一種穩(wěn)定組合物及其用于穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法

專利名稱：一種穩(wěn)定組合物及其用于穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為防止塌頂及滲出水等災(zāi)害的可用泵注入地下構(gòu)造的裂紋和裂縫中的穩(wěn)定組合物及其用于穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法。
在采礦中，尤其對(duì)于煤礦或類似礦芷中，通常有一條或多條進(jìn)入坑道或入口通道而到達(dá)要開(kāi)采的煤層或礦層。一種通常使用的方法，叫做長(zhǎng)壁(longwall)法，產(chǎn)品用切割機(jī)或刨煤機(jī)自礦壁上挖出，并用傳送機(jī)或其它方法將其運(yùn)送出來(lái)，該刨煤機(jī)被移送所要求的一定的距離直至煤層。洞穴因開(kāi)采的產(chǎn)品被運(yùn)走而變大，洞頂開(kāi)始塌落到坑道上。這樣，每一次刨煤機(jī)挖去的礦壁部分都得支撐礦頂，并將輸送機(jī)或其它輸送裝置移到新的礦壁或采礦面，而在移動(dòng)刨煤機(jī)行進(jìn)方向上的礦頂則塌落到坑道上。參見(jiàn)Janssen的美國(guó)專利3，892，442中所述的長(zhǎng)壁開(kāi)采法。
已經(jīng)應(yīng)用了許多方法來(lái)預(yù)防地下構(gòu)造的塌頂問(wèn)題。典型地有使用木材框架或巖石插栓而形成支撐結(jié)構(gòu)，以防止與該支撐結(jié)構(gòu)直接接觸的礦頂?shù)乃?。在木材框架的操作中，在坑道的四周用木材支起框架，而制得了支撐結(jié)構(gòu)。在巖石插栓操作中，在地下構(gòu)造中打孔，并在其中使用自固化組合物，而得到緊固插栓。該自固化組合物是由含有樹(shù)脂和催化劑的藥筒提供的。例如Plaisted的美國(guó)專利4，260，699中敘述了聚酯粘合劑系統(tǒng)以及在含有樹(shù)脂和催化劑的藥筒中使用該系統(tǒng)的方法。
然而，上述支撐地下構(gòu)造的方法并不總是可接受的或易實(shí)施的。這樣，用泵注入到地下構(gòu)造裂紋和裂縫中的穩(wěn)定組合物常被用來(lái)穩(wěn)固地下結(jié)構(gòu)。已經(jīng)應(yīng)用了各種各樣的組合物來(lái)穩(wěn)固和加強(qiáng)地下構(gòu)造的頂和壁。已經(jīng)提出了許多的穩(wěn)定系統(tǒng)，由簡(jiǎn)單的基于水泥的系統(tǒng)到復(fù)雜的相當(dāng)昂貴的含有水溶性丙烯酰胺組合物和各種酚醛樹(shù)脂的基于凝膠化的系統(tǒng)。
然而，最穩(wěn)定的組合物并不是商業(yè)是最成功的，優(yōu)先使用的是那些含有便宜的供應(yīng)量充足的成分的，易于注射到結(jié)構(gòu)裂紋和裂縫中的，能使承重墻壁或其它結(jié)構(gòu)變成穩(wěn)固的、堅(jiān)硬的、防水的具有相當(dāng)強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)的，抗收縮的，在短期內(nèi)固化的，但又是可控制時(shí)間量的，并且是惰性和無(wú)毒的，以避免對(duì)操作人員的傷害及對(duì)周圍環(huán)境的污染。
人們已經(jīng)提出了聚酯樹(shù)脂組合物及其它合成樹(shù)脂系統(tǒng)用于灌漿地下構(gòu)造中。例如Brown等人的美國(guó)專利3，091，935和Lundberg等人的美國(guó)專利3，091，936中已提出了使用聚酯灌漿組合物。然而，其中所述的聚酯系統(tǒng)的缺點(diǎn)是對(duì)收縮很敏感，會(huì)導(dǎo)致地下構(gòu)造的災(zāi)難性的失敗。
后來(lái)，使用聚氨酯基的灌漿系統(tǒng)，當(dāng)用泵將該組合物注入坑道的裂紋和裂縫中時(shí)提高了地下礦床的墻壁的承載能力。聚氨酯基的系統(tǒng)提供了所需的穩(wěn)定組合物的必要的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。例如，Muller等人在美國(guó)專利4，965，297中透露了一種加強(qiáng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，其方法是注入一種組合物使其在地下結(jié)構(gòu)中反應(yīng)生成聚氨酯塑料。典型地，這種反應(yīng)混合物是基于多異氰酸酯成分，多元醇成分和各種輔劑及添加劑。
然而，在封閉的地下空間中，基于聚氨酯的系統(tǒng)由于使用大量的異氰酸酯，對(duì)人體健康和安全有很大的危害。本專業(yè)領(lǐng)域的熟悉人員都知道，諸如散發(fā)的有毒或有害的煙霧、灰塵等的危害，特別是在礦床中操作時(shí)，是最麻煩的。這些煙霧、灰塵等必須被控制并從坑道中除去以防止對(duì)礦工的傷害。通常使用排風(fēng)技術(shù)來(lái)控制這種煙霧，使用這種系統(tǒng)的維護(hù)和操作是昂貴的，它需要周密的計(jì)劃以提供合適的空氣流通通道。
總之，現(xiàn)有技術(shù)中的組合物和方法都存在如下的一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)，它包括凝膠和固化速度慢，難于注射到泥土構(gòu)造中，收縮現(xiàn)象，注射和固化期間對(duì)環(huán)境條件敏感，和有危險(xiǎn)發(fā)生。因此，很有必要提供一種改進(jìn)了的穩(wěn)固地下構(gòu)造的穩(wěn)定組合物及方法。
本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，它包括在地下構(gòu)造中注入一種穩(wěn)定組合物，例如，在地下構(gòu)造的裂紋和裂縫中用泵注入一種組合物，它讓其固化來(lái)穩(wěn)固地下構(gòu)造。
