(57)【要約】  液体又はガスの流入に対するマトリックス（基質）の透過性を制限する又は低減する方法を提供する。同方法は、地層等の層内に偶発的に存在する空洞や、裂け目、割れ目、開口や孔隙などの通路への液体や気体の流入の制限を含む。同方法は、マトリックスに関係する１以上のパラメータを測定し、測定されたパラメータを参照して、複合構成要素からなる封止用組成物の１以上の構成要素を選択する工程を含む。選択された構成要素を前記通路に導入し、同通路で前記構成要素を硬化又は凝固して封止物を形成する。同方法は、グラウト成分と、グラウト硬化剤とを含む封止用組成物によって通路を封止する。グラウト成分の一部を前記グラウト硬化剤の一部と混合し、混合比率を、グラウト硬化剤に対するグラウト成分の混合割合を、測定したパラメータを参照して選択する。グラウト成分とグラウト硬化剤の混合物を通路内に流入し、硬化剤に対するグラウト成分の混合割合を変更することによって、通路内のグラウト成分の凝固又は硬化の割合を、制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス内の通路内への液体又はガスの流入を制限又は低減させるために前記マトリックスの透過性を制限又は低減する方法であって、前記マトリックスに関係する１以上のパラメータを測定し、測定された前記パラメータを参照して、複合構成要素からなる封止用組成物の１以上の構成要素を選択し、前記封止用組成物の前記構成要素を前記通路に導入し、該通路で前記構成要素を硬化又は凝固して封止物を形成することを特徴とするマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２】
測定されたパラメータが、前記通路内に存在する液体の１以上の特性の測定結果を含むことを特徴とする請求項１に記載の前記マトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項３】
前記液体の特性は、ｐH、温度、鉱物含有量及び塩分含有量の中の１つ以上から選択されることを特徴とする請求項２に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項４】
測定された前記パラメータが、前記マトリックスの液圧パラメータを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項５】
前記液圧パラメータが、流量、マトリックス透過性、ルジオン値又は透水係数の中の１つ以上から選択されることを特徴とする請求項４に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項６】
測定された前記パラメータが、前記マトリックスの空気圧パラメータを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項７】
封止用組成物が、一次注入工程及び同一次注入工程に続く二次注入工程によって通路内に導入されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項８】
前記一次注入工程において、前記通路内の液体又はガスの流れとともに。前記封止用組成物を前記通路内に導入することを特徴とする請求項７に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項９】
前記二次注入工程において、前記液体又はガスの流れに抗して、前記封止用組成物を前記通路内に導入することを特徴とする請求項７又は８に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項１０】
前記封止用組成物の構成要素が前記通路内に導入され、その場で相互に反応することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項１１】
前記封止用組成物の前記構成要素が、それぞれ別個の注入孔から前記通路内に導入されることを特徴とする請求項１０に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項１２】
前記封止用組成物が、ラテックス成分と前記測定されたパラメータを参照して選択された少なくとも１つの追加的添加剤を含むことを特徴とする上記した請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記ラテックス成分が天然ラテックス源に由来することを特徴とする請求項１２に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの追加的添加剤は、天然ラテックスの測定された変化を参照して選択され、前記測定された変化は、少なくとも部分的に季節的変化により発生するものであることを特徴とする請求項１３に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項１５】
前記封止用組成物の前記構成要素は、前記通路内にポンプで導入されることを特徴とする上記した請求項のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項１６】
ポンプ導入圧は、前記マトリックスに関する測定されたパラメータにおける変化に対応して変化することを特徴とする請求項１５に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項１７】
前記封止用組成物は、堀削に先立って地層中に導入されることを特徴とする上記した請求項のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項１８】
グラウト成分と、グラウト硬化剤とを含む封止用組成物によってマトリックス内の通路内への液体又はガスの流れを低減又は制限させるためにマトリックスの透過性を制限又は低減する方法であって、
前記グラウト成分の一部を前記グラウト硬化剤の一部と混合し、前記グラウト硬化剤に対する前記グラウト成分の割合を、前記マトリックスに関する１以上のパラメータを参照して選択し、前記グラウト成分と前記グラウト硬化剤の混合物を前記通路に導入し、そこで硬化又は凝固して封止物を形成し、前記硬化剤に対する前記グラウト成分の混合割合を変更することによって、前記通路内の前記グラウト成分の凝固又は硬化の割合を、制御する又は変更するようにしたことを特徴とするマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項１９】
初期工程では、凝固又は硬化が所定時間だけ遅れて行われるようにしたことを特徴とする請求項１８に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２０】
前記初期工程での遅れた凝固又は硬化に続いて、処理中のマトリックス又は通路内のその場で、前記封止用組成物の硬化又は凝固が比較的速い速度で行われるようにしたことを特徴とする請求項１９に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２１】
前記封止用組成物が硬化又は凝固するのに要する時間を、前記グラウト硬化剤に対する前記グラウト成分の割合を変更することによって遅らせるようにしたことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２２】
前記グラウト成分はラテックスベースであることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２３】
前記グラウト成分はポリマーベースであることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２４】
前記硬化剤は、前記グラウト成分と共に展開し又は前記グラウト成分と反応して、前記グラウト成分を通路内で硬化又は凝固させる薬剤から選ばれることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２５】
硬化剤は、ｐHを低減することができる薬剤から選ばれることを特徴とする請求項１８〜２４のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２６】
前記グラウト成分と前記グラウト硬化剤の混合物が、その場で、反応して酸を生成することによってｐHが低減されることを特徴とする請求項２５に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２７】
