能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液，其配方是：水溶液中各物質(zhì)的濃度：鈣離子的濃度0～0.8mol/L，乙醇的體積分?jǐn)?shù)8～10%，pH值10～14。本發(fā)明是一種對(duì)紅砂巖的崩解有較好的抑制效果且成本低廉的能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液。
【專(zhuān)利說(shuō)明】能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種冷卻液，特別是涉及一種能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液?！颈尘凹夹g(shù)】
通常所稱(chēng)的“紅砂巖”主要是指侏羅紀(jì)到新近紀(jì)的陸相紅色巖系，巖性為泥巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等，又統(tǒng)稱(chēng)“紅層軟巖”。在天然條件下，紅砂巖的單軸抗壓強(qiáng)度較低，屬軟質(zhì)巖。因其大多為泥質(zhì)膠結(jié)，遇水易軟化、崩解。研究表明，其崩解機(jī)理如下:紅砂巖中黏土礦物、特別是蒙脫石的結(jié)構(gòu)單元層間以氧一氧鍵相聯(lián)結(jié)，鍵力極弱，遇水后具有氧鍵的強(qiáng)極化水分子很容易楔入其中，使其分開(kāi)。與此同時(shí)，其結(jié)構(gòu)單元體中的三價(jià)鋁離子往往為低價(jià)陽(yáng)離子(如鎂離子Mg2+等)所置換，導(dǎo)致八面體淺層面上容易出現(xiàn)多余負(fù)電荷，吸附水中陽(yáng)離子，使極化水分子變?yōu)樗?yáng)離子H30+而進(jìn)入其結(jié)構(gòu)單元層間和水化膜之中，使得層問(wèn)間距及水化膜厚度增大，進(jìn)而造成顆粒體積膨脹。而這種體積膨脹往往是不均勻的，導(dǎo)致巖石內(nèi)部應(yīng)力的不均勻而使得巖石顆粒碎裂；另外，巖石膠結(jié)物會(huì)有部分被水所稀釋、軟化或者溶解。因此，巖石由于失去顆粒間的聯(lián)結(jié)而解體。尤其是若巖石經(jīng)過(guò)反復(fù)的“浸水-失水-浸水”的干濕循環(huán)，巖石顆粒經(jīng)歷往復(fù)的膨脹、收縮，其崩解就會(huì)更加迅速?！綢】
錨固技術(shù)來(lái)在巖土地層加固應(yīng)用廣泛，如邊坡、礦山巷道等【2】。錨桿鉆孔施工中，因?yàn)殂@頭高速旋轉(zhuǎn)與地層摩擦發(fā)熱，會(huì)使鉆頭過(guò)熱，因此在鉆孔過(guò)程中需要冷卻。錨桿鉆孔施工一般采用水作為冷卻液。在紅砂巖地層中進(jìn)行錨桿施工時(shí)，采用水作為冷卻液進(jìn)行鉆孔，雖然能冷卻鉆頭，但是水會(huì)導(dǎo)致紅砂巖在鉆孔過(guò)程中崩解，導(dǎo)致錨桿與地層的摩阻力下降，最終導(dǎo)致錨桿承載力下降，使加固效率降低。因此在紅砂巖地區(qū)進(jìn)行錨桿施工需要既能冷卻鉆頭，又能避免紅砂巖在鉆孔過(guò)程中巖石崩解的冷卻液。
為探尋抑制紅砂巖的崩解，劉曉明【3】等對(duì)I類(lèi)紅砂巖崩解性狀進(jìn)行了崩解實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)紅砂巖在不同化學(xué)成分的崩解液中的崩解程度和性狀不同，各種崩解液中，抑制崩解能力由強(qiáng)到弱依次為Ca(OH)2>CaCl2飽和液>`2.0mol/L的CaCl2、NaCl, MgCl2溶液，即抑制紅砂巖的崩解能力最強(qiáng)的是Ca(OH)2飽和液，其次是CaCl2。
基于現(xiàn)有研究成果，發(fā)明人認(rèn)為研發(fā)在紅砂巖地區(qū)錨桿施工中能抑制、消除紅砂巖崩解的冷卻液不僅技術(shù)上可能，而且工程上應(yīng)用前景廣闊。
由于Ca(OH)2溶解度低，CaCl2溶液效果稍差。發(fā)明人又對(duì)無(wú)機(jī)、有機(jī)，固、液相多種物質(zhì)的溶液進(jìn)行了大量抑制紅砂巖崩解的試驗(yàn)研究，最后得到了對(duì)抑制紅砂巖崩解效果最佳的紅砂巖地區(qū)錨桿施工冷卻液配方。
背景材料:
[0001]吳道祥，劉宏杰，王國(guó)強(qiáng)?紅砂巖崩解性室內(nèi)試驗(yàn)研究，巖石力學(xué)工程學(xué)報(bào)2010年第29卷第A02期
[0002]閏莫明徐禎祥蘇自約.巖土錨固技術(shù).人民交通出版社
[0003]劉曉明，熊力，張亮亮，趙明華.1類(lèi)紅砂巖崩解性抑制措施試驗(yàn)研究，公路交通科技，2011，28 (3):25-29