在一實(shí)施方案中，本發(fā)明敘述了一種穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，它包括在地下構(gòu)造中注入一種穩(wěn)定組合物，并讓其固化來(lái)穩(wěn)固該結(jié)構(gòu)，其中的穩(wěn)定組合物包含一種不收縮的聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)及一種催化劑。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明敘述了一種穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，它包括在地下構(gòu)造中注入一種穩(wěn)定組合物，并讓其固化來(lái)穩(wěn)固該結(jié)構(gòu)，其中的穩(wěn)定組合物包含一種不收縮的含有熱塑性微球體的合成樹(shù)脂系統(tǒng)。
在另外實(shí)施方案中，本發(fā)明敘述了一種穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，它包括在地下構(gòu)造中注入一種穩(wěn)定組合物，并讓其固化來(lái)穩(wěn)固該結(jié)構(gòu)，其中的穩(wěn)定組合物包含一種沒(méi)有多異氰酸酯的不收縮的合成樹(shù)脂。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種穩(wěn)固地下構(gòu)造(例如礦床)的墻壁用的穩(wěn)定組合物。因此，這里所述的是應(yīng)用于本發(fā)明方法中的穩(wěn)定組合物。
上述的，以及其它的目的、優(yōu)點(diǎn)、特性及發(fā)明方面，經(jīng)下面敘述變得更加明顯，參考本發(fā)明的詳細(xì)敘述及附加的權(quán)利要求可以更加清楚地了解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法包括將穩(wěn)定組合物注入該構(gòu)造的裂紋和裂縫中，優(yōu)選地使用一種“不收縮的”聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)或其它“不收縮的”樹(shù)脂系統(tǒng)，它可在環(huán)境溫度下固化，并在該構(gòu)造中間固化，從而穩(wěn)固該結(jié)構(gòu)。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“穩(wěn)固”是指提高了該結(jié)構(gòu)的墻壁，表面等的承載能力和/或墻壁、表面等的密封能力，從而防止該構(gòu)造的塌頂及其部分或全體的倒塌和/或滲出水和/或各種氣體等逸出或進(jìn)入該構(gòu)造中。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“穩(wěn)定組合物”是指包括適于穩(wěn)固地下結(jié)構(gòu)的一種組合物，例如，一種可提高所述構(gòu)造的墻壁、表面等的承載能力和/或墻壁、表面等密封能力的組合物，它可以用泵注入所說(shuō)構(gòu)造的裂紋和裂縫中(如下所述)。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“可泵注入的”是指使用一種在本領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)常使用的泵注入設(shè)備在加壓下很容易將其注入地下構(gòu)造的裂紋和裂縫的一種組合物。因此，該穩(wěn)定組合物可以應(yīng)用泵將其注入裂紋和裂縫中，并在其中使穩(wěn)定組合物固化。優(yōu)選的是該穩(wěn)定組合物可在21bs/in2的壓力下用泵注入到2-2000英尺處裂紋和裂縫中，更優(yōu)選的是該穩(wěn)定組合物可在21bs/in2下用泵注入到至少100英尺處的裂紋和裂縫中，再優(yōu)選的是在21bs/in2下注入到至少500英尺處，最優(yōu)選的是在21bs/in2下注入到至少1000英尺處。
因此，該穩(wěn)定組合物具有這樣的粘度，在其固化之前適用于本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的輸送穩(wěn)定組合物的設(shè)備，例如通過(guò)噴嘴和噴管而泵注入。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，用于穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法使用了具有如下粘度的穩(wěn)定組合物，其粘度低于30，000厘泊，優(yōu)選低于5，000厘泊，更優(yōu)選低于1，000厘泊，這樣可容易地將組合物用泵注入到地下構(gòu)造的裂縫中。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，本發(fā)明的穩(wěn)定組合物可以使用一種“不收縮的”不飽和聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)，一種催化劑系統(tǒng)和優(yōu)選地一種或多種有機(jī)或無(wú)機(jī)填料。這里使用的詞組“不收縮的”聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)是指這樣的一種不飽和聚酯樹(shù)脂，或者含有不飽和聚酯樹(shù)脂的組合物，它自固化開(kāi)始到結(jié)束的體積百分收縮不大于1%。優(yōu)選的是聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)收縮小于0.5%(體積)，更優(yōu)選的是小于0.1%(體積)，最優(yōu)選的是樹(shù)脂系統(tǒng)不收縮。然而，相當(dāng)?shù)褪湛s率的樹(shù)脂系統(tǒng)，例如收縮率小于1%(體積)的可以使用。
