CN108101483A - 一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及封孔材料领域,具体是一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料及其制备方法,所述封孔材料是由以下重量份数的原料混合组成:硅酸盐水泥熟料50~70份,硫铝酸盐水泥8~15份,石膏9~15份,膨胀剂0.9~2份,速凝早强剂7~14份,钙基膨润土8~10份,粉煤灰5~8份,聚丙烯酰胺0.1~0.5份。本发明的优点在于早强效果明显,1天强度最高可达6.3MPa,3天强度最高15.4MPa,7天强度最高25.9MPa;材料具有微膨胀性,最高可达3.3%,保证注浆封孔材料的气密性,提高封孔的安全性。

Description

一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及封孔材料领域,具体是一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料及 其制备方法。
背景技术
[0002] 我国是世界上最大的产煤国。在煤层开采过程中,由于巷道挖掘和煤体破碎导致 从煤和围岩中溢出甲烷、二氧化碳和氮氧化物等混合气体,当甲烷含量超过5%后遇到明火 会引起爆炸,极易造成事故。因此,提前对煤体进行瓦斯抽采是保证煤矿安全生产的重要措 施。目前,采用较多的抽采方式是瓦斯钻孔抽采,其中,沿煤层钻孔后的封孔效果严重影响 瓦斯抽放效率,是整个瓦斯抽采的关键部分。
[0003] 目前瓦斯钻孔抽采注浆封孔材料大致分为黏土材料、水泥基材料、高水材料和聚 氨酯等高分子材料。其中,黏土材料,即黄泥封孔,一般封孔长度短,且会遇水变软,封孔效 果不理想,现已基本淘汰;水泥基材料最终强度较高,但凝结速度慢,析水现象比较严重,其 早期强度无法达到瓦斯抽采所需要求;高水材料由两种物料组成,在施工过程中操作复杂, 不利于大范围操作;聚氨酯等高分子材料反应速度过快且放热严重,在凝固后有一定的收 缩,同时具有毒性和可燃性,长时间后可能会有漏气等发生,影响整体瓦斯抽采的效率。 [0004]综上所述,黏土材料、高水材料、聚氨酯高分子材料等均是由于材料本身的原因导 致封孔效果不理想,而水泥基材料的缺陷在于其反应过程较慢。
发明内容
[ooos]本发明为了解决现有水泥基材料的反应过程较慢、且封孔效果不理想的问题,提 供了一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料及其制备方法。 ’
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材 料,是由以下重量份数的原料混合组成:硅酸盐水泥熟料50〜70份,硫铝酸盐水泥8〜丨5份,石 膏9〜15份,膨胀剂0 • 9〜2份,速凝早强剂7〜14份,钙基膨润土S〜10份,粉煤灰5〜8份,聚丙^醜 胺0.1^).5份。 '
[0007]作为本发明技术方案的进一步改进,所述膨胀剂是由偏铝酸钠、铁粉组成的,二者 重量比为18:1。 ’一
[0008]作为本发明技术方案的进一步改进,所述速凝早强剂由氧化钙和无机盐混合物两 部分组成,二者重量比为1:3,所述无机盐混合物由碳酸钠、硫酸镁、甲酸钙、硫酸招、^化辛丐 中的两种或两种以上物质混合而成。
[0009]作为本发明技术方案的进一步改进,所述粉煤灰为国标一级粉煤灰。
[0010]本;^明进一步提供了一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料的制备方法该 制备方法所采用的原料为上述一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料的原料,其步^ 包括:将上述原料中各物质研磨至25〇〜3〇〇目后相互混合均匀,然后称量并与水按巧广 0.8的比例进行混合,搅拌均匀后浇注。 '