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種對(duì)紅砂巖的崩解有較好的抑制效果的錨桿鉆孔冷卻液。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液，其配方為:水溶液中各物質(zhì)的濃度:鈣離子的濃度Omol/L~0.8mol/L,乙醇的體積分?jǐn)?shù)8%~10%, PH 值 10 ~14。
優(yōu)選地，乙醇的體積分?jǐn)?shù)10%，鈣離子濃度0.8mol/L, PH值10。
所述的鈣離子是指=CaCl2或Ca(OH)2鹽中的鈣離子。
采用上述技術(shù)方案的冷卻液，對(duì)紅砂巖崩解有較好的抑制效果:實(shí)驗(yàn)表明，乙醇的濃度越高對(duì)紅砂巖的崩解抑制效果越好，但是由于體積分?jǐn)?shù)超過(guò)百分之五十的乙醇溶液能點(diǎn)燃；另一方面，鈣鹽對(duì)抑制紅砂巖崩解也有較好的效果。鑒于百分之十的乙醇溶液不可燃，且抑制效果也較明顯，在其中加入鈣鹽，效果基本能達(dá)到最佳。由于乙醇和鈣離子價(jià)格便宜，便于采購(gòu)、運(yùn)輸和存儲(chǔ)，因此本技術(shù)方案是信價(jià)比最佳的方案。
綜上所述，本發(fā)明是一種對(duì)紅砂巖崩解有較好的抑制效果且成本低廉的能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
圖1是實(shí)施例1的 效果照片。
圖2是實(shí)施例2的效果照片。
圖3是實(shí)施例3的效果照片。
圖4是實(shí)施例4的效果照片。
圖5是實(shí)施例5的效果照片。
圖6是純水冷卻液的效果照片。
【具體實(shí)施方式】
正面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1:
參見(jiàn)圖1，一種能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液，其配方為:水溶液中各物質(zhì)的濃度=CaCl2的鈣離子的濃度0.8mol/L,乙醇的體積分?jǐn)?shù)10%，PH值10。
實(shí)施例2:
參見(jiàn)圖2，一種能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液，其配方為:水溶液中各物質(zhì)的濃度=Ca(OH)2的鈣離子的濃度0.002mol/L,乙醇的體積分?jǐn)?shù)8%，PH值10。
實(shí)施例3:
參見(jiàn)圖3，一種能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液，其配方為:水溶液中各物質(zhì)的濃度:乙醇的體積分?jǐn)?shù)10%，PH值9。
實(shí)施例4:
參見(jiàn)圖4，一種能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液，其配方為:水溶液中各物質(zhì)的濃度=CaCl2的鈣離子的濃度0.4mol/L,乙醇的體積分?jǐn)?shù)9%，PH值8。
實(shí)施例5:
參見(jiàn)圖5，一種能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液，其配方為:水溶液中各物質(zhì)的濃度=Ca(OH)2的鈣離子的濃度0.001mol/L,乙醇的體積分?jǐn)?shù)9%，PH值7。
上述實(shí)施例與圖6所 述的純水冷卻液相比，本發(fā)明提供的冷卻液對(duì)紅砂巖的崩解有較好的抑制效果。
【權(quán)利要求】
1.一種能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液，其特征是:其配方為:水溶液中各物質(zhì)的濃度:鈣離子的濃度Omol/L~0.8mol/L,乙醇的體積分?jǐn)?shù)8%~10%，PH值10~14。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液，其特征是:乙醇的體積分?jǐn)?shù)10%，鈣離子濃度0.8mol/L, PH值10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能抑制紅砂巖地區(qū)錨桿鉆孔崩解的冷卻液，其特征是:所述的鈣離子是指=CaCl2或Ca(OH)2的鈣離子。
【文檔編號(hào)】C09K8/00GK103627373SQ201310653245
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】朱治齊, 劉曉明, 張寨仁, 吳美清, 盧宇潔 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)