“不收縮的”樹(shù)脂系統(tǒng)可以用膨脹和收縮樹(shù)脂的溫合物來(lái)替代，其中收縮樹(shù)脂的收縮率被膨脹樹(shù)脂的膨脹所補(bǔ)償。因此，這種混合物被包括在術(shù)語(yǔ)“不收縮的”聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)定義內(nèi)，只要這里的聚酯樹(shù)脂及其整個(gè)樹(shù)脂組成的收縮率不大于1%(體積)。除了收縮和膨脹樹(shù)脂系統(tǒng)混合物之外，詞組“不收縮的”聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)包括那些呈現(xiàn)出所需要的低的收縮性能的各種共聚物，三聚物等。
在另一具體實(shí)施方案中，該“不收縮的”樹(shù)脂系統(tǒng)也可包含一種聚酯樹(shù)脂和熱塑性微球體，其使用量足以防止該樹(shù)脂配方在固化過(guò)程中的收縮。關(guān)于這一點(diǎn)，人們已經(jīng)知道合成樹(shù)脂組成物的典型固化過(guò)程是放熱的。在另外實(shí)施方案中，其它“不收縮的”樹(shù)脂系統(tǒng)可以使用，此時(shí)可以存在也可以不存在聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)。也就是說(shuō)，其它所用的樹(shù)脂系統(tǒng)可以使用熱塑性微球體。該系統(tǒng)可包括丙烯酸，環(huán)氧和聚氨酯型系統(tǒng)，它們?cè)诠袒^(guò)程中釋放出足夠的熱量使微球體膨脹。然而，優(yōu)選的是不使用聚氨酯系統(tǒng)。
在上述的每一種情況下，優(yōu)選的是使用沒(méi)有或至少基本上沒(méi)有異氰酸酯的系統(tǒng)。最優(yōu)選的“不收縮的”樹(shù)脂是聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)。
優(yōu)選的“不收縮的”聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)是商品為Polylite 的市售品(Reichhold Chemicals，Inc生產(chǎn))。特別優(yōu)選的樹(shù)脂包括Reichhold's Polylite 31520-05RTM不飽和聚酯樹(shù)脂，它是一種用于液態(tài)混合料/樹(shù)脂轉(zhuǎn)換模制件工藝的樹(shù)脂，適用于低收縮，無(wú)翹曲和/或A級(jí)模制件的場(chǎng)合。表1-3提供了Polylite 31520-05RTM的產(chǎn)品的說(shuō)明，典型固化樹(shù)脂性能和典型的機(jī)械性能，它是由Reichhold在關(guān)于Polylite 31520-05RTM樹(shù)脂的產(chǎn)品公報(bào)中提供的。
表1Polylite 聚酯樹(shù)脂在25℃下的產(chǎn)品說(shuō)明閃點(diǎn),Seta密閉杯,度數(shù)F 89貯存期限,分,月 3%固含量 50-55粘度Brookfield Model LVT, 90-150No. 1 Spindle @ 30rpm,CPS
單體 苯乙烯比重 1.02-1.09室溫,凝膠時(shí)間,77°F 5.0-10.0分總的固化 10.0-25.0分峰值放熱,°F1.25%(重量) 46-750 410-460表2PolyLite
聚酯樹(shù)脂的典型固化樹(shù)脂性能Barcol硬度 ASTM D-2583 35彎曲強(qiáng)度, PSi ASTM D-790-80 8100彎曲模量, ×106PSi ASTM D-790-80 2.8拉伸強(qiáng)度, PSi ASTM D-638-80 4400彎曲模量, ×106PSi ASTM D-638-80 2.4拉伸伸長(zhǎng)率,%斷裂 ASTM D-638-80 2.1熱變形溫度,(264PSi),°F ASTM D-648-72 175表3Polylite
聚酯樹(shù)脂的典型機(jī)械性能Barcol硬度 ASTM D-2483 50彎曲強(qiáng)度, PSi ASTM D-790-80 24,000彎曲模量, PSi×106ASTM D-790-80 1.1拉伸強(qiáng)度, PSi ASTM D-638-80 15,000拉伸伸長(zhǎng)率%斷裂 ASTM D-638-80 1.1IZOD沖擊強(qiáng)度(無(wú)切口的) ASTM D-638-80 19.0適用于本發(fā)明的其它類型的Polylite
型聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)包括Polylite
31520-10，Polylite
31515-05和Polylite
31575-00(各自市場(chǎng)有售，Rcichhold Chemicals，Inc制)。參見(jiàn)待審批的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?7/815，377及其任何的國(guó)外申請(qǐng)付本(如果有的話)。
當(dāng)本發(fā)明中可以使用膨脹樹(shù)脂時(shí)，優(yōu)選的樹(shù)脂混合物或是樹(shù)脂的混合物或是略顯膨脹的單種聚酯樹(shù)脂。如同收縮的情況一樣，穩(wěn)定組合物的膨脹在某些的應(yīng)用中可能是有害的。因此，在某些應(yīng)用中優(yōu)選使用“不膨脹的”聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)。這里使用的詞組“非膨脹的”聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)是指一種從開(kāi)始固化到結(jié)束固化時(shí)體積百分膨脹不超過(guò)1%。事實(shí)上在這些實(shí)施方案中，優(yōu)選的是聚酯樹(shù)脂一點(diǎn)不呈現(xiàn)出膨脹。
