專利名稱：一種頂管作業(yè)用頂進(jìn)泥漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地質(zhì)巖石勘探領(lǐng)域用的一種助劑，尤其是一種頂管作業(yè)用頂進(jìn)泥漿。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)用于頂管機(jī)頂進(jìn)、潤(rùn)滑、填充的泥漿，性能單一易污染地下水，泥漿失水后造成地表塌陷。在頂進(jìn)過程中遇到松散地層時(shí)，會(huì)發(fā)生涌水現(xiàn)象或因摩擦阻力過大而無法施工，造成頂管失敗。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)存在的不足。本發(fā)明提供一種頂管作業(yè)用頂進(jìn)泥漿，該泥漿解決了土壓平衡盾構(gòu)頂管機(jī)頂進(jìn)過程中易產(chǎn)生地表塌陷、摩擦阻力過大及造成頂進(jìn)失敗的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是該頂管作業(yè)用頂進(jìn)泥漿包括下列各組分，下列各組分按質(zhì)量百分比計(jì)膨潤(rùn)土6～14％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 0.6～1.1％、羧甲基淀粉醚CMS 0.5～0.9％、潤(rùn)滑劑RH-30～2.5％、高爐礦渣35～60％、氫氧化鈉2.5～6％和磺化單寧酸鉀SKTN0.3～0.8％，余量為水。
本發(fā)明具有如下有益效果本專利是為土壓平衡盾構(gòu)頂管機(jī)設(shè)計(jì)的泥漿，它也適用于泥水平衡盾構(gòu)頂管機(jī)、大型盾構(gòu)機(jī)填充泥漿和其它類型的頂管機(jī)作為頂進(jìn)、潤(rùn)滑、填充用泥漿，同時(shí)具備一般觸變泥漿和硬化泥漿的兩個(gè)特性。上述技術(shù)方案中選擇無毒可生物降解型的水解聚丙烯腈銨鹽NAPN用作降失水劑，其能提高粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性，使粘土顆粒保持多級(jí)分散狀態(tài)，保持體系中細(xì)顆粒的含量，從而形成致密的泥餅，降低濾失量；羧甲基淀粉醚CMS用作降濾失劑，其能吸水后形成囊狀物進(jìn)入泥餅的細(xì)縫中，從而降低泥餅的滲透性；體系潤(rùn)滑劑RH-3無毒可生物降解，潤(rùn)滑劑RH-3可使設(shè)備與地層產(chǎn)生的固-固摩擦改編為活性劑非極性端之間或油膜之間的摩擦，或者通過表面活性劑的非極性端還可以再吸附一層油膜，從而使磨阻力大大降低；高爐礦渣中含有活性組分，活化后可產(chǎn)生一定的抗壓強(qiáng)度，且同時(shí)與水基體系有著良好的配伍性；激活劑可在加入體系后激活固化劑的活性組分，使固化劑產(chǎn)生一定的抗壓強(qiáng)度，體系選定的固化劑為NaOH；降粘劑磺甲基丹寧酸鹽SMT可在粘土顆粒的斷鍵邊緣上形成吸附水化層，削弱粘土顆粒之間的端-面和端-端連接，從而削弱或拆散空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而使體系粘度降低。
本發(fā)明為在松散地層情況條件下，完成大口徑管道的水平定向頂進(jìn)，做技術(shù)保證，且泥漿配方實(shí)用、安全、效果好。解決了外購(gòu)國(guó)外產(chǎn)品或合資產(chǎn)品價(jià)格昂貴的問題；應(yīng)用該泥漿配方可以大大的降低工程成本，提高施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；解決了污染地下水的問題。


