CN104817305A

CN104817305A - 一种膨胀延迟型矿用封孔材料

Info

Publication number: CN104817305A
Application number: CN201510177949.3A
Authority: CN
Inventors: 刘健; 刘泽功; 王小婷; 吴海龙; 娄亚北; 郭林杰
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2035-04-15
Also published as: CN104817305B

Abstract

本发明涉及一种膨胀剂经微胶囊改性后制备的膨胀延迟型矿用封孔材料，该封孔材料由铝粉微胶囊、水、水泥、聚羧酸减水剂、水性环氧树脂E-51、T31固化剂，按一定的质量百分比制备而成。其中的铝粉微胶囊，按水、明胶、海藻酸钠、铝粉的质量比为100:2:2:4～6(wt)制备而成。本发明的封孔材料，使水泥早期的无效膨胀延迟为水泥达到一定强度后发生膨胀，保证了材料强度与膨胀的协调发展。最终膨胀率达到15-25％，1天抗压强度3.2Mpa，3天强度20.8Mpa，7天强度45.8Mpa，能够满足矿井瓦斯抽采钻孔密封与强度的要求。且该封孔材料及微胶囊可在矿井高温高湿环境下现场制备使用，无毒，价格低廉。

Description

一种膨胀延迟型矿用封孔材料

技术领域

本发明涉及一种矿用封孔材料，尤其是一种适用于煤矿瓦斯抽采钻孔封孔的膨胀延迟型封孔材料。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，然而在开采的过程中也伴随着许多灾害事故的发生，瓦斯突出已经成为煤矿安全生产的突出问题钻孔抽采一直是煤矿瓦斯治理的基础手段，对于钻孔抽采打好钻孔后一般都要对钻孔进行密封，而钻孔封孔是关键部分，其封孔的质量严重影响瓦斯抽放的效果。中国专利CN101215463公开了一种钻孔密封材料，此种密封材料是由水30-40％、普硅水泥30-40％、碳酸氢钠1.4-2％、碳酸钠1.5-2％、柠檬酸3.0-3.5％、碳酸钙8.0-8.5％、膨润土8.0-8.5％、石膏8.0-8.5％、聚丙烯酰胺0.10-0.18％配制而成，该材料在浆体注入钻孔后5-7个小时候浆体变稠硬化，但将碳酸氢钠、碳酸钠、柠檬酸与聚丙烯酰胺加入水泥后随即就产生气体发生膨胀，因而会导致前期无效膨胀，膨胀能损失。并且配料复杂，不具有操作性，现场不可直接配制。中国专利CN1089683A公开了新型钻孔封固材料，此种密封材料是由水玻璃、凝固剂、膨胀剂和填料混合而成，该材料适用于酸性矿井水作业环境，不能普遍使用于所有矿井环境。中国专利CN103992780A公开了一种封孔材料用添加剂及利用该添加剂制备的新封孔材料及使用方法，该材料添加剂含有岩粉，并按固体速凝剂、岩粉、铝粉的量比为50:50:1.25-1.528(wt)配制而成，用于配置新型封孔材料，该材料与水泥混合后产生气体膨胀，而添加剂中的铝粉无任何处理，直接掺入反应过快，大量气体逸出，膨胀过程容易产生贯通孔洞，膨胀效果会大幅度下降，严重影响封孔的质量。

鉴于上述原因，针对水泥基材料封孔收缩变形导致漏气的问题，提出利用微胶囊技术对膨胀剂进行处理，制备出本发明的膨胀延迟型封孔材料，本封孔材料在有效时间内膨胀，填充微裂隙，并且很好的与钻孔壁粘结，提高封孔质量，从而提高了瓦斯抽采率，有效的保证了井下人员的人身及财产安全。目前国内关于此种材料还未见报道。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是旨在提供一种新型矿用封孔材料。通过微胶囊化方法对膨胀剂进行包裹处理，在囊壁保护下水泥水化初期铝粉不参与反应，克服铝粉直接掺入反应过快，大量气体逸出，产生贯通孔洞的缺点；而包裹后的铝粉缓控释放参与反应，此时水泥已经具有一定强度，反应产生的气体被封闭在固相空间，提高了膨胀率同时解决了气体外逸、膨胀损失的问题。另一方面微胶囊化铝粉延迟了其膨胀开始作用时间，减少其在水泥水化初期气体外逸的无效膨胀，提高了膨胀率，保证了封孔质量，提高了封孔成功率。本发明也解决了现阶段矿用封孔材料无法现场直接配料的难题，且本封孔材料配制简单、操作简单方便，选材价格低廉，无毒、环保无污染。