在本發(fā)明的另外實(shí)施方案中，可能需要使用一種膨脹樹(shù)脂配方。這樣，膨脹樹(shù)脂配方被包括在“不收縮的”樹(shù)脂的含義內(nèi)。這種樹(shù)脂配方例如可優(yōu)選在該樹(shù)脂配方中使用熱塑性微球體。再有，熱塑性微球體可被用于聚酯，丙烯酸，環(huán)氧和聚氨酯樹(shù)脂系統(tǒng)中，當(dāng)其固化釋放出足夠熱量時(shí)導(dǎo)致微球體的膨脹。優(yōu)選膨脹率在約0%-約10%之間，更優(yōu)選在約2%-約5%。
用于固化聚酯樹(shù)脂配方的催化劑可包括任何已知的適用于聚合“不收縮的”樹(shù)脂系統(tǒng)的化合物。催化劑使用量最好約0.1-5%(wt)之間，優(yōu)選在約0.5-4%(Wt)之間，更優(yōu)選在約1.0-2.0%(wt)之間(基于樹(shù)脂的重量)。
優(yōu)選的用于聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)的催化劑體系包括含有催化體系的有機(jī)過(guò)氧化物。該過(guò)氧化物的例子有苯甲酰過(guò)氧化物，枯基過(guò)氧化新癸酸酯，枯基過(guò)氧化新庚酸酯，雙-(仲-丁基)過(guò)氧化二碳酸酯，雙-(2-乙基己基)過(guò)氧化二碳酸酯，叔-戊基過(guò)氧化新癸酸酯，叔-丁基過(guò)氧化新癸酸酯，叔-戊基過(guò)氧化新庚酸酯，叔-丁基過(guò)氧化新庚酸酯，叔-戊基過(guò)氧化新戊酸酯，叔-丁基過(guò)氧化新戊酸酯，雙-異壬酰過(guò)氧化物，2，5-二甲基-2，5-雙(2-乙基己酰過(guò)氧化)己烷，叔-戊基過(guò)氧化-2-乙基己酸酯，叔-丁基過(guò)氧化-2-乙基己酸酯，過(guò)酸酯/過(guò)縮酮，叔-丁基單過(guò)氧化馬來(lái)酸酯，1，1-雙(叔-戊基過(guò)氧化)環(huán)己烷，1，1-雙(叔-丁基過(guò)氧化)環(huán)己烷，叔-丁基過(guò)氧化-2-乙基己基碳酸酯，叔-丁基過(guò)氧化-2-乙基己基碳酸酯，叔-丁基過(guò)氧化-2-甲基苯甲酸酯，叔-丁基過(guò)氧化巴豆酸酯，叔-戊基過(guò)氧化苯甲酸酯，叔-丁基過(guò)氧化苯甲酸酯，丙酮過(guò)氧化物，二枯基過(guò)氧化物，叔-丁基過(guò)氧化氫，雙-叔-丁基過(guò)氧化物，叔戊基過(guò)氧化氫，枯烯過(guò)氧化氫。優(yōu)選的催化劑包括苯甲酰過(guò)氧化物型催化劑，例如SOPEROX
46-750(購(gòu)自Reichhold Chemicals，Ine)。
由于通常使用的有機(jī)過(guò)氧化物催化劑如同別的催化劑系統(tǒng)一樣在環(huán)境溫度下是穩(wěn)定的，因此優(yōu)選使用一種或多種催化劑加速劑或催化劑促進(jìn)劑。本技術(shù)領(lǐng)域中已知的任何催化劑加速劑或催化劑促進(jìn)劑都可被包括該穩(wěn)定組合物中。它們包括(但不僅限于這些)環(huán)烷酸鈷或辛酸鈷型加速劑，叔胺型促進(jìn)劑，釩加速劑，環(huán)烷酸鎂或辛酸鎂型加速劑，以及季銨鹽型加速劑。優(yōu)選的加速劑使用量在約0.1-5%(重量)之間，優(yōu)選在0.5-4%(重量)之間，更優(yōu)選在1.0-2.0%(重量)之間(基于樹(shù)脂的重量)。
除了“不收縮的”聚酯樹(shù)脂系統(tǒng)或其它“不收縮的”樹(shù)脂系統(tǒng)和催化劑系統(tǒng)之外，本發(fā)明的穩(wěn)定組合物優(yōu)選地包括一種或多種惰性的有機(jī)或無(wú)機(jī)填料。優(yōu)選的填料為碳酸鈣。當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中公知的其它填料，例如砂和玻璃也可使用。在某些實(shí)施方案中，填料的使用量可大于15(重量)%，優(yōu)選大于30(重量)%，更優(yōu)選大于45(重量)%(基于樹(shù)脂的重量)。在另外實(shí)施方案中，填料的使用量可大于50(重量)%，優(yōu)選大于75(重量)%，更優(yōu)選大于100(重量)%，甚至優(yōu)選大于120(重量)%(基于樹(shù)脂的重量)。然而，必須注意的是添加太多的填料會(huì)對(duì)穩(wěn)定組合物的粘度產(chǎn)生不利的影響。使之不適宜于用泵注入地下構(gòu)造的裂縫中。另外，添加太多的填料會(huì)使得該組合物不適用于穩(wěn)固地下構(gòu)造，因?yàn)樗鼘⒉痪哂凶銐虻膹?qiáng)度。當(dāng)然，本專業(yè)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將很容易地確定在本發(fā)明的方法中的填料的使用量。
本發(fā)明的穩(wěn)定組合物也可以包括如下的任何一種添加劑之一，例如液體補(bǔ)充劑，抗凝固劑等。特別優(yōu)選的添加劑包括聚合的抑制劑，粘合促進(jìn)劑和/或潤(rùn)濕劑。
優(yōu)選的聚合抑制劑包括氫輥和叔丁基鄰苯二酚型抑制劑。該穩(wěn)定組合物最好包含抑制劑的用量為約0.01-2(重量)%，優(yōu)選為0.1-1.5(重量)%，更優(yōu)選為0.25-1.0(重量)%(基于樹(shù)脂的重量)。
優(yōu)選的粘合促進(jìn)劑包括有機(jī)硅烷(甲基丙烯酸酯或乙烯基)型促進(jìn)劑。該穩(wěn)定組合物最好包含粘合促進(jìn)劑用量為約0.01-2(重量)%，優(yōu)選為約0.1-1.5(重量)%，更優(yōu)選為約0.25-1.0(重量)%(基于樹(shù)脂的重量)。
優(yōu)選的潤(rùn)濕劑包括聚丙烯酸酯表面活性劑和用甲基聚硅氧烷改性的聚鏈烯基氧化物。該潤(rùn)濕劑最好包含一種抑制劑的量為約0.01-2(重量)%，優(yōu)選為約0.1-1.5(重量)%，更優(yōu)選為約0.25-1.0(重量)%(基于樹(shù)脂的重量)。
