，并且可能導(dǎo) 致注漿管路堵塞。
[0004] 針對(duì)孔隙砂巖涌水的注漿治理亟需研發(fā)滲透性能好、堵水能力強(qiáng)、價(jià)格低廉、無毒 無污染的注漿材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有注漿材料的不足，提供一種適用于孔隙砂巖的雙液注 漿材料，該材料具有可注性好、固結(jié)體堵水能力強(qiáng)、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提供與該種材料相配套的注漿工藝。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0008] -種適用于孔隙砂巖的雙液注漿材料，由固化劑A和凝膠劑B組成，固化劑A與凝 膠劑B的重量比例為1:0. 8?1. 5 ;固化劑A的重量份比組成為：氯化鐵10?20份、氯化 鋁4?5. 5份、水70?85份；凝膠劑B的重量份比組成為：水玻璃95?98份、聚乙二醇 1?3份、十二烷基苯磺酸鈉0. 3?0. 7份。
[0009] 所述的固化劑A的重量份比組成優(yōu)選為氯化鐵15份、氯化鋁5份、水80份。
[0010] 所述的凝膠劑B的重量份比組成優(yōu)選為水玻璃97. 5份、聚乙二醇2份、十二烷基 苯磺酸鈉0. 5份。
[0011] 一種適用于孔隙砂巖雙液注漿材料的注漿工藝，包括如下步驟：
[0012] 1)按照固化劑A的成分制成溶液固化劑A ;
[0013] 2)按照凝膠劑B的成分重量配比稱取水玻璃、聚乙二醇和十二烷基苯磺酸鈉，并 混合均勻；
[0014] 3)在待注漿區(qū)域施工注漿鉆孔，固化劑A和凝膠劑B的注漿鉆孔互相間隔布置；
[0015] 4)連接相關(guān)注漿管路和注漿設(shè)備，在固化劑A對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔注入固化劑A，在凝 膠劑B對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔注入凝膠劑B ;
[0016] 5) A、B兩種漿液擴(kuò)散后相遇并相互反應(yīng)生成硅凝膠，待凝膠體固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到要求 后注楽結(jié)束。
[0017] 在凝膠劑B中，十二烷基苯磺酸鈉和聚乙二醇的作用是提高凝膠劑的滲透性和分 散性。在固化劑A中，氯化鐵、氯化鋁均為強(qiáng)酸弱堿鹽，由于強(qiáng)酸弱堿鹽的水解反應(yīng)，固化劑 A溶液呈弱酸性，其反應(yīng)原理為：
[0018] Fe3++3H20 = Fe (OH) 3+3H+
[0019] A13++3H20 = A1 (OH) 3+3H+
[0020] 在實(shí)際注漿過程中，固化劑A和凝膠劑B分別通過各自的注漿鉆孔注入孔隙砂巖 地層中，固化劑A和凝膠劑B在孔隙砂巖中均具有較好的滲透性，兩種漿液擴(kuò)散一段時(shí)間后 相遇并相互反應(yīng)生成硅凝膠，硅凝膠充填孔隙砂巖的孔隙形成固結(jié)體，從而達(dá)到封堵涌水 并加固孔隙砂巖地層的目的。硅凝膠反應(yīng)原理為：
[0021] 2H.+Si0 廣=H2Si03
[0022] 相比于強(qiáng)酸溶液，固化劑A的水解反應(yīng)不劇烈，生成的氫離子濃度較低，有利于控 制固化劑A與凝膠劑B的反應(yīng)時(shí)間。
[0023] 固化劑A和凝膠劑B通過各自對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔注入孔隙砂巖地層中，不需要雙液 混合器，避免了傳統(tǒng)雙液注漿易造成注漿管路堵塞的問題。固化劑A和凝膠劑B在相遇之 前各自進(jìn)行擴(kuò)散，這與雙液混合之后再共同擴(kuò)散相比，減少了擴(kuò)散阻力，在相同注漿壓力下 能達(dá)到更大的漿液擴(kuò)散范圍和圍巖加固范圍。
