一种适用于孔隙砂岩的双液注浆材料及其注浆工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于孔隙砂岩的双液注浆材料及其注浆工艺，注浆材料由固化剂A和凝胶剂B组成，固化剂A与凝胶剂B的重量比例为1:0.8～1.5。固化剂A的重量份比组成为：氯化铁10～20份、氯化铝4～5.5份、水70～85份；凝胶剂B的重量份比组成为：水玻璃95～98份、聚乙二醇1～3份、十二烷基苯磺酸钠0.3～0.7份。固化剂A和凝胶剂B通过各自对应的注浆钻孔注入孔隙砂岩地层中，不需要双液混合器，避免了传统双液注浆易造成注浆管路堵塞的问题。本发明材料具有可注性好、固结体堵水能力强、价格低廉的优点。
【专利说明】一种适用于孔隙砂岩的双液注浆材料及其注浆工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适用于孔隙砂岩的双液注浆材料及其注浆工艺，属于材料科学技 术领域。
【背景技术】
[0002] 我国地下工程建设面临的地质条件日趋复杂，诸如二叠系-石盒子组、山西组石 英质胶结砂岩及侏罗系-直罗组泥质胶结砂岩等孔隙度大、孔隙微小、含导水性强的孔隙 砂岩分布广泛，是地下工程建设中的主要充含水层。隧道、矿山巷道、斜井等地下工程穿过 高孔隙率富水砂岩地层时，往往发生涌水灾害，具有涌水面积大、涌水量大、不易封堵等特 点。
[0003] 注浆作为封堵涌水并加固围岩的有效手段在地下工程中获得了越来越广泛的应 用。但是目前市场上还没有针对孔隙砂岩涌水的注浆封堵材料，水泥浆液等颗粒类浆液由 于其颗粒粒径较大，往往无法注入孔隙砂岩的孔隙内部，导致浆液无法形成有效扩散；化 学浆液大部分都是真溶液，其渗透性较强，可在孔隙砂岩内形成有效扩散，但由于材料价格 高、部分化学浆液存在一定毒性，限制了该类注浆材料的应用。专利CN103739813A公开了 一种用于加固易破碎煤岩层的注浆材料，所述注浆材料由体积比为1:1的A组份和B组份 混合而成，其中，所述A组份由如下重量份数的原料组成：聚对苯二甲酰己二胺20?30份， 聚乙二醇醚13份，蓖麻油50?60份，三乙二醇9. 41份，二月桂酸二丁基锡0. 1份，异辛酸 钾0. 2份，娃油0. 3份；所述B组份为如下重量份数的原料组成：MDI100份。该注楽材料双 液混合后的固化时间为1?2分钟，注浆方式为通过气动双液注浆泵进行注浆。由于该注 浆材料固化时间太短导致浆液扩散范围有限，可能达不到设计注浆加固范围，并且可能导 致注浆管路堵塞。
[0004] 针对孔隙砂岩涌水的注浆治理亟需研发渗透性能好、堵水能力强、价格低廉、无毒 无污染的注浆材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为克服现有注浆材料的不足，提供一种适用于孔隙砂岩的双液注 浆材料，该材料具有可注性好、固结体堵水能力强、价格低廉的优点。
[0006] 本发明的另一目的是提供与该种材料相配套的注浆工艺。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0008] -种适用于孔隙砂岩的双液注浆材料，由固化剂A和凝胶剂B组成，固化剂A与凝 胶剂B的重量比例为1:0. 8?1. 5 ;固化剂A的重量份比组成为：氯化铁10?20份、氯化 铝4?5. 5份、水70?85份；凝胶剂B的重量份比组成为：水玻璃95?98份、聚乙二醇 1?3份、十二烷基苯磺酸钠0. 3?0. 7份。
[0009] 所述的固化剂A的重量份比组成优选为氯化铁15份、氯化铝5份、水80份。
[0010] 所述的凝胶剂B的重量份比组成优选为水玻璃97. 5份、聚乙二醇2份、十二烷基 苯磺酸钠0. 5份。
[0011] 一种适用于孔隙砂岩双液注浆材料的注浆工艺，包括如下步骤：
[0012] 1)按照固化剂A的成分制成溶液固化剂A ;
[0013] 2)按照凝胶剂B的成分重量配比称取水玻璃、聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠，并 混合均勻；