上述的典型的本發(fā)明的穩(wěn)定組合物可包含一種穩(wěn)定的有效量的“不收縮的”聚酸樹(shù)脂系統(tǒng)或其它“不收縮的”樹(shù)脂系統(tǒng)，以及基于樹(shù)脂重量的至少20(重量)%的惰性填料，約0.5-5(重量)%的催化劑，約0.5-5(重量)%的催化劑促進(jìn)劑，小于5(重量)%的液體補(bǔ)充劑，小于1(重量)%的抗凝固劑，小于2(重量)%的粘合促進(jìn)劑，小于2(重量)%的潤(rùn)濕劑，小于2(重量)%的抑制劑和小于3(重量)%的水。
如上所述，用于穩(wěn)固地下構(gòu)造的穩(wěn)定組合物可易于用泵將其注入地下構(gòu)造的裂紋和裂縫中。該穩(wěn)定組合物可以雙組分或多組分體系應(yīng)用，各組分在被注入地下構(gòu)造之前于靜態(tài)混合頭中被混合。各種各樣的泵送設(shè)備和工藝是本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所公知的。
一種這樣的工藝過(guò)程包括如在一種混雜煤表面層(在其上有多層含砂頁(yè)巖層)構(gòu)成的坑道頂上打眼。然后用泵將本發(fā)明的穩(wěn)定組合物通過(guò)噴嘴注入孔內(nèi)，直至再也不能注入樹(shù)脂為止，或者該穩(wěn)定組合物開(kāi)始向周圍的孔眼滲透為止。
以下的實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)認(rèn)為以任何方式限制本發(fā)明的范圍，本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員就本發(fā)明觀點(diǎn)來(lái)看這些實(shí)施例及其同等的情況都將是顯而易見(jiàn)的。
在實(shí)施例中有參考強(qiáng)度試驗(yàn)。這些試驗(yàn)用來(lái)提供實(shí)施例中所述的穩(wěn)定組合物的強(qiáng)度指標(biāo)。用于指示實(shí)施例強(qiáng)度的過(guò)程包括在一個(gè)1.5英寸O.D.鋼管的中央放置一個(gè)NO.6線狀變形的增強(qiáng)棒(按ASTM A53，S型，帶有27×3內(nèi)公制螺紋)，將充分混合物的穩(wěn)定組合物注入該鋼管的環(huán)形腔內(nèi)，這樣制得了無(wú)空隙的10英寸化學(xué)固定器。該增強(qiáng)棒比化學(xué)固定器長(zhǎng)幾英寸，這樣負(fù)載設(shè)備可與之接觸。在該穩(wěn)定組合物注入鋼管之后，讓其凝膠固化1小時(shí)。然后加強(qiáng)棒上施以負(fù)荷，通過(guò)測(cè)量在記錄負(fù)荷下的加強(qiáng)棒的位移來(lái)測(cè)試該化學(xué)固定器的強(qiáng)度。將加強(qiáng)棒的總位移減去永久位移而計(jì)算出記錄位移。當(dāng)棒移動(dòng)0.100英寸時(shí)被認(rèn)為化學(xué)固定器斷裂。
對(duì)比實(shí)例1將等量的ELASTOCAST 8000U異氰酸酯和ELASTOCAST 8000U聚氨酯樹(shù)脂(各自購(gòu)自MILES Corp)進(jìn)行混合。使用大約70ml的上述混合物制備4個(gè)強(qiáng)度試驗(yàn)樣品(如上概述)，試驗(yàn)結(jié)果列于表4中。
表4未加填料的聚氨酯組合物的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果1)樣品# 強(qiáng)度(噸)1 10.52 8.53 9.04 -1)四個(gè)試驗(yàn)當(dāng)中之一因?qū)嶒?yàn)設(shè)備的機(jī)械故障而未測(cè)出表4說(shuō)明了按上面概述的試驗(yàn)過(guò)程所得的平均強(qiáng)度約為9.3噸實(shí)施例2含有60g不飽和聚酯樹(shù)脂(Polylite 31520-05，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Inc)，0.6g苯甲酸過(guò)氧化物催化劑(SUPEROX 46-750，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Inc)，和0.6g鈷/胺促進(jìn)劑溶液(PROMOTER SOLUTION 46-558-00，購(gòu)自ReichholdChemicals，Inc)的一種不收縮的穩(wěn)定組合物，通過(guò)在環(huán)境溫度下將該三種組分混合而制得。該組合物在大于60秒鐘的時(shí)間內(nèi)凝膠。該固化產(chǎn)品變白，非常硬，并呈現(xiàn)一些表面裂縫。
實(shí)施例3含有66.7g不飽和聚酯樹(shù)脂(Polylite 31520-05，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Inc，)20.7g滑石，0.8g苯甲酰過(guò)氧化物催化劑(SUPEROX 46-750，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Ine)，和0.7g鈷/胺促進(jìn)劑溶液(PROMOTER SOLUTLON 46-558-00，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Ine)的一種加填料的不收縮的穩(wěn)定組合物，通過(guò)在環(huán)境溫度下將該四種組分混合而制得。該組合物在大于60秒的時(shí)間內(nèi)凝膠。該固化產(chǎn)品變白，非常硬，并且較之對(duì)比例2中制得的組合物呈現(xiàn)出表面裂縫增多。其粘度較之比較例2的組合物無(wú)明顯增加。