[0024] 本發(fā)明研究了一種適用于孔隙砂巖的注漿材料及其注漿工藝，解決了目前孔隙砂 巖注漿堵水加固中，傳統(tǒng)注漿材料注漿效果不理想的問題。較之孔隙砂巖涌水傳統(tǒng)治理方 法和注漿材料，如凍結(jié)法，水泥基材料注漿和化學(xué)材料注漿等，該材料具有可注性好、滲透 性能好、固結(jié)體堵水能力強(qiáng)、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。
[0025] 本發(fā)明的有益效果是：
[0026] 1、采用所述注漿材料及注漿工藝能成功封堵孔隙砂巖涌水，固結(jié)體堵水能力強(qiáng)并 具有很好的穩(wěn)定性。
[0027] 2、固化劑A和凝膠劑B通過各自對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔注入孔隙砂巖地層中，不需要雙 液混合器，避免了傳統(tǒng)雙液注漿易造成注漿管路堵塞的問題。
[0028] 3、固化劑A和凝膠劑B在相遇之前各自進(jìn)行擴(kuò)散，這與雙液混合之后再共同擴(kuò)散 相比，減少了擴(kuò)散阻力，在相同注漿壓力下能達(dá)到更大的漿液擴(kuò)散范圍和圍巖加固范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為固化劑A和凝膠劑B注漿鉆孔布設(shè)示意圖；
[0030] 圖2為注漿加固機(jī)理示意圖；
[0031] 1、固化劑A注漿鉆孔，2、凝膠劑B注漿鉆孔，3、注漿加固區(qū)域，4、固化劑A，5、凝膠 劑B。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。結(jié)合試驗(yàn)條件，選用了與孔隙砂巖 具有相同介質(zhì)特征的中砂作為被注介質(zhì)進(jìn)行注漿模型試驗(yàn)，中砂粒徑為〇. 25?0. 5mm且粒 徑基本一致。
[0033] 實(shí)施例1
[0034] 本實(shí)施例所用的適用于孔隙砂巖的雙液注漿材料由固化劑A和凝膠劑B組成，固 化劑A中各組份的重量配比為：氯化鐵：氯化錯(cuò)：水=15 :5 :80 ;凝膠劑B中各組分的重量 配比為：水玻璃：聚乙二醇：十二烷基苯磺酸鈉=97. 5 :2 :0. 5。固化劑A和凝膠劑B的重 量比例為1:1。
[0035] 本實(shí)施例的注漿鉆孔布置如圖1所示，其中包括固化劑A注漿鉆孔1和凝膠劑B 注漿鉆孔2。本實(shí)施例的注漿工藝步驟如下：
[0036] (1):按照固化劑A的成分重量配比稱取氯化鐵、氯化鋁，并攪拌均勻；將攪拌好的 固化劑A中的固體原料混合物與水混合均勻，制成固化劑A溶液；
[0037] (2):按照凝膠劑B的成分重量配比稱取水玻璃、聚乙二醇和十二烷基苯磺酸鈉， 并混合均勻；
[0038] (3):在待注漿區(qū)域施工注漿鉆孔，固化劑A和凝膠劑B的注漿鉆孔互相間隔布 置；
[0039] (4):連接相關(guān)注漿管路和注漿設(shè)備，在固化劑A對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔1注入固化劑A， 在凝膠劑B對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔2注入凝膠劑B ;
[0040] (5):兩種漿液擴(kuò)散一段時(shí)間后相遇并相互反應(yīng)生成硅凝膠，形成注漿加固區(qū)域 3,待凝膠體固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到要求后注漿結(jié)束。
[0041] 測(cè)量?jī)煞N反應(yīng)劑的粘度參數(shù)，得固化劑A溶液的粘度為llmPa. s，凝膠劑B的粘度 為 26mPa. s。
[0042] 實(shí)施例2
[0043] 本實(shí)施例所用的適用于孔隙砂巖的雙液注漿材料由固化劑A和凝膠劑B組成，固 化劑A中各組份的重量配比為：氯化鐵：氯化鋁：水=10. 8 :4. 2 :85 ;凝膠劑B中各組分的 重量配比為：水玻璃：聚乙二醇：十二烷基苯磺酸鈉=97 :2. 5 :0. 5。固化劑A和凝膠劑B的 比例為1:1. 2。