水性ラテックス分散液中におけるアルコールからカルボン酸への酸化作用を介して前記ｐHが低減されることを特徴とする請求項２６に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２８】
前記硬化剤は酸化剤であることを特徴とする請求項２２〜２６のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項２９】
前記酸化剤は、過マンガン酸塩及び三酸化クロムの１以上から選択されることを特徴とする請求項２８に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項３０】
前記硬化剤はポリオールであることを特徴とする請求項１８〜２６のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項３１】
前記ポリオールはモノマーポリオールであることを特徴とする請求項３０に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項３２】
前記ポリオールは、エチレングリコール又はグリセロールの１以上であることを特徴とする請求項３０又は３１に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項３３】
前記ポリオールは、ポリマーポリオールであることを特徴とする請求項３０に記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【請求項３４】
前記ポリマーポリオールは、ポリエチレングリコールであることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３４】
前記硬化剤は、ポリオールの脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項１８〜３０のいずれかに記載のマトリックスの透過性を制限又は低減する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地層等の層内に偶発的に存在する空洞や、裂け目、割れ目、開口や孔隙などの通路への液体や気体の流入の制限を含めて、液体又はガスの流入に対するマトリックス（基質）の透過性を制限する又は低減する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンクリートや、岩、土などのマトリックスの透過性を、実質的に封止又は低減しようとする方法が知られている。例えば、裂け目を封止する、又はシャフトの周囲の未固結の砂又は土の透過性を低減するために、鉱山シャフト（通路）の周囲の割れ目、開口空間、孔隙に、標準的なセメントベースの懸濁グラウトを注入し、これによりシャフトへの液体の流入を制限している。
【０００３】
通常、大量のグラウト又は封止用組成物を、封止処理を施工現場に運搬し、水の流入を防ぐための封止が必要な１又は複数の通路に注入している。この注入作業は、通常、グラウトを、ポンプを用いて、１つの又は複数の通路に注入する工程を含む。通常、施工現場へ運搬する前にプレミックスされる封止用組成物は、通路への水の流入を防ぐ又は低減する点においては、しばしば、満足できる結果が得ることができない場合がある。例えば、通路の封止に適した特性を有することで知られるセメントベースのグラウトの注入又は導入は、砂や砂岩などの未固結のマトリックスへの注入作業において行われる場合は、ハイドロフラクチャリング（水圧破砕）を生じるおそれがある。このハイドロフラクチャリングが生じると、マトリックス内にグラウトの縫目が形成され、形成された縫目のいずれかの側に未固結のマトリックスの部分が残ることになる。このような封止用組成物の使用は、マトリックスを通過して、マトリックスを掘削して形成したシャフトに流入する水の勢いをほとんど低減することができない。
【０００４】
プレミックスされたグラウトの使用は、完全に又は確実に正確に硬化時間を制御する又は変更することが困難であるという問題を有する。このことは、公知のプレミックスされたグラウトは、通常、「全用途対応型（１つで全ての用途に対応できる）」封止溶液しか提供できないという点で、不利である。液体の流入を制限するためマトリックスの透過性を制限したい場合に必要とされる条件はきわめて広範囲にわたるため、すべてのタイプの流入問題に対して「全用途対応型の封止溶液」を用いる手法は、本質的に望ましくない。
【０００５】
伝統的に用いられている、プレミックスされたセメントとビチューメンをベースとしたグラウトは、さらに、封止すべき１つの又は複数の通路を十分に通過できないという問題を有する。少なくとも、この問題の一部は、封止用組成物が、必要な深さまで、マトリックスに浸透できないことによる。封止用組成物の硬化率も、また、水の流入を適切に防止するまたは実質的に低減できるか否かに影響する。
【０００６】
例えば、砂層における透過性を低減するためにグラウトを注入する場合、グラウトが、硬化に先立って適切な距離まで地層に浸透できることが望ましい。もし硬化が意図するより早く起こった場合、グラウトは適切にマトリックスを通過できず、水の流入に対して効果的な封止を形成するためのマトリックス中の粒子を十分に凝着できないことになる。
【０００７】
本出願人が先に出願したオーストラリア特許出願に対して付与されたオーストラリア特許ＡＵ739427は、ラテックスを含有する組成物を係るものである。組成物が通路中に進入するにつれて、所定のせん断速度で、組成物の粘度が増大する。本特許は、グラウトがマトリックス内で過度に拡散するのを制御して、グラウトの大部分がマトリックスのターゲットゾーン内に確実に残るようにすることができる一方で、本発明は、通路に導入されたグラウトの硬化時間を制御するある程度一般的な手法を提示しているにすぎない。さらに、本発明では、例えば、特定の必要性や手近な用途の要件を満たすために、グラウトの硬化時間を確実に調整し又は変更することができない。
【０００８】
地層中の掘削穴への水の流入を防止又は制限するもうひとつの公知の方法は、地盤凍結法である。この発明は、しばしば、竪シャフトを構築する際の好適な土壌支持方法である。この方法は、地層の孔隙に本来的に存在する水を利用し、その水を凍結させて結合剤として用い、土又は岩の粒子を融着して、実質的に不透過性を有する固体の塊を生成するものである。地面を凍結する一方で、シャフトの経路の周囲にコンクリート製ライナが通常構築される。
【０００９】
この方法の適切な実施は、特に深い場所におけるこの方法の適切な実施は複雑であり、相当な設備投資を必要とする。凍結及びコンクリート製ライナの構築後は、地面が融解するまでは、コンクリート製ライナは、絶対的な水密性を有する必要がある。もしコンクリート製ライナが水密性を有しない場合は、漏水によって、シャフトのライナの後部におけるマトリックスが分解し、漏れ経路を増大させ、最終的には坑道を水浸しにするおそれがある。特に岩塩坑道は、塩が溶解することによりこの影響を受けやすいことで知られており、坑道はこのような方法で失われてきた。
【００１０】
上記した問題は、ガスの流入を低減又は制限するためにマトリックスの透過性を制限または低減することが望まれる場合にも生じるものであり。また、ガスの流入の場合、上記した問題はより顕著なものとなる。例えば、貯留槽から炭化水素ガスの貯蔵を抽出するための液圧破裂（ハイドロフラクチャリング）オペレーションにおいて、井戸堀の周囲の地層の一部の透過性を制限することによって、望ましくないまたは不利なガスの流れを防止することが望ましい。また、地層中の通路又は孔隙を封止することで、炭化水素ガス又は他のガスをオイル柱及びガス縫目中に封止することが望ましい。このような望ましくないまたは不利なガスの流れを防止又は制限するために地層の透過性を低減する公知の方法は、これまでのところ、殆ど効果がなく、また、確実性もないということがわかっている。ハイドロフラクチャリングなどの方法の確実性がさらに増大しているという事実に鑑み、ガスを地層内に確実に閉じ込め、不適切な領域へのガスの侵入を防ぐことができる方法への要求は増大している。
【００１１】
本発明は、上記した従来技術に係る方法が有する問題を低減するためなされたものであり、その目的は、マトリックス中の通路内へのガス及び／または液体の流入を制限又は低減することを含めて、液体又は／ガスの流入を制限又は低減するためにマトリックスの透過性を制限又は低減する方法を提供することにある。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、地層などのマトリックス中の通路内の液体及び又はガスの流入の透過性を制限する又は低減する方法であって、前記マトリックスに関係する１以上のパラメータを測定し、前記測定されたパラメータを参照して、複合構成要素からなる封止用組成物の１以上の構成要素を選択し、前記封止用組成物の構成要素を、前記封止用組成物が硬化又は凝固して封止を形成する前記通路に導入する方法を提供する。この方法は、通路内の水の流入を制限又は低減するのに、特に適している。