實(shí)施例4含有62.6g不飽和聚酯樹(shù)脂(Polylite 315 20-05，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Ine)，30.7g滑石，0.9g苯甲酰過(guò)氧化物催化劑(SUPEROX 46-750，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Ine)和0.9g鈷/胺促進(jìn)劑溶液(PROMOTER SOLUTION46-558-00，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Inc)的一種加填料的不收縮的穩(wěn)定組合物，通過(guò)在環(huán)境溫度下將該四種組分混合而制得。該組合物在40秒鐘內(nèi)凝膠化。固化的產(chǎn)品變白，非常硬，并且較之實(shí)施例3中制得的組合物呈現(xiàn)出表面裂縫增多。其粘度較之例2和例3的組合物有顯著的增加。
例3-4說(shuō)明了不收縮體系可用惰性填料填充。事實(shí)上，例4說(shuō)明了填料可縮短凝膠化時(shí)間。表面裂縫隨著填料的增加而增加，證明了表面裂縫的增加是由于滑石中存在雜質(zhì)而引起的。
實(shí)施例5將不飽和聚酯樹(shù)脂(Polylite
31520-05，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Inc)和基于樹(shù)脂的重量的100(重量)%碳酸鈣(SNOWFLAKE
PE＃10，購(gòu)自ECC American，Inc)，0.5(重量)%聚合抑制劑(10%TBC-叔丁基鄰苯二酚，由Reichhold CHemicals，Inc供應(yīng))1.5(重量)%鈷/胺促進(jìn)劑(PROMOTER SOL U TION'46-558-00，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Ine)和1.5(重量)%催化劑(SUPEROX
46-750)，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Ine)進(jìn)行混合，制備一種加填料的不收縮的穩(wěn)定組合物。將該混合物用于制備如上所述的化學(xué)固定器試樣，并進(jìn)行試驗(yàn)。該組合物在大約12分鐘內(nèi)凝膠化。
實(shí)施例6按照實(shí)施例5制備一種不收縮的穩(wěn)定組合物，但是該聚酯樹(shù)脂(Polylite
31520-05，購(gòu)自Rei chhold Chemicals，Ine)含有一種潤(rùn)濕劑。該組合物在大約24分鐘內(nèi)凝膠化，并呈現(xiàn)出很小的收縮率(＜1%)。
實(shí)施例7按照實(shí)施例5制備一種不收縮的穩(wěn)定組合物，但是該聚酯樹(shù)脂(Polylite
31520-05，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Ine)含有一種粘合促進(jìn)劑(BykA501，購(gòu)自BYKChemie)。該組合物在大約26分鐘內(nèi)凝膠化，并表現(xiàn)出很小的收縮率(＜1%)。
在例5-7中各自制得樣品，并在凝膠化之后讓其固化約1.0小時(shí)。然后根據(jù)上述試驗(yàn)程序?qū)γ總€(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果列于表5中。
表5加了填料的聚酯穩(wěn)定組合物的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果位移,密耳噸例5 例6 例73 24 8 96 92 20 1810 188 48 4312 251 109 111永久位移 218 53 64正如表5上所指出的，含有無(wú)論是含有潤(rùn)濕劑的還是含有粘合促進(jìn)劑的聚酯樹(shù)脂的組合物，較之僅含有聚酯樹(shù)脂的組合物都呈現(xiàn)出改進(jìn)了的強(qiáng)度，即具有較小的位移值。
實(shí)施例8-10重復(fù)例6制備組合物，只是在例8-10中的10%TBC的量分別減少到0.5(重量)%，0.3(重量)%和0(重量)%在實(shí)施例8-10中，該組合物的凝膠化時(shí)間分別為15分鐘、7分鐘和10-15秒。
在例8-10中各自制得樣品，并在其凝膠化之后固化約1.0小時(shí)。然后根據(jù)上述的試驗(yàn)程序?qū)Ω鳂悠愤M(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果列于表6中。
表6加了填料的聚酯穩(wěn)定組合物的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果位移,密耳噸例8 例9 例103 18 10 546 56 20 13610 108 50 23512 149 90 298永久位移 N/A 62 250如表6所指出的，不含有10%TBC的組合物較之含有高達(dá)0.5(重量)%10%TBC的組合物呈現(xiàn)出較差的位移，即較長(zhǎng)的位移。然而，該位移，或沒(méi)有，并非與添加的10%TBC的量直接成比例。就這方面而言，僅含有0.3(重量)%10%TBC的樣品較之含有0.5(重量)%10%TBC的樣品呈現(xiàn)出較優(yōu)的位移。
實(shí)施例11-12
將不飽和聚酯樹(shù)脂(Polylite 31520-05，購(gòu)自Reichhold Chemicals，Inc)與基于樹(shù)脂的如下所述數(shù)量的石灰(其顆粒大小約等于40微米，GBL型石灰，購(gòu)自Franklin Industrial Minerals，Inc)0.25(重量)%抑制劑(10%TBC)，1.5(重量)%促進(jìn)劑溶液(PROMOTER SOLUTION46-558-00)，和1.5%(重量)催化劑(SUPEROX 46-750)進(jìn)行混合，制備一種不收縮的穩(wěn)定組合物。在例11中使用100(重量)%石灰，其結(jié)果組合物的凝膠化時(shí)間約為4分鐘。在例12中使用120(重量)%石灰，其結(jié)果組合物的凝膠化時(shí)間約為4分鐘。