[0044] 本實(shí)施例的注漿鉆孔布置如圖1所示，其中包括固化劑A注漿鉆孔1和凝膠劑B 注漿鉆孔2。本實(shí)施例的注漿工藝步驟如下：
[0045] (1):按照固化劑A的成分重量配比稱取氯化鐵、氯化鋁，并攪拌均勻；將攪拌好的 固化劑A中的固體原料混合物與水混合均勻，制成固化劑A溶液；
[0046] (2):按照凝膠劑B的成分重量配比稱取水玻璃、聚乙二醇和十二烷基苯磺酸鈉， 并混合均勻；
[0047] (3):在待注漿區(qū)域施工注漿鉆孔，固化劑A和凝膠劑B的注漿鉆孔互相間隔布 置；
[0048] (4):連接相關(guān)注漿管路和注漿設(shè)備，在固化劑A對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔1注入固化劑A， 在凝膠劑B對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔2注入凝膠劑B ;
[0049] (5):兩種漿液擴(kuò)散一段時(shí)間后相遇并相互反應(yīng)生成硅凝膠，形成注漿加固區(qū)域 3,待凝膠體固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到要求后注漿結(jié)束。
[0050] 測(cè)量?jī)煞N反應(yīng)劑的粘度參數(shù)，得固化劑A溶液的粘度為10mPa. s，凝膠劑B的粘度 為 25mPa. s。
[0051] 對(duì)原狀砂及兩個(gè)實(shí)施例所得到的注漿固砂體進(jìn)行多組取樣并進(jìn)行強(qiáng)度及滲透性 測(cè)試，得砂層加固前后的滲透性及強(qiáng)度參數(shù)。
[0052] 表砂層加固前后滲透性及強(qiáng)度參數(shù)
[0053]

【權(quán)利要求】
1. 一種適用于孔隙砂巖的雙液注漿材料，其特征是，由固化劑A和凝膠劑B組成，固化 劑A與凝膠劑B的重量比例為1:0. 8?1. 5,固化劑A的重量份比組成為：氯化鐵10?20 份、氯化鋁4?5. 5份、水70?85份；凝膠劑B的重量份比組成為：水玻璃95?98份、聚 乙二醇1?3份、十二烷基苯磺酸鈉0. 3?0. 7份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于孔隙砂巖的雙液注漿材料，其特征是，所述的固 化劑A的重量份比組成為氯化鐵15份、氯化鋁5份、水80份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于孔隙砂巖的雙液注漿材料，其特征是，所述的凝 膠劑B的重量份比組成為水玻璃97. 5份、聚乙二醇2份、十二烷基苯磺酸鈉0. 5份。
4. 權(quán)利要求1所述的適用于孔隙砂巖雙液注漿材料的注漿工藝，其特征是，包括如下 步驟： 1) 按照固化劑A的成分制成溶液固化劑A ; 2) 按照凝膠劑B的成分重量配比稱取水玻璃、聚乙二醇和十二烷基苯磺酸鈉，并混合 均勻； 3) 在待注漿區(qū)域施工注漿鉆孔，固化劑A和凝膠劑B的注漿鉆孔互相間隔布置； 4) 連接相關(guān)注漿管路和注漿設(shè)備，在固化劑A對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔注入固化劑A，在凝膠劑 B對(duì)應(yīng)的注漿鉆孔注入凝膠劑B ; 5. A、B兩種漿液擴(kuò)散后相遇并相互反應(yīng)生成硅凝膠，待凝膠體固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到要求后注 漿結(jié)束。
【文檔編號(hào)】C04B28/26GK104150856SQ201410383523
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】張慶松, 張連震, 張霄, 李志鵬, 王德明, 鄭東柱, 趙鵬 申請(qǐng)人:山東大學(xué)