【００１３】
一般に、これらに制限するものではないが、通路は、その内部を液体又はガスが通過すると、漏れや、溢水、及び／又は汚染を生じる場合がある、空洞、断層、裂け目、割れ目又は孔隙の形態をとる。本発明は、特に、マインシャフトや他の同様の通路の周囲の地層における水やガスの流入を制限又は低減するのに適している。ただし、本発明に係る方法はこのような用途になんら限定されるものではない。本発明に係る方法は、構築物や、地下堀削、廃棄物処分場や基礎など、液体又はガスの流入を制限又は低減することが求められるいかなる状況にも同様に適用できる。
【００１４】
特に、本発明に係る方法は、処理が実施される施工現場に特有のパラメータの測定と分析とを、実質的に施工現場での処理時に行うこと含む。好ましくは、この方法は、封止すべき通路内に存在する又は通路を通って流れる液体（通常は水）の質を測定することを含む。理想的には、マトリックス内に存在する液体を採取し分析して、ｐH、温度、鉱物含有量及び塩分等の特性を特定する。そして、通路内の組成物の硬化時間を制御するために、これらの施工現場に特有の測定結果を参照して、添加剤や反応抑制剤等の封止用組成物の構成要素の選択と濃度とが決定される。
【００１５】
本発明の特に好適な例では、本発明に係る方法は、封止用組成物の少なくとも１つの構成要素を測定及び／又は分析し、測定及び／又は分析された少なくとも１つの構成要素を参照して、さらなる構成要素を選択する、追加的工程を含む。特にこの方法は、封止用組成物のラテックス成分の分析を含み、その結果として、１つ以上の添加剤を、ラテックスの変化、特に、主にラテックスが採取できる特定の季節による変化を基にして選択する。
【００１６】
封止用組成物又はグラウトを、処理が実施される場所に施工する前に、好ましくは施工する直前に、マトリックスに特有の施工現場のパラメータを測定し分析する。特に、液圧及び／又は空気圧のパラメータを測定し、分析する。なぜなら、効果的な封止を実現するためには、水又はガスの流れの性質を評価する必要があるからである。これらの測定と分析を実施するため、堀削と地質学的サンプリング手法を用いることができる。前記パラメータには、一連のベースラインのルジオン値を確定し、マトリックス内の透過性部分の全体幅を大体把握するために行う施工現場での透水係数テストと、マトリックス内の１つ又は複数の通路の導水率を確定するための取水着色テストと、流れの条件の存在又は不存在が含まれる。これらの特性によって、封止に必要な封止用組成物の量を推定することができる。この工程は、また、処理が実施される通路に存在する又は流入する水の特性に関するテストも含む。特に、使用すべき封止用組成物の選択に影響する、ｐH、温度、鉱物含有量及び塩分含有量などのパラメータのテストを行う。処理が実施される施工現場における又はその周囲の地層の温度などの、追加的な施工現場の条件も考慮する。
【００１７】
いったん液圧及び／又は空気圧パラメータが決定すると、マトリックスが掘削して注入口を設け、封止用組成物を、注入口を通して、マトリックス内に注入する。
【００１８】
本発明の好適な例では、封止用組成物又はグラウトは、少なくとも１つのラテックスベースの成分と、１以上の追加的に選択された添加剤とを含む。より好ましくは、ラテックスは天然ラテックスである。特に好適な例では、封止用組成物は、ラテックスのエマルジョン又はコロイドと、ラウリン酸又はラウリン酸塩成分と、少なくとも１つの追加的に選択された添加剤とを含む。少なくとも１つの追加的添加剤は、少なくとも部分的に、処理が実施される施工現場で測定されたパラメータを参照して選択される。
【００１９】
しかし、ラテックスベースの封止用組成物は、状況によっては、その使用が適さない場合がある。例えば、地層温度が−５°Cより低くなる可能性がある寒冷な地域では、非ラテックス封止用組成物が選択することができる。特に、地面または施工現場周辺の温度が−１２°C以下になる場合は、非ラテックス封止用組成物を選択することが望ましい。本発明に係る方法は、いかなる特定の種類の封止用組成物にも限定されるものではない旨留意すべきである。
【００２０】
追加的添加剤には、封止用組成物が通路内で硬化を始める前に、組成物の硬化を防止し、処理が実施される施工現場内への組成物の流入を促進するために、凝固又は硬化抑制剤を含ませることができる。制限的ではないが、抑制添加剤の例としては、カチオン界面活性剤などの界面活性剤がある。界面活性剤は、ラテックスが通路に導入されたときに、ラテックスが凝結状態になるのを防止することができる。通路内に存在する水の塩分濃度が高い施工現場、すなわち、水が実質的に塩水である施工現場では、通路内で表面組成物が早期に凝固又は硬化するのを防止するために、通路内の水を抑制添加剤で処理することができる。制限的ではないが、そのような抑制添加剤の例としては、有標製品KTがあり、これはリン酸ナトリウムの混合物を含み、溶剤として通路内に導入されるとき、通路内の封止用組成物の凝固又は硬化を防止又は減速する機能を有する。
また、追加的添加剤として、硬化を引き起こす又は促進する凝固活性剤を含むことができる。制限的ではないが、これらの添加物の例としては、アルカリ性の化合物、すなわち、可塑剤、カルボン剤、ホウ酸塩、ケイ酸塩、水酸化物及びそれらの金属塩を用いることができる。追加的添加剤には還元剤や流動化剤を含むことができる
【００２１】
本発明の特に好適な実施形態では、本発明は、グラウトの初期工程の注入後に、そして選択的に後続のグラウト注入工程に続いて、パラメータの測定と分析を含む。必要であれば、前記パラメータの変化に応じて、封止用組成物の１以上の構成要素を変更することができる。例えば、施工現場への２回目以降の注入に使用される封止用組成物は、マトリックス内における水又はガスの流路の形成又は変化、及び、水又はガスのマトリックス貫流時間に応じて、変更できる。透過性を測定することによって、後続の注入において施工現場に導入されたグラウトの硬化時間を変更又は調整することができる。
【００２２】
好適な態様では、本発明は、注入によって封止用組成物を通路に導入する工程を含む。好ましくは、組成物の構成要素は、封止用組成物が、その場で、効果的に合成されるように、別々に施工現場に導入される。すなわち、封止用組成物は、複合構成要素からなる組成物であり、通路内のその場において、様々な構成要素が混合され互いに反応し合うことになる。
【００２３】
望ましくは、封止用組成物は、適切なポンプ、好ましくは、マルチポートポンプを用いて、施工現場に導入する。このマルチポートポンプの使用によって、それぞれ異なったポンプ孔を通して、それぞれの構成要素を施工現場に導入することができる。好ましくは、ポンプは排水ポンプである。このようなポンプ装置と、組成物の構成要素を別々に導入する能力によって、封止すべき通路への組成物の導入をある程度制御することができることになり、通路内での硬化時間もある程度制御することができるという効果を奏する。特に、可変的圧力で組成物を通路に注入する圧力を変えることができるという効果を奏する。圧力は、施工現場で測定される特定の液圧、空気圧及びケミカルパラメータの変化に応じて選択的に変えることができる。
【００２４】
本発明に係る方法が一次封止用組成物注入工程と二次封止用組成物注入工程を含むことがさらに好ましい。一次封止用組成物注入工程では、封止用組成物を、水の流れと共に通路内に導入するのがより好ましい。二次封止用組成物注入工程では、封止用組成物を、水又はガスの流れに抗して通路に導入することが好ましい。特に水又はガスの流入が停止されてからは、二次封止用組成物注入工程で、封止用組成物を通路に導入するのが好ましい。
【００２５】
このように、本発明は、処理を施す施工現場に導入してからの封止用組成物の硬化時間を制御することができ、封止用組成物の注入点から距離の離れたマトリックス内で遭遇する地層に、組成物を十分浸透させることができるという効果を奏する。
【００２６】