技术方案：

所述的一种膨胀延迟型矿用封孔材料，其特征在于该封孔材料的组分包括铝粉微囊、水、水泥、聚羧酸减水剂、水性环氧树脂E-51、T31固化剂。

所述的一种膨胀延迟型矿用封孔材料，其特征在于：水：30～40％；普通硅酸盐水泥：50～65％；聚羧酸减水剂：0.1～0.3％；铝粉微胶囊：0.1～0.4％；水性环氧树脂E-51：5～15％；T31固化剂：2.5～7.5％，按质量百分比混合而成。

所述的一种用于膨胀延迟型矿用封孔材料的膨胀剂微胶囊，其特征在于该微胶囊含有水、明胶、海藻酸钠、铝粉，水、明胶、海藻酸钠、铝粉的质量比为100:2:2:4～6。

所述的一种用于膨胀延迟型矿用封孔材料的微胶囊，其特征在于明胶、海藻酸钠为天然高分子材料，具有良好的生物相容性与可降解性，其无毒无污染，价格低廉且成膜性好。

所述的一种用于膨胀延迟型矿用封孔材料的微胶囊，其特征在于所述铝粉为工业铝粉，分析纯，粒径10～100μm。

所述的一种用于膨胀延迟型矿用封孔材料的微胶囊，其特征在于用市售明胶和海藻酸钠分别配制2％的明胶和海藻酸钠水溶液，各取它们的50g水溶液，用搅拌器搅拌约5分钟，使两者充分混合，称取定量的铝粉加入混合胶液中，再次用搅拌器搅拌约10分钟，使膨胀剂完全被胶液包裹。

所述的一种膨胀延迟型矿用封孔材料，其特征在于井下封孔时微胶囊化铝粉延迟了其膨胀开始作用时间，减少其在水泥水化初期气体外逸的无效膨胀，最终膨胀率达到15～25％，抗压强度在膨胀剂的影响下保持一定的强度，很好的保证了强度与膨胀协调发展。1天抗压强度3.2Mpa，3天强度20.8Mpa，7天强度45.8Mpa，能够满足矿井注浆封孔密封与强度的要求。

所述的一种膨胀延迟型矿用封孔材料，其特征在于煤矿瓦斯抽采过程中对钻孔进行密封。也可用于其它相关裂隙封堵。

有益效果

1.由于采取了上述技术方案，本发明中微胶囊包裹铝粉与水泥反应，早期水化反应的OH^-与Al作用需渗透通过包覆在外的溶胶，才能发生反应产生气体，此作用时间恰恰使得膨胀剂在有效时间内发生膨胀，有效的补偿了水泥浆硬化过程中产生的微裂隙。其中聚羧酸减水剂提高了水泥的和易性，有助于密封材料更好的填充微裂隙，水性环氧树脂改善了密封材料的韧性。材料的所有组成部分全部来源于市售材料，方便获得，且价格低廉，环保无污染。达到了本发明的目的。

2.本发明材料在水泥硬化后开始膨胀，最终膨胀率达到15～25％，抗压强度在膨胀剂的影响下保持一定的强度，很好的保证了强度与膨胀协调发展。1天强度3.2Mpa，3天强度20.8Mpa，7天强度45.8Mpa。能够满足矿井瓦斯抽采封孔的强度要求。

3.本发明材料具有良好的膨胀与强度性能，并具有一定的密实性，满足封孔要求，且可在井下现场配制应用，方便快捷，无毒无污染。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

水30％、水泥60％、聚羧酸0.18％、微胶囊0.24％、水性环氧树脂6％、固化剂3％，将上述材料按质量比混合使用。

使用本发明的密封材料与铝粉膨胀剂水泥材料和聚氨酯材料针对膨胀时间，膨胀率以及强度进行试验。见表一：

	膨胀时间	膨胀倍数	7天抗压强度
				本发明材料	延迟4h后，膨胀8h	15％	43.8Mpa
铝粉膨胀剂水泥	膨胀5h	25％	22.5Mpa
				聚氨酯材料	膨胀0.025h	1000％	2.8Mpa

