CN113698165A - 一种封孔材料及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种封孔材料及其使用方法，用以解决现有封孔材料凝结时间长与浆料流动性差的问题。本发明的封孔材料，以重量计，包括：硅酸盐水泥700‑800份；硫铝酸盐水泥熟料80‑100份；速凝剂30‑50份；粉煤灰50‑150份；脱硫石膏50‑100份。本发明提供的封孔材料，适用于囊袋式“两堵一注”瓦斯抽采工艺，凝结时间与浆料流动性可根据使用要求通过调节微硅粉及速凝剂用量进行调整，浆料良好的流动性及触变性能够在短时间内迅速填充孔道及煤层裂缝并迅速凝固，对煤层裂缝具有极好的填充效果；抗压强度大，能够承接在瓦斯抽采过程中煤层一定程度的变动。
Description
技术领域
本发明涉及矿用封孔材料技术领域，尤其涉及一种封孔材料及使用方法。
背景技术
瓦斯作为煤矿生产五大灾害之一，严重制约着煤矿的安全生产，目前煤矿采用的方式主要是瓦斯钻孔抽采。瓦斯抽采效果不理想的原因除了煤层赋存条件复杂、煤层透气性差、抽采工艺不配套等原因外，封孔质量也是决定抽采效率的重要因素之一。
封孔质量的好坏，取决于封孔材料和封孔工艺，而封孔材料的性能更为重要。聚氨酯材料组成成分大多有毒性且成本较高；黏土材料遇水易软化，密封效果较差；水泥封孔材料操作便捷、成本低、来源广、封孔深度大，非常适合作为煤矿瓦斯抽采封孔使用，但存在早期强度低、凝固时间长、易收缩漏气和抗冲击性差等问题。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种封孔材料及其使用方法，用以解决现有封孔材料凝结时间长与浆料流动性差的问题。
一方面，本发明提供了一种封孔材料，以重量计，包括：
硅酸盐水泥700-800份；
硫铝酸盐水泥熟料80-100份；
速凝剂30-50份；
粉煤灰50-150份；
脱硫石膏50-100份。
进一步地，所述速凝剂，以质量分数计，包括：聚合氯化铝60％、聚合硫酸铝10％、硫酸钠14％、碳酸钠5.5％、羧甲基纤维素钠2.5％和半水石膏8％。
进一步地，所述聚合氯化铝中的Cl含量为46.01％，Al2O3含量为35.17％，CaO含量为13.05％，SiO2含量为2.43％，Fe2O3含量为2.25％，以质量分数计。
进一步地，所述硅酸盐水泥的标号为42.5。
进一步地，所述硫铝酸盐水泥熟料的比表面积为500m2/kg。
进一步地，所述粉煤灰为燃煤工业企业从烟气中捕集的工业固废；
所述粉煤灰包括活性SiO2、活性Al2O3和游离CaO，所述游离CaO含量不低于10％。
进一步地，所述粉煤灰的粒径≤2μm，且粒径≤1μm的粉煤灰占所述粉煤灰的总量的百分率不低于50％。
进一步地，所述脱硫石膏是燃煤工业企业在治理烟气中的二氧化硫后得到的工业副产物，且硫酸钙含量≥90％。
进一步地，所述脱落石膏的比表面积为400m2/kg。
另一方面，本发明提供了一种封孔材料的使用方法，将上述的封孔材料与水以1:(1～1.5)的比例混合，搅拌形成浆料后泵送注浆使用。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)本发明将粉煤灰、脱硫石膏等应用于封孔材料，实现了工业固废的无害化综合利用；
(2)本发明提供的封孔材料，主要原料采用了成本较低的硅酸盐水泥，与主要原料为硫铝酸盐水泥的封孔材料相比，大大降低了材料成本，避免了硫铝酸盐水泥后期强度发生倒缩的情况，同时实现了工业固废的无害化综合利用；
(3)本发明提供的封孔材料，适用于囊袋式“两堵一注”瓦斯抽采工艺，凝结时间与浆料流动性可根据使用要求通过调节微硅粉及速凝剂用量进行调整，浆料流良好的流动性及触变性能够在短时间内迅速填充孔道及煤层裂缝并迅速凝固，对煤层裂缝具有极好的填充效果；抗压强度大，能够承接在瓦斯抽采过程中煤层一定程度的变动；
(4)本发明的封孔材料及使用方法，能够实现封堵深度大、封孔密实、流动性可调、能够根据较好封堵煤层微小缝隙等技术要求。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书中所特别指出的内容来实现和获得。
具体实施方式
本发明的实施例用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供了一种封孔材料，用作煤矿瓦斯抽采封孔时的材料，包括以下组分(以重量计)：
硅酸盐水泥700-800份；
硫铝酸盐水泥熟料80-100份；
速凝剂30-50份；
粉煤灰50-150份；
脱硫石膏50-100份。
其中，所述速凝剂包括(以质量分数计)：聚合氯化铝60％、聚合硫酸铝10％、硫酸钠14％、碳酸钠5.5％、羧甲基纤维素钠2.5％和半水石膏8％，这些组分混合后使用。具体地，聚合氯化铝及聚合硫酸铝能够提高凝胶的胶凝能力，提高水泥水化程度；碳酸钠通过消耗氢氧化钙形成碳酸钙和C-S-H凝胶，促进硅酸钙及铝酸钙的溶解和水化；硫酸钠能够加速粉煤灰的“火山灰反应”，从而加速硅酸钙与铝酸钙的水化，羧甲基纤维素能够吸收自由水，浆料增加粘聚性；半水石膏是通过遇水迅速析出二水石膏而起到速凝作用。
速凝剂中的聚合氯化铝中的Cl含量为46.01％，Al2O3含量为35.17％，CaO含量为13.05％，SiO2含量为2.43％，Fe2O3含量为2.25％，以质量分数计，聚合氯化铝为工业级。
硅酸盐水泥的标号为42.5。