そのような封止を必要とする幾つかの用途では、用途の施工現場における特定のパラメータ又は変量に応じて、組成物の硬化時間を変化させる又は制御する能力を確保しつつ、通路内に単一の組成物を導入することがより便利である場合がある。この観点から、本発明のさらなる態様では、グラウト成分とグラウト硬化剤からなる封止用組成物を用いて、地層（これに限定されない）などのマトリックス内の通路内の液体又はガスの流れを制限又は低減する方法を提供する。この方法では、グラウト成分の一部とグラウト硬化剤の一部を混合し、硬化剤に対するグラウト成分の割合は、マトリックスに関する１以上のパラメータを参照して選択し、化合された(combined)グラウト成分と硬化剤は通路内に導入され、硬化又は凝固して封止物を形成する。これにより、硬化剤に対するグラウト成分の割合を変更することによって前記通路内の前記グラウト成分の硬化の割合を制御又は変更することができる。
【００２７】
望ましくは、封止用組成物の凝固又は硬化は、初期段階では、所定時間遅らされる。その後、封止用組成物は、処理が実施されるマトリックス又は通路内における施工現場で、比較的速く凝固又は硬化する。すなわち、特定の用途に適合させるため、硬化剤に対するグラウト成分の割合を変更することによって、封止用組成物の硬化又は凝固時間を、制御又は変更によって遅らせることができる。
【００２８】
好ましくは、グラウト成分は、ラテックス・エマルジョン、コロイド、又は水性分散液などのラテックスベースのものである。しかし、グラウト成分は、また、ポリマーベースの組成物であってもよい。好ましくは、グラウト成分は、硬化剤との混合が速やかに行われるように水性とする。
【００２９】
硬化剤は、通路内でグラウト成分を硬化又は凝固させるため、グラウト成分と展開又は反応可能な薬剤から選ばれた１以上の成分からなる。この目的を達成するべく、硬化剤は、望ましくは、硬化又は凝固遅延効果を有し、それによって、グラウト成分と硬化剤との化合混合物を、ポンプによる送入、注入、又はその他の適した方法により通路内に導入することができ、通路内に十分な貫通体を形成することができ、液体やガスの流入を制限することができる。
【００３０】
本発明の１例では、硬化剤は、液体のｐHを低減する効果を有する液剤から選択することができる。好ましくは、ｐHの低減は一定の時間にわたって徐々に起こり、その時間は主として硬化剤のグラウト成分の割合に依存する。ｐHは、化合されたグラウト／硬化剤の混合物の、その場での反応により酸が生成されることによって低減させるのが好ましい。ラテックスベースのグラウト成分が使用される場合、水性ラテックス分散液内でのアルコールからカルボン酸への酸化は、次の式に示されるようなｐHを低減する１つの方法である：
R - OH +酸化剤  (R)  R-COOH
【００３１】
この目的を達成するための硬化剤の１つの好適例は酸化剤である。酸化剤は、グラウト成分に添加され、水性グラウト成分の混合されることにより、酸を生じさせるために、使用する。このような硬化剤として使用可能な酸化剤として、過マンガン酸塩及び三酸化クロムがある。しかし、酸化剤は、これらに限定されるものではない。
【００３２】
本発明のさらなる好適な態様としては、ポリオールと呼ばれるクラスのアルコールから選択され、モノマーポリオール、ジオール、トリオール、テトロール又は他のポリマーポリオールがある。非制限的例として、エチレングリコールやグリセリンなどのモノマーポリオール及びポリエチレングリコールなどのポリマーポリオールがある。本発明の特に好適な実施形態では、硬化剤は、ポリオールの脂肪酸エステルである。
【００３３】
試験を行ったところ、大量のグラウト成分に対して少量の硬化剤を混合すると、初期段階では少量の凝固粒子又は硬化粒子が形成されるが、混合物の大部分は液体の形態を維持している。初期段階で形成された凝固粒子又は硬化粒子は、混合物内でのさらなる凝固又は粒子を形成させるためのイニシエータまたは種結晶として機能し、これにより、経時的に混合物のほぼ全てが凝固又は硬化することになる。
【００３４】
硬化剤に対するグラウト成分の割合を、例えば、重量％で変更することで、硬化の割合を制御可能であることが判明した。したがって、グラウト成分は、処理が実施される施工現場またはマトリックスのパラメータを参照して決定された量の硬化剤と化合され、その後、グラウト成分と硬化剤の混合物は通路内に導入され、その特定の用途に最適な割合で、通路内で硬化又は凝固する。
【００３５】
本発明は、採鉱作業において堀削されるようなマインシャフト又はトンネルの堀削に先立ってマトリックスや地層に適用される場合において特に有用である。本発明の有益な効果として、川や帯水層などの大量の水（水の塊）に近接して地層群中に建設されるシャフトやトンネルへの水の流入を有利に防止又は最小限にすることができる。本発明の他の有益な効果として、シャフトやトンネルや、ガスの流出が望ましくない、シャフトやトンネルの周囲の地面中のすべての領域にガスが流入することを最小限にする又は防止することができる。
好適な実施態様の詳細な説明
【００３６】
本発明は、以下の好適な実施形態と具体例の記載及び添付の図面を参照することにより、よりよく理解することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】シャフトの周囲のマトリックスに裂け目又は開口があり、シャフトへの水の流入を防止または最小限とするために封止を必要とするシャフトを含む、地質体の断面図である。
【図２】シャフトへの水の流入を制限する処理を必要とするマトリックスに埋設されたシャフトを内張りする一連のタビングリングの一部分の前面図である。
【図３】内部にマインシャフトが掘削によって形成され、一連の処理に先だって水の流入を制限する処理を必要とする地質体の断面図である。
【図４】本発明によって、マインシャフト内への水の流入を制限するために処理された図３の地質体の断面図である。
【図５】通路内に第１追加的添加剤が導入された、図３の地質体の断面図である。
【図６】封止用組成物の２次注入工程が実施された、図３の地質体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
割れ目又は開口を有し、主に水の流入を防止するため封止を必要とするマインシャフトが掘削された地質体の処理を主体として、以下、本発明を詳細に説明又は例示する。例えば、水は、割れ目又は裂け目の形状の通路を通り、又は水を透過可能な不成層からなるマトリックス層を通り、マインシャフト内に流入する、又は漏れ出す。しかし、本発明はこのような用途に限定されるものではない。本発明に係る方法は、水の流入を停止する又は制限することが望まれる各種状況に十分に効果的に適用できるものであることを理解すべきである。それらの状況とは、以下に限定されないが、深い露天掘りの鉱坑や、地下ダムの封止、地下サイロや掩蔽壕、地階、地下廃棄物保管所、塩鉱、貯水槽やダムへの水の流入などである。本発明に係る方法は、以下に限定されないが、ハイドロフラクチャリング（水圧破砕）作業の結果として形成された地下のひびから不適切に漏出されるガスなどのガスの流入を止める又は制限することが望まれる場合にも同様に適用可能である。
【００３９】
はじめに、図１及び２を参照して説明すると、１０は、マインシャフト１４の周囲の地層であるマトリックスを示す。周囲の岩石内の裂け目や不成層の砂のレンズ中の孔隙を通って水が浸透する。水が、タビングセグメント１８の壁中の割れ目、各タビングセグメント１８の間の裂け目１６、図２に示すような、タビングセグメント１８の背後で、あるコンクリート打ちが終わり、新規なコンクリート打ちが始まり際に形成されるコールドジョイントを通り、シャフト１４内に流入するおそれがある。シャフト１４の構築において、タビング１８はシャフト１４のライナの役割を果たしている。公知のシャフト構築方法では、地層を固定するためにシャフト経路の周囲の地面を凍結させることが典型的である。本例では、本発明に係る方法を有利に適用することで、地面凍結は不必要になり、掘削作業の間にシャフト１４近くの岩石が受けた損傷の修復が可能である。
【００４０】
注入孔２０は、マトリックス内に、シャフト１４内でタビング１８の面の回りを、間隔をあけてタビングセグメント１８を通して形成される。孔はタビング１８の面に対して垂直か、４５度等の角度をなして形成される。効果的な封止を可能にしながらコストを削減するため、必要な注入孔２０の数が最小限となるように、注入孔２０を配置する。この目的のために、注入孔２０は、タビング１８の周囲において、規則的かつほぼ等間隔に配置するのが理想的である。注入孔２０は、シャフト１４を内張りする個々のタビングセグメント１８について、このように形成される。注入孔を形成するためには、必要な深さまで掘削するパーカッシブジャックレッグドリルなど、適切な掘削手段が使用可能である。硬い岩石層ではパーカッシブ掘削が必要となることがある。ロータリ掘削がより好ましく、地層の透過性を増大させる。
【００４１】