在例11-12中各自制備組合物，并讓其在凝膠化之后固化約1.0小時(shí)。然后根據(jù)上述的試驗(yàn)程序?qū)Ω鳂悠愤M(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列于表7中。
表7加了填料的聚酯穩(wěn)定組合物的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果位移,密耳噸例11 例122)3 22 116 40 2310 65 5112 97 88永久位移 58 54
2)使用BrookfieldTMRV系列粘度計(jì)，帶有＃2心軸，在25℃下，該組合物的粘度為6080CPS(在25rpm下)4730CPS(在5.0rpm下)，3320CPS(在10.0rpm下)。
實(shí)施例13-15將不飽和聚酯樹(shù)脂與基于樹(shù)脂重量的100%(重量)碳酸鈣(SNOWFLAKETMPE＃10)，0.25%(重量)抑制劑(10%TBC)，1.5%(重量)促進(jìn)劑溶液(PROMOTER SOLUTION 46558-00)和1.5%(重量)催化劑(SOPEROX
46-750)進(jìn)行混合，制備一種不收縮的穩(wěn)定組合物。在例13中不飽和聚酯樹(shù)脂(Polylite
31520-05)含有潤(rùn)濕劑。在例14中，不飽和聚酯樹(shù)脂(Polylite
31520-05)含有粘合促進(jìn)劑。在例15中該不飽和聚酯樹(shù)脂含有50/50的例13和例14中樹(shù)脂的摻合物。該組合物的凝膠化時(shí)間分別為約3.5-4分鐘，6分鐘和4分鐘。
在例13-15中各自制得樣品，并在其凝膠化之后固化約1.0小時(shí)。然后根據(jù)上述的試驗(yàn)程序?qū)Ω鳂悠愤M(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果列于表8中。
表8加了填料的聚酯穩(wěn)定組合物的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果位移,密耳噸例13 例14 例153)3 14 9 11
6 25 20 2710 42 51 6312 71 141 113永久位移 40 106 863)使用BrookfieldTMRV系列粘度計(jì)，帶有＃2心軸，在25℃下，該組合物粘度為2110CPS(在5rpm下)，1580CPS(在10rpm下)和1190CPS(在20rpm下)。
實(shí)施例16，17和對(duì)比例18-19將一種樹(shù)脂與基于樹(shù)脂重量的100(重量)%的碳酸鈣(SNOWFLAKETMPE＃10)，0.25(重量)%的抑制劑(10%TBC)，1.5(重量)%促進(jìn)劑溶液(PRMOTERSOLUTION46-558-00)和1.5(重量)%催化劑(SUPEROX
46-750)進(jìn)行混合，制備一種加了填料的穩(wěn)定組合物。在例16和17中，該合成樹(shù)脂是1∶1的兩種不飽和聚酯樹(shù)脂的摻合物，它們各自為Polylite
31520-05，其中之一含有潤(rùn)濕劑。在例18-19中，合成樹(shù)脂是聚氨酯樹(shù)脂(ELASTOCAST
8000U)。在例17和18中，對(duì)鋼管進(jìn)行預(yù)處理，即在管中倒入樹(shù)脂混合物之前讓15毫升的自來(lái)水順壁流下沖洗5分鐘。組合物的凝膠化時(shí)間(例16-19)分別約為4分鐘，7分鐘，1分鐘和1分鐘。
在例16-19中各自制得樣品，并在其凝膠化之后固化約1.0小時(shí)。然后根據(jù)上述的試驗(yàn)程序?qū)Ω鳂悠愤M(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列于表9中。
表9加了填料的合成樹(shù)脂穩(wěn)定組合物的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果位移,密耳噸例16 例17 對(duì)比例184)對(duì)比例193 11 16 - 146 27 25 - 2410 63 48 - 4512 113 90 - 65永久位移 86 51 - 404)樣品在1噸時(shí)斷裂如表9中所指示的，放在用水預(yù)處理過(guò)的鋼管中的聚氨酯組合物過(guò)早地?cái)嗔?，而含有“不收縮的”聚酯樹(shù)脂的穩(wěn)定組合物不會(huì)過(guò)早斷裂。這說(shuō)明了含有“不收縮的”聚酯樹(shù)脂的穩(wěn)定組合物對(duì)水呈現(xiàn)出優(yōu)良的穩(wěn)定性。
本領(lǐng)域中任一個(gè)熟練人員都可以容易地從以上敘述中確定本發(fā)明的基本特點(diǎn)，并且在不違背其精神和離開(kāi)其范圍下對(duì)本發(fā)明作出各種改進(jìn)和變化以適應(yīng)不同的應(yīng)用和條件。因此，這些改進(jìn)和/或變化是適宜的，合理的，并且被規(guī)定在下述權(quán)利要求等效的全部范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，它包括將穩(wěn)定組合物注入地下構(gòu)造中，并讓所說(shuō)組合物固化而穩(wěn)固所說(shuō)的結(jié)構(gòu)，其中所說(shuō)組合物含有不收縮的樹(shù)脂系統(tǒng)和催化劑。
2.一種用于穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，它包括將穩(wěn)定組合物注入地下構(gòu)造中，并讓所說(shuō)組合物固化而穩(wěn)固所說(shuō)的結(jié)構(gòu)，其中所說(shuō)組合物含有不收縮合成樹(shù)脂系統(tǒng)，它含有熱塑性微球體。