硫铝酸盐水泥熟料，比表面积为500m2/kg，通过购买获得(本实施例中的由金源工程材料有限公司购得)，其主要成分包括：CaO(含量为43.42％)、Al2O3(含量为32.77％)、SiO2(含量为11.02％)、SO3(含量为6.47％)和Fe2O3(含量为3.24％)，以质量分数计。
粉煤灰为燃煤工业企业从烟气中捕集的工业固废，主要成分包括活性SiO2、活性Al2O3和游离CaO，其中CaO含量不低于10％。粉煤灰部分代替水泥起到一定稀释作用，降低反应体系中的碱度，能生成水化硅酸钙，提高封孔材料的密实度。具体地，粉煤灰的粒径≤2μm，且其中粒径≤1μm的粉煤灰占所述粉煤灰的总量不低于50％。
脱硫石膏是燃煤工业企业在治理烟气中的二氧化硫后得到的工业副产物，硫酸钙含量≥90％，粉磨至比表面积为400m2/kg后使用。
瓦斯抽采工艺为囊袋式“两堵一注”水泥砂浆技术，囊袋与封孔部分为同一种封孔材料。
囊袋式封孔装置的封孔原理是利用注浆管向囊袋注浆，囊袋膨胀后，囊袋与钻孔壁紧密接触，当注浆压力超过注浆嘴的开启压力时，注浆嘴向两个囊袋之间的空隙注浆，浆液进入囊袋与钻孔壁的缝隙以及钻孔周边一定深度的煤体裂隙，从而实现抽采钻孔的封孔。
本发明还提供了上述封孔材料的制备方法：将所述原料分别按比例混合，搅拌均匀，分别包装储存，得到所述封孔材料。
本发明还提供了上述封孔材料的使用方法：将封孔材料与水以1：(1～1.5)的比例混合，搅拌形成浆料后泵送注浆使用。
实施例1
一种封孔材料包含以下组分(以重量计)：硅酸盐水泥700份，硫铝酸盐水泥熟料100份，速凝剂50份，粉煤灰150份，脱硫石膏100份。
将上述原料中的各组分按比例混合，搅拌均匀，与水按照质量比1:1的比例进行混合，搅拌均匀后注浆使用。
实施例2
一种封孔材料包含以下组分(以重量计)：硅酸盐水泥800份，硫铝酸盐水泥熟料80份，速凝剂50份，粉煤灰150份，脱硫石膏100份。
将上述原料中的各组分按比例混合，搅拌均匀，与水按照质量比1:1的比例进行混合，搅拌均匀后注浆使用。
实施例3
一种封孔材料包含以下组分(以重量计)：硅酸盐水泥800份，硫铝酸盐水泥熟料100份，速凝剂30份，粉煤灰150份，脱硫石膏100份。
将上述原料中的各组分按比例混合，搅拌均匀，与水按照质量比1:1.5的比例进行混合，搅拌均匀后注浆使用。
实施例4
一种孔材料包含以下组分(以重量计)：硅酸盐水泥800份，硫铝酸盐水泥熟料100份，速凝剂50份，粉煤灰50份，脱硫石膏100份。
将上述原料中的各组分按比例混合，搅拌均匀，与水按照质量比1:1的比例进行混合，搅拌均匀后注浆使用。
实施例5
一种凝封孔材料包含以下组分(以重量计)：硅酸盐水泥800份，硫铝酸盐水泥熟料100份，速凝剂50份，粉煤灰150份，脱硫石膏50份。
将上述原料中的各组分按比例混合，搅拌均匀，与水按照质量比1:1的比例进行混合，搅拌均匀后注浆使用。
上述实施例1～5所得材料性能如下：
本发明提供的封孔材料流动度高，能够实现远距离输送，初凝时间在30～60min内，封孔24h抗压强度大于2MPa，能够实施钻孔抽采，后期抗压强度可达10MPa，对煤层松动有一定的支撑作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种封孔材料，其特征在于，以重量计，包括：
硅酸盐水泥700-800份；
硫铝酸盐水泥熟料80-100份；
速凝剂30-50份；
粉煤灰50-150份；
脱硫石膏50-100份。
2.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述速凝剂，以质量分数计，包括：聚合氯化铝60％、聚合硫酸铝10％、硫酸钠14％、碳酸钠5.5％、羧甲基纤维素钠2.5％和半水石膏8％。
3.根据权利要求2所述的封孔材料，其特征在于，所述聚合氯化铝中的Cl含量为46.01％，Al2O3含量为35.17％，CaO含量为13.05％，SiO2含量为2.43％，Fe2O3含量为2.25％，以质量分数计。
4.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥的标号为42.5。
5.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥熟料的比表面积为500m2/kg。
6.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述粉煤灰为燃煤工业企业从烟气中捕集的工业固废；
所述粉煤灰包括活性SiO2、活性Al2O3和游离CaO，所述游离CaO含量不低于10％。
7.根据权利要求6所述的封孔材料，其特征在于，所述粉煤灰的粒径≤2μm，且粒径≤1μm的粉煤灰占所述粉煤灰的总量的百分率不低于50％。
8.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述脱硫石膏是燃煤工业企业在治理烟气中的二氧化硫后得到的工业副产物，且硫酸钙含量≥90％。
9.根据权利要求8所述的封孔材料，其特征在于，所述脱硫石膏的比表面积为400m2/kg。
10.一种封孔材料的使用方法，其特征在于，将如权利要求1～9任一所述的封孔材料与水以1:(1～1.5)的比例混合，搅拌形成浆料后泵送注浆使用。
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