圖1是養(yǎng)護(hù)84小時(shí)樣品抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律；圖2養(yǎng)護(hù)180小時(shí)樣品抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明本發(fā)明的制備及使用方法1.將一定比例的膨潤(rùn)土、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN、羧甲基淀粉CMS、高爐礦渣、磺化單寧酸鉀SKTN、潤(rùn)滑劑RH-3和水混合攪拌制作成泥漿，在頂進(jìn)過程可做為一般的觸變泥漿。2.待到需將泥漿硬化時(shí)，注入一定比例的激活劑NaOH，泥漿將在若干時(shí)間內(nèi)硬化，隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加抗壓強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。在頂進(jìn)后可通過預(yù)留注入口，將固化劑NaOH注入變?yōu)橛不酀{。
實(shí)施例1、下面配制三種本發(fā)明泥漿，與鉀銨聚合物泥漿和高膨潤(rùn)土的正電膠泥漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室對(duì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)酀{1、一級(jí)膨潤(rùn)土6％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 0.6％、羧甲基淀粉CMS 0.7％、高爐礦渣35％、磺化單寧酸鉀SKTN 0.8％和余量水混合。
泥漿2、二級(jí)膨潤(rùn)土14％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 1.1％、羧甲基淀粉CMS 0.9％、高爐礦渣50％、潤(rùn)滑劑RH-3 1.5％、磺化單寧酸鉀SKTN 0.5％和余量水混合。
泥漿3、二級(jí)膨潤(rùn)土10％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 0.8％、羧甲基淀粉CMS 0.5％、高爐礦渣60％、潤(rùn)滑劑RH-3 2.5％、磺化單寧酸鉀SKTN 0.3％和余量水混合。
一、抑制性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)1.1滾動(dòng)分散性能評(píng)價(jià)通過滾動(dòng)加熱爐，經(jīng)分散實(shí)驗(yàn)了解鉆井液抑制易水化分散的粘土巖樣的水化分散效果。
實(shí)驗(yàn)具體步驟如下(1)稱取粒度為2-5mm的巖樣50g，放入盛有350ml蒸餾水的高溫罐中；(2)檢查無滲漏時(shí)，將高溫罐放入40℃的滾動(dòng)加熱爐中，滾動(dòng)分散16h后取出；(3)冷卻至室溫，用40目篩在水中篩洗1min，將篩余巖樣于105℃烘干；(4)取出巖樣，室溫下放置內(nèi)24h，稱重。
(5)利用下式計(jì)算巖樣分散回收率R40R40＝m/50×100％式中R40——滾動(dòng)分散回收率(過40目篩)/％；m——過40目篩的巖樣重量/g。
1.2頁巖膨脹實(shí)驗(yàn)利用NP-01A型頁巖膨脹測(cè)試儀，考察巖樣的在不同介質(zhì)中水化膨脹性能。
試驗(yàn)方法如下(1)稱取105℃下烘干的過100目篩的頁巖粉末15g，裝入墊有濾紙的測(cè)筒；(2)將測(cè)桿插入測(cè)筒，在壓力機(jī)上加壓到400Psi，保持5min，制得試驗(yàn)巖芯；(3)接通主機(jī)，把測(cè)桿孔盤插入測(cè)筒內(nèi)，安裝在主機(jī)的兩根連桿之間；(4)調(diào)節(jié)傳感器上的螺母，使數(shù)字顯示初始值為0.00。
(5)將測(cè)試液體小心注入測(cè)筒，使其浸泡樣芯，并開始記錄巖樣的膨脹量。
(6)利用下列公式計(jì)算膨脹率SRSR＝ΔH/L×100％
式中SR——膨脹率/％；ΔH——最大膨脹量/mm；L——巖心初始高度/mm。
1.3抑制性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1)取徐深302嫩四段易膨脹泥巖巖屑分別對(duì)高膨潤(rùn)土的正電膠泥漿、鉀銨聚合物泥漿、泥漿1、泥漿2和泥漿3進(jìn)行熱滾回收實(shí)驗(yàn)，40℃條件下滾動(dòng)24h后，測(cè)得的回收率如下表1泥巖滾動(dòng)回收率對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1

(2)粘土膨脹實(shí)驗(yàn)，取徐深302井嫩四段易水化膨脹巖屑碾碎成粉，烘干過100目篩，取上述鉆井液的濾液進(jìn)行水化實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果見表1。通過實(shí)驗(yàn)看出高膨潤(rùn)土的正電膠泥漿和可硬化聚合物泥漿抑制效果好于鉀銨聚合物泥漿鉆井液，具有較強(qiáng)的抑制能力。
二、潤(rùn)滑性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)潤(rùn)滑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)主要是評(píng)價(jià)所篩選的潤(rùn)滑劑，所篩選評(píng)價(jià)的潤(rùn)滑劑為RH-3，評(píng)價(jià)儀器是青島海通達(dá)所生產(chǎn)NZ-3泥餅粘滯系數(shù)測(cè)定儀器來測(cè)定鉆井液潤(rùn)滑系數(shù)在潤(rùn)滑劑RH-3加量為2％(V/V)的條件下的鉆井液的潤(rùn)滑系數(shù)。
潤(rùn)滑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn) 表2