[0014] 3)在待注浆区域施工注浆钻孔，固化剂A和凝胶剂B的注浆钻孔互相间隔布置；
[0015] 4)连接相关注浆管路和注浆设备，在固化剂A对应的注浆钻孔注入固化剂A，在凝 胶剂B对应的注浆钻孔注入凝胶剂B ;
[0016] 5) A、B两种浆液扩散后相遇并相互反应生成硅凝胶，待凝胶体固结强度达到要求 后注楽结束。
[0017] 在凝胶剂B中，十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇的作用是提高凝胶剂的渗透性和分 散性。在固化剂A中，氯化铁、氯化铝均为强酸弱碱盐，由于强酸弱碱盐的水解反应，固化剂 A溶液呈弱酸性，其反应原理为：
[0018] Fe3++3H20 = Fe (OH) 3+3H+
[0019] A13++3H20 = A1 (OH) 3+3H+
[0020] 在实际注浆过程中，固化剂A和凝胶剂B分别通过各自的注浆钻孔注入孔隙砂岩 地层中，固化剂A和凝胶剂B在孔隙砂岩中均具有较好的渗透性，两种浆液扩散一段时间后 相遇并相互反应生成硅凝胶，硅凝胶充填孔隙砂岩的孔隙形成固结体，从而达到封堵涌水 并加固孔隙砂岩地层的目的。硅凝胶反应原理为：
[0021] 2H.+Si0 广=H2Si03
[0022] 相比于强酸溶液，固化剂A的水解反应不剧烈，生成的氢离子浓度较低，有利于控 制固化剂A与凝胶剂B的反应时间。
[0023] 固化剂A和凝胶剂B通过各自对应的注浆钻孔注入孔隙砂岩地层中，不需要双液 混合器，避免了传统双液注浆易造成注浆管路堵塞的问题。固化剂A和凝胶剂B在相遇之 前各自进行扩散，这与双液混合之后再共同扩散相比，减少了扩散阻力，在相同注浆压力下 能达到更大的浆液扩散范围和围岩加固范围。
[0024] 本发明研究了一种适用于孔隙砂岩的注浆材料及其注浆工艺，解决了目前孔隙砂 岩注浆堵水加固中，传统注浆材料注浆效果不理想的问题。较之孔隙砂岩涌水传统治理方 法和注浆材料，如冻结法，水泥基材料注浆和化学材料注浆等，该材料具有可注性好、渗透 性能好、固结体堵水能力强、价格低廉的优点。
[0025] 本发明的有益效果是：
[0026] 1、采用所述注浆材料及注浆工艺能成功封堵孔隙砂岩涌水，固结体堵水能力强并 具有很好的稳定性。
[0027] 2、固化剂A和凝胶剂B通过各自对应的注浆钻孔注入孔隙砂岩地层中，不需要双 液混合器，避免了传统双液注浆易造成注浆管路堵塞的问题。
[0028] 3、固化剂A和凝胶剂B在相遇之前各自进行扩散，这与双液混合之后再共同扩散 相比，减少了扩散阻力，在相同注浆压力下能达到更大的浆液扩散范围和围岩加固范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为固化剂A和凝胶剂B注浆钻孔布设示意图；
[0030] 图2为注浆加固机理示意图；
[0031] 1、固化剂A注浆钻孔，2、凝胶剂B注浆钻孔，3、注浆加固区域，4、固化剂A，5、凝胶 剂B。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。结合试验条件，选用了与孔隙砂岩 具有相同介质特征的中砂作为被注介质进行注浆模型试验，中砂粒径为〇. 25?0. 5mm且粒 径基本一致。
[0033] 实施例1
[0034] 本实施例所用的适用于孔隙砂岩的双液注浆材料由固化剂A和凝胶剂B组成，固 化剂A中各组份的重量配比为：氯化铁：氯化错：水=15 :5 :80 ;凝胶剂B中各组分的重量 配比为：水玻璃：聚乙二醇：十二烷基苯磺酸钠=97. 5 :2 :0. 5。固化剂A和凝胶剂B的重 量比例为1:1。
[0035] 本实施例的注浆钻孔布置如图1所示，其中包括固化剂A注浆钻孔1和凝胶剂B 注浆钻孔2。本实施例的注浆工艺步骤如下：
[0036] (1):按照固化剂A的成分重量配比称取氯化铁、氯化铝，并搅拌均匀；将搅拌好的 固化剂A中的固体原料混合物与水混合均匀，制成固化剂A溶液；
[0037] (2):按照凝胶剂B的成分重量配比称取水玻璃、聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠， 并混合均匀；