封止施工現場に存在する水（施工現場水）のサンプルをシャフト１４内または周囲の少なくとも１つの漏出場所から採取する。ｐH、温度、鉱物含有量及び塩分レベルなどの化学特性を分析するために、同水をテストする。施工現場と施工現場の周囲の地層の温度も測定する。
【００４２】
マトリックス１０の液圧パラメータも決定する必要がある。効果的な封止を得るためには、液圧がかかっている場所の特性と範囲を理解しなければならない。流入水の連結性、透過性、拡散程度等の液圧パラメータを特定するため、トレーサー染料などの、水と同じ流動特性を持つが、シャフト１４と施工現場に対して明確に対比できるように色付けされた適切な染料を各注入孔２０に導入する。シャフト１４への染料の浸透の時間を設定し、目視により評価することで、水の流入の浸透度を特定する。染料が確認されることは、例えば、コンクリート打ちの間に生じるコールドジョイントなど、どこで流入が発生するか、そして、主な水の浸入点はどこにあるかを示す。染料の流量を測定して、染料が特定の割合と圧力で導入された場合の、マトリックス１０内での染料の流動特性を特定する。これにより封止用組成物の溶液の流量がわかり、適切な添加剤をいつ導入するか、どの濃度で導入するかを特定することができる。
【００４３】
施工現場の内部及び施工現場の周囲の水の流れの特性と施工現場の温度だけでなく、地面や水の温度、水のｐH、鉱物含有量および塩分レベルのパラメータを参照することにより、封止用組成物の構成要素と、個々の構成要素の濃度を適切に選択することができる。
【００４４】
隣接した周囲の地層の温度が約−１２℃より低く又は１００℃を超える施工現場では、封止用組成物の構成要素を適宜選択しなければならない。例えば、地温が高すぎる場合は、ラテックスベースの封止用組成物に対してセメントベースの封止用組成物を優先的に選択することが可能である。二つの異なる種類の封止用組成物を組み合わせて使用することも可能である。例えば、セメントベースの封止用組成物は大きな隙間を充填することができ、ラテックスベースの封止用組成物はより小さな割れ目や裂け目を充填することができる。
【００４５】
地層の地質工学的評価、特に水の透過性を参照して、標準セメント又は微小粒子物質（粒子＜３０ミクロン）が使用される。例えば、地層内の通路又は開口のサイズが通常１６０ミクロンより広い場合、その施工現場は標準セメント組成物で処理できる。より小さく、緩慢な浸透の原因となる開口は微小粒子物質を必要とする。望ましいレオロジーおよび硬化特性を得るために、施工現場の測定されたパラメータを参照して、セメントベースの組成物に添加剤と混和剤を添加する。
【００４６】
隣接した周囲の地層の温度が約−１２℃以上で、かつ水の流入浸透テストにより水流状態の存在が示されている施工現場では、オーストラリア特許第７３９４２７号に記載されているような、複合構成要素のラテックスベースのケミカル組成物を使用することが望ましい。それらの含有量は、本明細書の記載内容の一部をなす。
【００４７】
このようなケミカル組成物は、理想的には、重要な又は全体的な構成要素として、ラテックス・エマルジョン又はコロイドを、好ましくは組成物全体の３０％より少なく含む。一般的には、ラテックスをエマルジョン又は水とのコロイド懸濁液で準備する。ラテックスは、天然ラテックスが好適である。天然ラテックスは、意外にも、合成による変化よりも優れた封止能力を有することが判明しているからである。水中のラテックスの濃度は、本発明に係る方法の初期工程で決定されたケミカルパラメータおよび液圧パラメータを参照して選択してよい。
【００４８】
前記した水と施工現場に関する測定液圧パラメータと化学特性を参照して、ラテックス・エマルジョンと組み合わせて、処理が実施される通路に運搬するため、１以上の追加的添加剤が選択される。封止用組成物による封止を必要とする１つの又は複数の通路を通って流れる水に封止用組成物が導入され、封止用組成物は水によって通路を運ばれるので、水は、いったん通路内に導入されると、効果的に封止用組成物中の材料のひとつになる。このため、水の化学的性質を補完するため、又はいったん通路内に導入された封止用組成物に望ましくない効果をもたらす可能性がある化学的特性を改善するために、１以上の追加的添加剤が添加される。
【００４９】
通路内に酸性水が存在する施工現場では、組成物が通路内に導入された際に、封止用組成物の硬化又は凝固が意図するより早く起こる可能性があり、そうすると、組成物は適切にマトリックス１０に浸透できない。水の分析により７より小さいｐH値が示された場合、ｐHをアルカリ性のコンディションに変化させるために反応抑制剤成分を添加する必要がある。このような反応抑制剤は、水のｐHを増大させるために、通常ｐH１０又は１１を超えるアルカリ性水溶液として提供される。これらには、例えば、洗剤やせっけん様の物質に含まれる種類が含まれ、非制限的例として、リン酸ソーダの混合物、又はアルカリ性水酸化カリウム（KOH）を含む、トリポリリン酸塩、有標製品KT（粉末状又は可溶化）がある。酸性またはわずかに酸性の施工現場を処理するにあたり、反応抑制添加剤が、通路内に注入又はポンプで導入され、通路内のその場でラテックス成分と化合させられる。反応抑制添加剤のアルカリ度は水のｐH測定を参照して決定される。
【００５０】
水が特に酸性である施工現場においては、水のｐHを増大させ、これによって通路内における意図するより早い硬化を防止するため、いかなるラテックス成分の導入より先に、界面活性剤の界面活性物質のブレンドであるC４と呼ばれる有標製品（製品コードXTMC4136）などのｐH中性又はアルカリ性の溶液のどちらかをはじめに通路にフラッシュすることが有利である。このような構成要素を通路に導入することで、封止用組成物を通路内にポンプで導入する際の圧力を低減することもできる。この溶液の導入により、マトリックス１０が主として岩石又は土の層であるかどうかに拘わらず封止用組成物の通路内での透過性能を向上できるからである。
【００５１】
逆に、施工現場中にある地下水を排水するために、注入孔２０と交差する透過性形態に酸性フラッシュをすることが役立つ可能性がある。フラッシュ動作は、地層の透過性を向上させることを助長し、いったん導入された封止用組成物がさらによく浸透できるようにする。このフラッシュの目的のためには弱い酸ベースの安定化剤溶液を使用するのが典型的である。しかし、他の種類の希酸を使用することも可能であり、非制限的例としては、塩酸（HCl）がある。酸性溶液を導入することにより、マトリックス１０の地層の透過孔が効果的に開き又は再び開き、マトリックス１０内の透過性形態内の封止用組成物の移動を妨害する可能性のある物質からなる堆積物を効果的に溶解する。
【００５２】
シャフトを大量の塩（塩の塊）に埋設する場合のように、塩の含有量が多い水を有する施工現場では、意図するより早く、通路内で組成物の硬化又は凝固が起こりうる。水の導電性を測定することにより、高い塩分度が測定される場合、上記したような１以上の反応抑制添加剤を導入するのが望ましい。反応抑制添加剤は、通路内の封止用組成物の硬化又は凝固を抑制する働きをする。その代りに、又は、それに加えてラテックス成分を導入するのに先立ち、塩分を低減するために、通路内の水を最初に処理することが有利となる。すなわち、組成物を導入する直前に、地下水を排出するために、通路に水をフラッシュする。
【００５３】
マトリックス１０の特性を参照して選択された構成要素を含む、カスタマイズされた封止用組成物の導入に先立ち、一連のベースラインのルジオン値を確立させ、処理が実施される施工現場の透水形態の全体的な開口幅の示度を得るため、各注入孔２０について水圧テストを行う。このテストにより、透過性形態を効果的に封止し、シャフト１４への液体の侵入と漏出を防ぐために、これらの透過性形態を封止するのに必要と思われる封止用組成物の容量も示される。
【００５４】
複合構成要素組成物を通路に導入する初期工程の間、封止用組成物が地層に最大限に拡がり浸透するように、延長された硬化時間が提供できるように組成物を調合する。封止用組成物が注入孔２０に近すぎるところで硬化するのは望ましくない。なぜなら、追加の組成物を導入可能にするためには、さらに注入孔２０を掘削することが必要になるからである。理想的には、封止用組成物を導入することによって、注入孔２０と、シャフト１４の内張り、この場合はタビング１６の間の距離にほぼ等しい距離にわたる側面のグラウトが形成される。少なくとも、グラウトの拡がりは、シャフト１４の周囲に重なるグラウトシリンダを形成するのに十分なものとする。
【００５５】