通過試驗(yàn)評(píng)價(jià)以上三種鉆井液潤(rùn)滑性均較好，潤(rùn)滑劑性能穩(wěn)定，滿足頂管作業(yè)用要求。
三、抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)選用圓柱型模具將100ml泥漿在不同濃度的激活劑氫氧化鈉激活后，緩緩倒入模具中，在模具上要覆蓋濕毛巾起到保濕作用，在室溫條件下，鉆井液體系靜止浸泡84h和180h，然后測(cè)定樣品的抗壓強(qiáng)度度，該實(shí)驗(yàn)主要反映泥漿的抗壓強(qiáng)度隨激活劑氫氧化鈉、時(shí)間、固化劑高爐礦渣含量等因素的變化規(guī)律。
強(qiáng)度對(duì)比實(shí)驗(yàn)表 表3

通過實(shí)驗(yàn)看出可硬化聚合物泥漿抗壓強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)、激活劑含量的增加、固化劑含量的增加等因素抗壓強(qiáng)度均具有增加的趨勢(shì)后，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果為不同施工條件下，現(xiàn)場(chǎng)頂管作業(yè)用泥漿的配方的調(diào)整以及頂管作業(yè)用泥漿所應(yīng)具有的抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
四、頂管作業(yè)用特殊泥漿體系流變性能評(píng)價(jià)利用范氏旋轉(zhuǎn)粘度測(cè)定儀進(jìn)行泥漿常規(guī)流變參數(shù)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，室內(nèi)測(cè)定所研制的泥漿體系以及其他兩種對(duì)比的泥漿體系的流變參數(shù)數(shù)據(jù)，泥漿體系的性能指標(biāo)見下表可硬化頂管泥漿性能表表4

實(shí)施例2、應(yīng)用于哈爾濱磨盤山水庫(kù)供水工程配水管網(wǎng)(第一標(biāo)段)輸水管線穿越獲得成功。
上述實(shí)施例中所用的膨潤(rùn)土為一級(jí)、二級(jí)或一級(jí)安丘土；潤(rùn)滑劑RH-3的成分為多種表面活性劑的復(fù)配物，是由河南省輝縣市航天化工一廠銷售的，棕褐色液體，密度0.85～0.90g/cm3，潤(rùn)滑系數(shù)降低率＞70.0％，pH7～8，性能及用途用于各類水基鉆井液，作防卡潤(rùn)滑劑；水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN型號(hào)為NH4-HPAN，是由聚丙烯腈在高溫高壓下水解而成，外觀為黃色粉末，它是一種新型的鉆井液處理劑，用途及功能1.降低泥漿失水效果，尤其是高壓差失水，2.熱穩(wěn)定性較好，3.泥漿流變特性好，4.具有一定的抑制粘土水化和防塌能力，5.具有較好的防粘卡效果，6.具有一定的抗鹽鈣污染的能力，是由河北華運(yùn)鴻業(yè)化工有限公司售出的；羧甲基淀粉CMS是改性醚類淀粉的一種，通常使用的是它的鈉鹽，所以又稱羧甲基淀粉鈉(CMS-Na)，外觀為白色或微黃色粉末或細(xì)小顆粒，無毒、無味、易溶于水、并形成透明液體，對(duì)光、熱皆穩(wěn)定，它是能溶于水的高分子物質(zhì)，羧甲基淀粉是以小麥、玉米、土豆、紅薯(任何一種均可)等淀粉為原料，經(jīng)物理、化學(xué)反應(yīng)精制而成，是由江西金門科技有限公司銷售的。
權(quán)利要求
1.一種頂管作業(yè)用頂進(jìn)泥漿，其特征在于包括下列各組分，下列各組分按質(zhì)量百分比計(jì)膨潤(rùn)土6～14％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 0.6～1.1％、羧甲基淀粉醚CMS 0.5～0.9％、潤(rùn)滑劑RH-30～2.5％、高爐礦渣35～60％、氫氧化鈉2.5～6％和磺化單寧酸鉀SKTN0.3～0.8％，余量為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂管作業(yè)用頂進(jìn)泥漿，其特征在于膨潤(rùn)土14％、水解聚丙烯腈銨鹽NH4-HPAN 1.1％、羧甲基淀粉CMS 0.9％、高爐礦渣50％、潤(rùn)滑劑RH-3 1.5％、磺化單寧酸鉀SKTN 0.5％、氫氧化鈉5％和余量水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頂管作業(yè)用頂進(jìn)泥漿。該頂管作業(yè)用頂進(jìn)泥漿包括下列各組分，下列各組分按質(zhì)量百分比計(jì)膨潤(rùn)土6～14％、水解聚丙烯腈銨鹽NH
文檔編號(hào)C09K8/18GK1958714SQ20061013768
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日
發(fā)明者王笑月, 徐峰, 劉聰, 劉喜才, 耿曉光, 何恕, 張井民, 李萬寶, 劉玉玲, 李欣 申請(qǐng)人:大慶油田建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司