[0038] (3):在待注浆区域施工注浆钻孔，固化剂A和凝胶剂B的注浆钻孔互相间隔布 置；
[0039] (4):连接相关注浆管路和注浆设备，在固化剂A对应的注浆钻孔1注入固化剂A， 在凝胶剂B对应的注浆钻孔2注入凝胶剂B ;
[0040] (5):两种浆液扩散一段时间后相遇并相互反应生成硅凝胶，形成注浆加固区域 3,待凝胶体固结强度达到要求后注浆结束。
[0041] 测量两种反应剂的粘度参数，得固化剂A溶液的粘度为llmPa. s，凝胶剂B的粘度 为 26mPa. s。
[0042] 实施例2
[0043] 本实施例所用的适用于孔隙砂岩的双液注浆材料由固化剂A和凝胶剂B组成，固 化剂A中各组份的重量配比为：氯化铁：氯化铝：水=10. 8 :4. 2 :85 ;凝胶剂B中各组分的 重量配比为：水玻璃：聚乙二醇：十二烷基苯磺酸钠=97 :2. 5 :0. 5。固化剂A和凝胶剂B的 比例为1:1. 2。
[0044] 本实施例的注浆钻孔布置如图1所示，其中包括固化剂A注浆钻孔1和凝胶剂B 注浆钻孔2。本实施例的注浆工艺步骤如下：
[0045] (1):按照固化剂A的成分重量配比称取氯化铁、氯化铝，并搅拌均匀；将搅拌好的 固化剂A中的固体原料混合物与水混合均匀，制成固化剂A溶液；
[0046] (2):按照凝胶剂B的成分重量配比称取水玻璃、聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠， 并混合均匀；
[0047] (3):在待注浆区域施工注浆钻孔，固化剂A和凝胶剂B的注浆钻孔互相间隔布 置；
[0048] (4):连接相关注浆管路和注浆设备，在固化剂A对应的注浆钻孔1注入固化剂A， 在凝胶剂B对应的注浆钻孔2注入凝胶剂B ;
[0049] (5):两种浆液扩散一段时间后相遇并相互反应生成硅凝胶，形成注浆加固区域 3,待凝胶体固结强度达到要求后注浆结束。
[0050] 测量两种反应剂的粘度参数，得固化剂A溶液的粘度为10mPa. s，凝胶剂B的粘度 为 25mPa. s。
[0051] 对原状砂及两个实施例所得到的注浆固砂体进行多组取样并进行强度及渗透性 测试，得砂层加固前后的渗透性及强度参数。
[0052] 表砂层加固前后渗透性及强度参数
[0053]
【权利要求】
1. 一种适用于孔隙砂岩的双液注浆材料，其特征是，由固化剂A和凝胶剂B组成，固化 剂A与凝胶剂B的重量比例为1:0. 8?1. 5,固化剂A的重量份比组成为：氯化铁10?20 份、氯化铝4?5. 5份、水70?85份；凝胶剂B的重量份比组成为：水玻璃95?98份、聚 乙二醇1?3份、十二烷基苯磺酸钠0. 3?0. 7份。
2. 根据权利要求1所述的一种适用于孔隙砂岩的双液注浆材料，其特征是，所述的固 化剂A的重量份比组成为氯化铁15份、氯化铝5份、水80份。
3. 根据权利要求1所述的一种适用于孔隙砂岩的双液注浆材料，其特征是，所述的凝 胶剂B的重量份比组成为水玻璃97. 5份、聚乙二醇2份、十二烷基苯磺酸钠0. 5份。
4. 权利要求1所述的适用于孔隙砂岩双液注浆材料的注浆工艺，其特征是，包括如下 步骤： 1) 按照固化剂A的成分制成溶液固化剂A ; 2) 按照凝胶剂B的成分重量配比称取水玻璃、聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠，并混合 均匀； 3) 在待注浆区域施工注浆钻孔，固化剂A和凝胶剂B的注浆钻孔互相间隔布置； 4) 连接相关注浆管路和注浆设备，在固化剂A对应的注浆钻孔注入固化剂A，在凝胶剂 B对应的注浆钻孔注入凝胶剂B ; 5. A、B两种浆液扩散后相遇并相互反应生成硅凝胶，待凝胶体固结强度达到要求后注 浆结束。
【文档编号】C04B28/26GK104150856SQ201410383523
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】张庆松, 张连震, 张霄, 李志鹏, 王德明, 郑东柱, 赵鹏 申请人:山东大学