通路内、又は通路のネットワーク内への封止用組成物の導入が進むにつれて、より多くの反応促進添加剤を添加することによって、硬化時間が徐々に低減される。これにより、グラウトの拡がりを目的とするエリア内に制限することができる。このエリアは、水の流入を最小限にする又は制限するために封止用組成物の適用を必要とするマトリックス１０の最小限のエリアである。これによって、封止用組成物の浪費と、地層のマトリックス内の不必要な拡散を最小限にする。
【００５６】
グラウト化作業が進むにつれ、硬化した封止用組成物はマトリックスの開いた部分をブロックし、埋めることにより、水の流路と流動時間が変化する。このため、これらの変化に応じて、封止用組成物の硬化時間を変更することが必要となる。そこで、封止用組成物が通路に注入されるに従ってマトリックス１０の液圧パラメータと水の化学特性を測定して、これらの測定値を参照して全体の組成物に変更を加えることが望ましい。もし明白なルジオン値が時間の経過に従って低減しないと判断される場合は、封止用組成物はマトリックスのすき間を埋め続けていることを意味する。すでに注入された封止用組成物の容量を基にして、例えば、より多量の反応促進剤または、同じ量のより濃度が高い反応促進剤を添加することにより、封止用組成物の硬化時間を徐々に短縮していくことができる。もし明白なルジオン値が時間の経過に従って低減すると判断される場合は、封止用組成物が浸透モードにあることを示している。このため、封止用組成物は、硬化時間に変化なく、通路内に導入され続けることができる。しかし、もし測定値から明白なルジオン値が急速に低減していることがわかると、通路内での硬化時間を延長するために封止用組成物の個々の構成要素を調節する。
【００５７】
封止用組成物の注入は、シャフト１４内の最も下位にあるタビングセグメント１８から始まり、次第に上向きに移動する。封止用組成物は、タビングセグメント１８内の次の注入孔２０中に封止用組成物が観察されるまで、第1の注入孔２０の中に注入される。封止用組成物は、周囲全体に処理が実施されるまで、第２の注入孔２０内に導入され、それぞれ次に続く注入孔２０に導入される。その後、封止用組成物の注入は、次のタビングリング１８まで上向きに移動する。しかし、封止用組成物は、タビングリング１８の外周と周囲の地面の間のすき間を埋めることができる限り、どのような特定の順でも注入孔２０に注入することが可能である。
【００５８】
施工現場における測定された液圧パラメータと水の化学特性を参照して、本例の封止用組成物を最低限の圧力で通路内に注入する。周囲のマトリックスのハイドロフラクチャリングの問題を防ぐために、注入圧を低く保つことが望ましい。本例では、注入圧は静水頭の１．２５〜２．５倍を超えないようすることが望ましい。理想的には、注入圧は施工現場のマトリックスの岩石力学に基づき、そして、注入孔２０の深さを参照して決定する。
【００５９】
有利な点としては、反応抑制添加剤をマルチポート排出ポンプによって通路に導入する。ポンプがマルチポートであるという性質から、封止用組成物のそれぞれの構成要素を別々に導入することが可能になるので、通路内のその場だけで、効果的に互いに反応させることができる。封止用組成物の注入は、ゆっくりと徐々に静水頭から最大圧力に増大していくことが望ましい。典型的には、通路内の水が密封されると、圧力は自動的に増大する。必要であれば、そして特に周囲の地層のハイドロフラクチャリングを防ぐために、特定の施工現場の要件に適応するよう、そして、封止用組成物を拡散させるのに必要な注入孔２０からの距離を含む、施工現場特有の測定されたパラメータを参照して、注入圧を調節する。
【００６０】
ラテックス・エマルジョン成分が使用される場合、封止用組成物は、さまざまな注入孔２０を経由して、通路内に流れるまたは存在する水の中に注入される。ラテックス成分が通路内に流れると、撹拌によって少なくとも部分的に活性化され、封止用組成物が凝固して通路内又は通路のネットワーク内で封止物を形成する。もし測定された流動コンディションが例えば、流速が高い場合、例えば、1秒当たり２００Lの流量があることを指し示すと、通路内での凝固及び硬化の割合を増大させるためケミカル反応促進成分を添加する。
【００６１】
施工現場内に封止用組成物が導入され、硬化が始まり、終了する最初の処理工程に続いて、少なくとも第２の処理工程を行うことが非常に望ましい。封止用組成物による施工現場の処理に続いて、しばしば近くの帯水層から水が再び供給され、シャフト１４内への最も抵抗の少ない経路である新たなルートを見つける。水の流路が妨害されたために、シャフト内への新しい漏出が起こりえるので、この漏出に対応しなくてはならない。注入孔の掘削、水の流入の浸透を評価するため適切な染料を使用した施工現場の分析、施工現場の水のケミカル分析という、上記した手順を実行する。これらの測定パラメータを参照して、構成要素の種類と濃度を選択し、実質的に上記した方法で、通路内に導入する。
【００６２】
ここで図３を参照すると、地層１００のマトリックス１０を通って流れる帯水層などの水の塊の下に、マインシャフトなどのトンネル１４１が堀削された地層１００が示されている。トンネル１４１が水浸しにならないように、トンネル１４１への水の流入を停止又は制限しなければならない。本例では、トンネル１４１はオープンな形状であり、トンネル内部と、その大部分が岩とばらばらの岩石を含む不成層地層からなる周囲のマトリックス１０の間には内張りがない。このタイプの形状は、水圧破壊と、潜在的に危険性の高い落石又は土石流の脅威の影響を受けやすい。
【００６３】
前記の例のように、水の取得と染料テストを実施して、マトリックス内にあり、シャフト内への水の流入に寄与している裂け目の透水係数を確立させる。不成層の地層においては、液圧破壊は深刻な問題になりえることがわかっている。水の流入する裂け目の開口部が硬化又は凝固した封止用組成物によっていったん塞がれると、やがて流入は開口の割合が制限されることになり、これによって水の速度は増大し、結果として追加的にマトリックス内に流水による浸食作用がおこることになる。これは、封止用組成物による施工現場の処理が成功した後にも発生しうる。この理由により、本発明が、注入孔２０１を介して封止用組成物を水またはガスの流れとともに通路内に導入する一次注入工程（図４及び５を参照）と、トンネル１４１内への流入が止まった後に、水の流れに抗して封止用組成物を導入する第２工程（図６参照）を有することが望ましい。二つ工程の使用によって、封止用組成物の不透過性カーテンを形成することができるという効果を奏する。
【００６４】
前記の例のように、通路内にどのような封止用組成物を導入する場合にも、それに先行して、その場での透水係数テストを実施する。これにより、一連のベースラインのルジオン値を確立し、マトリックス内の透水携帯のトータルな開口幅の示度を提供する。同様に、ｐH、温度、鉱物含有量と塩分レベルを求めるために施工現場内の水のテストを実施する。
【００６５】
封止用組成物を注入する期間、注入孔２０１に近すぎる場所で封止用組成物が硬化又は凝固することを防ぐためと、堀削内への水の流入を防ぐ効果的なバリアを形成するに十分なくらいの封止用組成物の横への拡がりを得るために、注入が続くにつれて通路内の封止用組成物の硬化時間を短縮させることは有利である。注入開始時、組成物の複合構成要素が導入され、最初にトンネル１４１内を流れ、漏れ出すことが可能となる（図４）。これにより最初の流動時間又は滞留時間を測定することが可能となる。
【００６６】
本発明に係る方法の目的は、実質的に注入孔２０１と透過形態の周囲の間の距離である、封止用組成物の側面への拡がりを達成することにある。また、封止用組成物が注入孔２０１に近すぎる場所で確実に硬化しないようにすることも重要である。封止用組成物が注入孔２０１に近すぎる場所で硬化する場合は、追加的に穴を掘削する必要ができ、望ましくないコストの追加を招くからである。
【００６７】
封止用組成物の硬化時間は、適切な反応促進添加剤をより多量に、又は、より強い反応促進添加剤を導入することによって徐々に短縮させる（図５）。上記したように、その反応促進添加剤のタイプと組成は、施工現場に固有の測定パラメータを参照して選択される。硬化時間は、封止用組成物がもはやマトリックス１００の透過形態を洗い流さず、むしろマトリックス１００内で固まって封止を形成する時点まで短縮される。
【００６８】