分析表一可知：

(1)本材料与其它两种材料相比，铝粉直接掺入在强碱环境下立即发生反应，反应时间短，且产生的气体易外逸，膨胀倍数较大，容易产生较大的孔洞，7天抗压强度不及本发明材料；聚氨酯两种组分接触后发生反应，一般在1.5分钟内反应完成，孔洞较大且不能封堵钻孔周围裂隙；本材料在水泥水化4h后发生反应，使得材料中的微胶囊完全溶胀，铝粉开始反应，产生膨胀并渗透到微裂隙中，很好的填充微裂隙。

(2)本发明的抗压强度高于聚氨酯材料和直接掺加铝粉膨胀剂水泥，且膨胀系数达到要求，能有效的降低钻孔漏气现象，达到膨胀与强度相协调发展，提高封孔的质量与成功率。

实施例2

水：30％、水泥65％、聚羧酸：0.2％、微胶囊：0.3％、水性环氧树脂：5％、固化剂：2.5％；将上述物质按质量百分比混合后即可使用，膨胀延迟时间4.50小时，膨胀倍率为20％，7天抗压强度为38.5MPa。实施例2：水：30％、水泥55％、聚羧酸：0.3％、微胶囊：0.3％、水性环氧树脂：8％、固化剂：4％；将上述物质按质量百分比混合后即可使用，膨胀延迟时间5.0小时，膨胀倍率为18％，7天抗压强度为45.6MPa。

实施例3

水：35％、水泥：60％、聚羧酸：0.1％、微胶囊：0.4％、水性环氧树脂：6％、固化剂：3％；将上述物质按质量百分比混合后即可使用，膨胀延迟时间4.8小时，膨胀倍率为22％，7天抗压强度为40.5MPa。

Claims

1.一种膨胀剂经微胶囊改性后制备的膨胀延迟型封孔材料，其特征在于该封孔材料的组分包括铝粉微胶囊、水、水泥、聚羧酸减水剂、水性环氧树脂E-51、T31固化剂。

2.根据权利要求1所述的一种膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：

水：30～40％；普通硅酸盐水泥：50～65％；聚羧酸减水剂：0.1～0.3％；铝粉微胶囊：0.1～0.4％；水性环氧树脂E-51：5～15％；T31固化剂：2.5～7.5％，按质量百分比混合而成。

3.根据权利要求2所述的一种用于膨胀延迟型封孔材料的膨胀剂微胶囊，其特征在于该微胶囊含有水、明胶、海藻酸钠、铝粉，水、明胶、海藻酸钠、铝粉的质量比为100:2:2:4～6。

4.根据权利要求2所述的一种用于膨胀延迟型封孔材料的微胶囊，其特征在于明胶、海藻酸钠为天然高分子材料，具有良好的生物相容性与可降解性，其无毒无污染，价格低廉且成膜性好。

5.根据权利要求2所述的一种用于膨胀延迟型封孔材料的微胶囊，其特征在于所述铝粉为工业铝粉，分析纯，粒径10～100μm。

6.根据权利要求2所述的一种用于膨胀延迟型封孔材料的微胶囊，其特征在于用市售明胶和海藻酸钠分别配制2％的明胶和海藻酸钠水溶液，各取它们的50g水溶液，用搅拌器搅拌约5分钟，使两者充分混合，称取定量的铝粉加入混合胶液中，再次用搅拌器搅拌约10分钟，使膨胀剂完全被胶液包裹。

7.根据权利要求1所述的一种膨胀延迟型封孔材料，其特征在于井下封孔时微胶囊化铝粉延迟了其膨胀开始作用时间，减少其在水泥水化初期气体外逸的无效膨胀，最终膨胀率达到15～25％，抗压强度在膨胀剂的影响下保持一定的强度，很好的保证了强度与膨胀协调发展。1天抗压强度3.2Mpa，3天强度20.8Mpa，7天强度45.8Mpa，能够满足矿井瓦斯抽采钻孔密封与强度的要求。

8.根据权利要求1所述的一种膨胀延迟型封孔材料，其特征在于煤矿瓦斯抽采过程中对钻孔进行密封。也可用于其它相关裂隙封堵。