Treatment of Water Inrush in Mine Engineering Using a Superabsorbent Polymer: A Case Study of a Limestone Mine, Pingnan, China.

Water inrush is a major geological hazard that threatens the safety of underground engineering projects. Grouting can effectively prevent and control such disasters. This article proposes a new type of super absorbent polymer (SAP) slurry grout and provides a method for its synthesis. The expansion ratio of the material in deionised water is as high as 320 times. We studied the effects of temperature and particle size on the viscosity and degree of segregation with glycerol as the carrier fluid. To ensure good pumping stability, the recommended slurry ratio is SAP: glycerol = 1/3, and the slurry temperature should be maintained at 35 °C. We carried out model tests using a karst-channel water-inrush simulation device. Notably, 217 kg of slurry successfully blocked a 1 m/s gushing flow that was 400 mm wide and 250 mm high. Water-plugging field tests were then conducted at typical flows. The flowing water in the karst channel was transformed into static water with the SAP slurry, and then an ordinary cement slurry was injected to strengthen the stratum. The model- and field-test results both showed the superior water-inrush blocking ability of the SAP slurry. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Resumen: LaLa irrupción de agua es un riesgo geológico importante que amenaza la seguridad de los proyectos de ingeniería subterránea. La inyección de lechada puede prevenir y controlar eficazmente estas catástrofes. Este artículo propone un nuevo tipo de lechada con lodo de un polímero superabsorbente (SAP) y proporciona un método para su síntesis. El índice de expansión del material en agua desionizada llega a ser de 320 veces. Se estudiaron los efectos de la temperatura y el tamaño de las partículas en la viscosidad y el grado de segregación con glicerol como fluido portador. Para garantizar una buena estabilidad de bombeo, la proporción de lechada recomendada es SAP: glicerol=1/3, y la temperatura de la lechada debe mantenerse a 35 °C. Realizamos pruebas con modelos utilizando un dispositivo de simulación de irrupción de agua en un canal cárstico. En particular, 217 kg de lodo bloquearon con éxito un flujo de 1 m/s que tenía 400 mm de ancho y 250 mm de alto. A continuación, se llevaron a cabo pruebas de campo de taponamiento con caudales típicos. El agua que fluía por el canal kárstico se transformó en agua estática con la lechada SAP y, a continuación, se inyectó una lechada de cemento ordinario para reforzar el estrato. Tanto los resultados de los modelos como los de las pruebas sobre el terreno mostraron la superior capacidad de bloqueo de la irrupción de agua de la lechada con lodo de SAP. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Zusammenfassung: Wassereinbrüche sind eine große geologische Gefahr für die Sicherheit von Tiefbauprojekten. Injektionen können solche Katastrophen wirksam verhindern und kontrollieren. In diesem Artikel wird eine neue Art von superabsorbierendem Polymerschlamm (SAP) vorgestellt und eine Methode zu dessen Herstellung beschrieben. Das Expansionsverhältnis des Materials in deionisiertem Wasser beträgt das 320-fache. Die Auswirkungen von Temperatur und Partikelgröße auf die Viskosität und der Grad der Entmischung mit Glycerin als Trägerflüssigkeit wurden untersucht. Für eine gute Pumpstabilität liegt das empfohlene Aufschlämmungs¬verhältnis von SAP : Glycerin = 1 : 3. Die Temperatur der Aufschlämmung sollte bei +35 °C stabil gehalten werden. Mit einem Karstkanal-Wassereinbruch-Simulations¬gerät wurden Modellversuche durchgeführt. 217 kg Schlamm blockierten erfolgreich eine Strömung von 1 m/s, die 400 mm breit und 250 mm hoch war. Anschließend wurden Feldversuche zur Ver¬stopfung bei typischen Durchflüssen durchgeführt. Das fließende Wasser im Karstkanal wurde mit den SAP-Schlämmen gestoppt. Anschließend wurden gewöhnliche Zement¬schlämme zur Ver-stärkung der Schicht injiziert. Die Ergebnisse der Modell- und Feldversuche zeigten, dass die SAP-Schlämme Wasser¬einbrüche erfolg-reich blockieren können. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

摘要：突水是威胁地下工程安全的重大地质灾害，注浆能够有效防治此类灾害。本文提出了一种新型高吸水性聚合物(SAP)浆液，并提供了合成方法。该材料在去离子水中的膨胀倍数高达320倍。我们以甘油为载液，研究了温度和粒径对粘度和偏析程度的影响。为保证良好的泵送稳定性，推荐浆液配比为SAP：甘油= 1 / 3，浆液温度应保持在35℃。值得注意的是，217 kg浆液成功封堵了宽400 mm、高250 mm的1 m / s涌水。然后在典型流量下进行了堵水现场试验。利用SAP浆液将岩溶通道中的流水转化为静水，然后注入普通水泥浆对地层进行加固。模型试验和现场试验结果均表明SAP浆液具有良好的突水封堵能力。 [ABSTRACT FROM AUTHOR]