任意に、反応促進成分は、別個に設けた注入孔２０１を介して、封止用組成物の１以上の他の構成要素に対して、水流の中に導入することができる。例えば、図５を参照して、ラテックスベースの封止用組成物が採用された例において、ラテックス成分は第1注入孔２０１aを介して水流に導入され、反応促進成分は第2注入孔２０１bを介して導入される。このようなケースでは、ラテックス成分は注入孔２０１aを介して裂け目又は通路内の水流にポンプで導入され、そこで、ラテックス成分は通路内の水流によってトンネル１４１に向かって運ばれる。反応促進剤成分は、注入孔２０１ｂを介して通路に導入され、そこで、下流を流れるラテックス成分と混合される。混合された封止用組成物はその後硬化又は凝固して封止を形成し、トンネル１４１へのさらなる水の流入を防止する。
【００６９】
上述したように、二次注入又は封止工程を実行することが望ましく、この工程は、図６に示すように、水流に抗して導入される。もし二次注入工程で、所与の流量においてさらなる圧力増大がみられない場合は、硬化した組成物がマトリックス内の遠すぎる場所に押しもどされ、封止用組成物が目的の施工現場から遠く離れすぎたところまで浸透し、組成物を浪費しているにすぎないことを意味している。このケースの場合、封止用組成物の硬化時間は、マトリックス内の反応促進添加剤を減らすこと及び／又は、反応抑制剤を増やすことによって徐々に短縮する必要がある。例えば、マトリックス内の組成物のｐHが、酸性ｐHからよりアルカリ性ｐHに移行する。
【００７０】
図６を参照して説明すると、二次注入工程は、任意にさらに注入孔２０１ｃを掘削することによって実行できる。この注入孔２０１ｃは、通路（現在は封止用組成物で封止されている）の上流にある通路と交差する。封止用組成物のラテックス成分を、注入孔２０１aを介してポンプで導入し、下流の部分は封止用組成物で封止されているので、通路内の上流に向かって押し上げられる。反応促進剤成分は、注入孔２０１cを介して通路内にポンプで導入され、そこで、ラテックス成分と混合され、結果として封止用組成物が硬化する。通路内の下流にある封止用組成物を導入して硬化させる一次注入工程は、このため、トンネル１４１内に水の流入を強制するため、封止用組成物の反応性の用途である。封止用組成物が上流に水流に抗って導入される二次工程を介しての封止用組成物の用途は、マトリックスの水の流入による浸食作用と水圧破壊を防ぐ事前処理である。
【００７１】
本発明はまた、掘削する地層の事前処理において特に有益であり、採鉱中に堀削されたマインシャフトへの水の流入を扱う必要がないという利点がある。本発明に係る方法の用途の次の例は、川などの大量の水（水の塊）に近接した地層中に構築されるシャフトへの水の流入を防ぐための堀削前用途に関するものである。この例では、地層はしばしば、かなり大量の破砕砂岩及び不成層の砂層を含むことがある。
【００７２】
施工現場に関する適切な地質工学的情報を取得するために、計画されたシャフトに近接した部分内にパイロットホールを掘削する。このようにサンプルを取得することで、少なくとも地層の地質学的特性を確認することができる。地層が主に砂岩と不成層砂岩からなることがわかった場合は、封止用組成物の構成要素を選択するときには、マトリックスの両方のタイプの特性を考慮する必要がある。
【００７３】
マインシャフトの堀削中に遭遇する垂直又はほぼ垂直の裂け目及び／又は飽和した砂のレンズに対応するため、封止用組成物がいったん注入されると、周囲の層構造の透過性を低減し、後にできるシャフトへの水の流入を最低限にするためには、シャフトの計画された経路の周りにカーテンを構築する必要がある。一連の一次注入孔を、好ましくは計画されたシャフトの周囲の周りに等間隔に、掘削する。望ましくは、一次注入孔は、計画されたシャフトの外側縁からずらして掘削する。一般的には、約8個の一次注入孔を周囲に掘削する。最初の封止用組成物の適用及び後の封止用組成物の適用の有効性を判断するためにさらに多くの二次注入孔を掘削することが望ましい。二次注入孔は一次注入孔のほぼ中間地点に位置させる。計画されたシャフトの深さによって規定された必要な深さまで各注入孔を掘削する。また、用途の様々なステージで圧力グラウチングを可能とするパッカーの挿入に対応できるように各注入孔を掘削する。この目的のためには、適切ないかなるパッカーも採用可能である。例えば、単一の、終端が開口した膨張性のパッカーが適切であるし、又はダブルフィラメントパッカーも適切である。
【００７４】
構成要素の選択と通路内への封止用組成物の導入に先立って、一連のベースラインのルジオン透過性値を確立し、地層内の透水形態の全体的な開口幅の概念を得るため、各注入孔について水圧テストを行う。同様に、ｐH、塩分、鉱物含有量及び温度などのパラメータをテストするために注入孔内の水のサンプルを取得し、分析する。
【００７５】
水のテスト作業に続いて、注入孔とそれに交差する透過形態に、上記したような地下水の測定された化学特性を参照して選択された液体をフラッシュして、地下水と置き換えることができる。施工現場のコンディションに応じて、特に水のｐHに応じて、やや酸性の溶液でフラッシュすることが望ましいこともある。フラッシュ作用は、封止用組成物に適すようにケミカルコンディションを変更することで地層の透過性を向上させ、これによって硬化した封止用組成物の適切なカーテンの形成を補完する。任意に、施工現場の測定パラメータを参照して、洗剤などの、表面活性剤の界面活性剤のブレンドである安定添加剤を、注入孔を介してマトリックスに導入して、本質的に通路内で潤滑剤の役割をすることによって、封止用組成物の透過性を向上させる。
【００７６】
封止用組成物のタイプと濃度は、既出の例に関係して、実質的に上記したように、施工現場とその中を流れる水の測定パラメータを参照して選択される。上記したように、通路への封止用組成物の注入がいったん始められると、実質的に上記したように、例えば、ルジオン透過値の変化を監視し、添加剤を変更することによって組成物の硬化時間を変更するために、注意深い、継続的な評価が必要である。封止用組成物の組立における変更に対する反応時間は、このような用途にはおそらく無視できない。注入孔と封止されえる通路の深さがおそらく非常に深い場合があるからである。そこで、強制的な遮断（十分広がる前に意図したより早く封止用組成物が凝固してしまうこと）及び透過目的ゾーンへのアクセスの喪失を防ぐために組成の変更は緩慢であることが重要である。
【００７７】
また、施工現場に関する測定パラメータを参照して、通路内に組成物の構成要素を導入する圧力を調節することも望ましい。本例では、マトリックスの力学、例えば岩石力学は、水圧破壊などのダメージの原因となることなくマトリックスに封止用組成物を適切に浸透させることができる適切な圧力を大きく決定する。
【００７８】
実質的に上記したように水の流入を防ぐ又は最小限にするためのどの処理の前、処理中かつ／又は処理後に測定された施工現場と施工現場を流れる水の測定パラメータに留意すると、処理が実施される通路の中に単一の組成物を導入することによって、その施工現場の処理をすることが望ましい、又はより便利であることがある。そのような例でも、特に、施工現場の又は施工現場における測定パラメータまたは変数に応じて組成物の硬化時間を変更又は制御する能力を有することが必要である。そのような状況では、本発明の他の実施形態がより適切であり又は便利である。
【００７９】
本実施形態では、封止用組成物は少なくともグラウト成分と硬化剤からなる。封止を必要とする通路に混合物を導入する前に、主要部のグラウト成分をより少ない部の硬化剤と混合する。つまり、混合したグラウト成分と硬化剤を通路に導入し、そこで、混合物は硬化又は凝固して封止を形成する。有利で便利な点としては、通路内で混合物が硬化又は凝固するために必要な時間全体の割合を、硬化剤に混合するグラウト成分の割合を調節することで、制御又は変更することができる。
【００８０】
グラウト成分は、ラテックス・エマルジョン、コロイド又は水性分散液などのラテックスベースのものか、ポリマーベースのグラウト成分のどちらかが使用可能である。どちらの場合でも、硬化剤は実質的にはじめに硬化剤とレディミックスでき、また、化合されたグラウト／硬化剤が、処理が実施される通路に入り、その中を流れていく液体としての動きを用意にするために水溶性である。
【００８１】
硬化剤は施工現場のパラメータとグラウト成分の特定の構成を参照して、選択可能である。硬化剤は、グラウトを展開する又はグラウトと反応して通路内でグラウトを硬化又は凝固させることが可能な組成物又は薬剤であり、最初は硬化又は凝固が遅くなるようにする。これにより、グラウトと硬化剤の化合された液体の混合物を通路内に、ポンプで導入する、注入する又は他の方法で導入することができ（すでに上記したような方法で）、その間に液体の流入の制限を効果的にするためにマトリックスや通路内に十分な浸透を得る。つまり、混合されたグラウト／硬化剤は、マトリックス又は通路のこれらの領域に到達するに十分な時間、液体形状で残存しなければならない。混合物が液体で残存する正確な時間は、上記したような測定された施工現場のパラメータに依存する。マトリックス又は通路内の封止用組成物の浸透の割合もまた、混合物がどれくらいの間液体状態で残存するべきかを決定する要因であり、これは結果として、特定に用途に対する硬化剤を選択する上での決定要因となりえる。理想的には、硬化は、最初は遅らされ、そして前もって決められた時間の後に通路内で封止用組成物が比較的速く硬化するようにする。