3.一種用于穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，它包括將穩(wěn)定組合物注入地下構(gòu)造中，并讓所說(shuō)組合物固化而穩(wěn)固所說(shuō)的結(jié)構(gòu)，其中所說(shuō)組合物含有非異氰酸酯的不收縮的合成樹(shù)脂。
4.一種用于穩(wěn)固地下構(gòu)造的組合物，它含有一種有效穩(wěn)定量的不收縮的聚酯樹(shù)脂，和基于樹(shù)脂重量的至少20(重量)%惰性填料，約0.5-5%(重量)催化劑，約0.5-5(重量)%催化促進(jìn)劑，小于5(重量)%的液體補(bǔ)充劑，小于1(重量)%的抗凝固劑，小于2(重量)%的粘合促進(jìn)劑，小于2(重量)%的潤(rùn)濕劑，小于2(重量)%的抑制劑，和小于3(重量)%的水。
5.權(quán)利要求1所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)的將所說(shuō)穩(wěn)定組合物注入地下構(gòu)造中的步驟包括將所說(shuō)的組合物用泵注入到所說(shuō)的構(gòu)造中。
6.權(quán)利要求5所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)組合物被泵入至少100英尺處的所說(shuō)結(jié)構(gòu)中。
7.權(quán)利要求1所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)穩(wěn)定組合物含有一種或多種惰性填料。
8.權(quán)利要求7所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)填料是碳酸鈣。
9.權(quán)利要求7所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)填料的使用量約15-120(重量)%(基于所說(shuō)樹(shù)脂的重量)。
10.權(quán)利要求1所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)聚酯樹(shù)脂組合物的粘度低于30，000cps。
11.權(quán)利要求10所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)聚酯樹(shù)脂混合物的粘度低于5，000cps。
12.權(quán)利要求1所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)聚酯樹(shù)脂混合物不含多異氰酸酯。
13.權(quán)利要求1所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)穩(wěn)定組合物在注入所說(shuō)地下構(gòu)造中約10秒至約10分鐘的時(shí)間內(nèi)凝膠化。
14.權(quán)利要求1所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)穩(wěn)定組合物在注入所說(shuō)地下構(gòu)造中約1小時(shí)內(nèi)固化。
15.權(quán)利要求5所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)穩(wěn)定組合物應(yīng)含有一種抑制劑，一種粘合促進(jìn)劑和/或一種抗?jié)櫇駝?br> 16.權(quán)利要求15所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)穩(wěn)定組合物含有抑制劑的量約0.01-2(重量)%(基于樹(shù)脂的重量)。
17.權(quán)利要求16所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)穩(wěn)定組合物含有粘合促進(jìn)劑的量約0.01-2(重量)%(基于樹(shù)脂的重量)。
18.權(quán)利要求16所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)穩(wěn)定組合物含有抗?jié)櫇駝┑牧考s0.01-2(重量)%(基于樹(shù)脂的重量)。
19.權(quán)利要求5所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)穩(wěn)定組合物含有一種不收縮的聚酯樹(shù)脂，它含有熱塑性微球體。
20.權(quán)利要求5所述的穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，其中所說(shuō)穩(wěn)定組合物含有有效穩(wěn)定量的不收縮的聚酯樹(shù)脂，和基于樹(shù)脂重量的至少20(重量)%惰性填料，約0.5-5(重量)%催化劑，約0.5-5(重量)%催化促進(jìn)劑，小于5(重量)%的液體補(bǔ)充劑，小于1(重量)%的抗凝固劑，小于2(重量)%的粘合促進(jìn)劑，小于2(重量)%的潤(rùn)濕劑，小于2(重量)%的抑制劑和小于3(重量)%的水。
全文摘要
一種穩(wěn)固地下構(gòu)造的方法，它包括將一種穩(wěn)定組合物注入地下構(gòu)造中，例如用泵將其注入地下構(gòu)造的裂紋和裂縫中，并讓其固化而穩(wěn)固地下構(gòu)造。該穩(wěn)定組合物包括一種不收縮的合成樹(shù)脂，一種催化劑和各種添加劑及填料。
文檔編號(hào)E21D9/00GK1083563SQ9310905
公開(kāi)日1994年3月9日 申請(qǐng)日期1993年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月22日
發(fā)明者P·E·貝利, T·J·謝安, R·R·舍夫那克 申請(qǐng)人:桑德維克公司