【００８２】
特に、封止用組成物がラテックスベースの組成物の場合、硬化剤は、グラウト成分の完全な硬化又は凝固を生じるｐHまで、液体のｐHをある期間をかけて徐々に低減する作用を有する硬化剤から選択するのが望ましい。ラテックスベースの組成物の場合、このｐHは典型的には、約３である。ｐHは、化合されたグラウト／硬化剤の混合物のその場においての酸を生成するという効能によって徐々に低減する。
【００８３】
ある期間にわたってｐHを低減するそのような方法の一つに、硬化剤として酸化剤を使用することがある。酸化剤は、水性のグラウト成分中にその場で酸を生成することが可能である。硬化剤として使用する適切な酸化剤の非限定的な例としては、過マンガン酸塩と三酸化クロムがある。
【００８４】
本発明のこの実施形態は次の非限定的例を参照してさらに説明することができる。
【００８５】
例１：硬化剤としての過マンガン酸カリウムとエタノール
本例では、同容量の過マンガン酸カリウム溶液（４０g／L）とエタノール（硬化剤の役割をする混合物）を、適度に塩分のある水（水の流入を防ぐための処理が必要な地層の多くに存在する水の特性をもつように合成されたもの）に化合させた。この化合液体を６０％のラテックスベースのグラウト成分（登録商標名NOH2Oで販売されている）に加えた。グラウト成分に対する硬化剤の割合は、封止用組成物の凝固／硬化の割合に変化を生じるように調節された。結果を表１に示す。
【表１】
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【００８６】
硬化剤としての過マンガン酸カリウム溶液（４０g／L）とエタノールの組み合わせはグラウト成分と反応して、グラウト成分分散液のｐHを低減することにより、グラウト成分を硬化又は凝固させるのに使用可能である。硬化剤をグラウト成分に添加した結果、混合後約30分でソフトな固体凝固が生じる。
【００８７】
例２：硬化剤としての過マンガン酸カリウムとアルコールと６０％のラテックスベースのグラウト成分
過マンガン酸カリウム溶液とアルコールの組み合わせが、６０％のラテックスベースのグラウト成分（登録商標名NOH2Oで販売されている）を凝固又は硬化させるのに使用された。過マンガン酸塩溶液と組み合わせてエタノールに対して異なるアルコールを使用することにより、凝固の割合を変化させた。例えば、エタノールの代わりに１以上の水酸基（OH）群を有するアルコールを添加することで凝固遅滞時間を変更する又はいったん硬化したグラウトの剛性を増大させることを前提とした。これをテストするために、さまざまな異なる液体ポリオールを過マンガン酸カリウム溶液と化合させ、そして、６０％のラテックスベースのグラウト成分に加えて混合した。このテスト結果を表２に示す。テストされた配合のうち最良の全体的凝固は、過マンガン酸カリウム溶液と組み合わせてエチレングリコールを使用することにより得られる。
【表２】
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【００８８】
例３：硬化剤としての過マンガン酸カリウムと６０％のラテックスベースのグラウト成分
ある範囲の配合の硬化剤としての４０ｇ／L過マンガン酸塩溶液、１重量％から８重量％の配合のものを６０％のラテックスベースのグラウト成分（登録商標名NOH2Oで販売されている）に加え、１０日間硬化／凝固の進行を監視した。表３に示す結果は、６０％のラテックスベースのグラウト成分に混合する場合、ソフト固体を生成するためには４〜８重量％の間の過マンガン酸塩溶液が必要であることを示している。
【表３】
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【００８９】
過マンガン酸塩イオンKMnO4-による有機水酸基群の酸化作用は、酸又は基剤どちらかの存在によって促進させられる。本例で使用されるラテックスベースのグラウト成分の分散液は、アンモニア水溶液によって安定させられ、このためアルカリ性、水酸化物濃度は、過マンガン酸塩による参加の割合において重要である。凝固の割合を緩慢にするため、少量の酸をグラウト成分の分散液に加えて、遊離水酸化物の量を低減することが可能である。これはまた、化合されたグラウト成分と硬化剤の凝固又は硬化の遅延を制御又は変化させるために使用することができる。硬化又は凝固のより長い遅延を達成することで、マトリックスの通路又は孔隙に封止用組成物が浸透して、その中で硬化する能力を増加させる。
【００９０】
例４：グラウト成分に対するポリオール硬化剤のさまざまな割合と凝固／硬化時間への効果
ポリオール硬化剤の割合をさまざまに変化させてときの化合されたグラウト／硬化剤混合物の硬化時間に対する硬化をテストするために試験が行われた。これらのテストでは、ポリオール硬化剤を、多量のグラウト成分（登録商標名NOH2Oで販売されている）の中に撹拌しながらゆっくりと滴下した。加えたポリオール硬化剤の量に応じて、グラウト成分の完全な硬化は、７時間から４８時間の間に得られた。水は、加えた硬化剤の量によっては水を放出する。加えられた硬化剤の容量が大きいほど、放出された水の量は大きい。グラウト成分に対して異なる割合の硬化剤を使用したこれらのテストの結果を表４に示す。
【表４】
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【００９１】
グラウト成分を、容量（割合）をさまざまに変化させたポリオール硬化剤と混合すると、結果的に、混合物中に少数の小さな凝固粒子又は固体粒子を自動的に形成させることになる。最初の混合時には、グラウトの大部分が液体として残存する。
【００９２】
表５：粒度の異なる砂中の化合されたグラウト成分とポリオール硬化剤の透過性
それぞれ異なる粒度分布によって特徴づけられた、異なるタイプの砂で満たされた。チューブの中で透過性テストが実施された。グラウト成分（登録商標名NOH2Oで販売されている）を４％のポリオール硬化剤と混合させ、異なる粒度の砂を含むチューブに導入した。化合されたグラウト／ポリオール硬化剤混合物を各チューブに導入した。小さなチューブ中の化合されたグラウト／ポリオール硬化剤の浸透の結果を表５に示す。
【表５】
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【００９３】
非常に微細な砂粒（＜０.４ｍｍ）と海の砂だけ、完全に浸透しなかったことが確認できるであろう。他のすべてのケースでは、砂粒の間の孔隙の空間は、化合されたグラウト／硬化剤混合物で満たされ、封止された。
【００９４】
本発明を他の実施形態で使用する際、例えば、地層中の水の流入を防ぐ又は制限する際に、少なくともグラウト成分と硬化剤からなる封止用組成物を、使用するために封止用組成物が必要になる前に、一度にプレミックスすることが可能である。硬化剤に対するグラウト成分の割合を適切に変化させることで、硬化又は凝固時間を特定の時間遅らせることを制御できるので、封止用組成物による処理が必要な施工現場への移送に先立って、グラウト成分を適切な量の硬化剤と混合させることができる。施工現場への移送に必要な時間と、通路又はマトリックス内へ封止用組成物を導入する時間と、封止用組成物がマトリックス又は通路内に適切に浸透するために必要な時間を考慮して、硬化時間を適切に遅らせることができる。
【００９５】
混合されたグラウト成分／硬化剤が施工現場にいったん到着すると、実質的には上記したように、予め掘削された注入孔に、注入やポンプでの導入などの、混合されたグラウト成分／硬化剤は、適した手段でマトリックスや通路内に導入することができる。混合時に、硬化剤に対するグラウト成分の割合をさまざまに変化させることで封止用組成物の硬化時間を遅らせる巧みな操作によると、封止用組成物をマトリックス又は通路内に導入し、十分に浸透させることができ、必要とされるように、液体の流入の制限を得る。
【００９６】
当業者にとって明白である変更例及び変容例は、本発明の範囲に属する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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