[0011]本发明采用添加部分硫铝酸盐水泥和速凝早强剂,在材料与水混合初期,促进钙 矾石晶体的生成与生长,加快水化反应进程,提高材料早期强度,满足快速凝固的需求。钙 基膨润土和粉煤灰作为添加剂可以在一定程度上降低材料成本,配合膨胀剂的使用可以改 善材料使用过程中的析水现象。聚丙烯酰胺可以调整材料的泵送性能,同时保证材料凝固 过程不干裂,保证封孔的封堵效果。
[0012]本发明的优点在于早强效果明显,1天强度最高可达6.3MPa,3天强度最高 15.41?£1,7天强度最高25.9^0^;材料具有微膨胀性,最高可达3.3%,保证注浆封孔材料的气 密性,提高封孔的安全性;粉煤灰是燃煤电厂从烟气中收捕的固体废物,膨润土价格低廉, 掺杂这两种物质可以节约部分水泥,增强材料的可栗性,减少水化热,降低了材料的整体成 本,同时有效利用工业废弃物,材料来源广泛并具有一定的环保意义。
[0013]试验: 采用本发明所提供的各原料以及配比,并且将原料中的研磨至250〜300目后相互混合 均匀,然后称量并与水按质量比1:0_8的比例进行混合,使用标准JBT-9226-2008进行浆液 悬浮性的测定,浆液悬浮性良好,基本无析水现象。
[00M]使用标准GBT8077-2000进行浆液流动性的测定,证明浆液流动性优异且40min内 无损失,因此施工时可注形良好。
[0015]使用水泥浆膨胀泌水率测定仪进行浆液膨胀率的测定,膨胀率最高可达3.3%,且 后期无收缩干裂现象。其中膨胀剂采用本发明所提供的膨胀剂,同理所述其他组分。
具体实施方式
[0016]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行 详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有 其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
[0017]本发明使用材料均为公知的市售产品,膨胀剂及速凝早强剂所涉及的化学物质纯 度均为工业纯。
[0018] 实施例1 一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料,以重量计,包含以下原料:硅酸盐水泥熟 料50份,硫锅酸盐水泥12份,石膏13份,膨胀剂1.6份,速凝早强剂12份,興基膨润土 1 〇份,粉 煤灰6份,聚丙烯酰胺0.3份。
[0019]所述膨胀剂由偏铝酸钠、铁粉组成,二者重量比为18:1。
[0020]所述速凝早强剂由氧化钙和无机盐混合物两部分组成,二者重量比为丨:3,所述无 机盐混合物由碳酸钠、硫酸镁、甲酸钙三种物质等重量混合而成。
[0021]所述钙基膨润土粒径为300目。
[0022]所述粉煤灰为国标一级粉煤灰。
[0023]将上述原料中各物质研磨至3〇〇目后相互混合均匀,称量后与水按质量比丨.0 8的 比例进行混合,搅拌均匀后浇注。
[0024]本实施例所用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料,丨天强度可达5.9MPa,3天强 度13.7MPa,7天强度2〇. IMPa;材料膨胀性可达3.3%,材料凝固后不开裂,封堵效果良好。
[0025] 实施例2 种用于瓦斯抽米的早强型水泥基封孑^材料,以重量计,包含以下原料:碰盐水泥孰 料60份,硫铝酸盐水泥8份,石膏15份,膨胀剂〇.9份,速凝早强剂7份,钙基膨润 g 灰8份,聚丙稀酰胺o.i份。 工y伪,糾木
[0026]所述膨胀剂由偏铝酸钠、铁粉组成,二者重量比为丨8: i。
[0027]所述速凝早强剂由氧化钙和无机盐混合物两部分组成,二者重量比Si : 3,所述无 机盐混合物由硫酸铝、氟化钙、硫酸镁三种物质等重量混合而成。 ’
[0028]所述钙基膨润土粒径为250目。
[0029]所述粉煤灰为国标一级粉煤灰。
[0030]将上述原料中各物质研磨至250目后相互混合均匀,称量后与水按质量:〇.8的 比例进行混合,搅拌均匀后烧注。
[0031] 本实施例所用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料,1天强度可达5.4MPa,3天强 度14. IMPa,7天强度22.8MPa;材料膨胀性可达1 • g%,材料凝固后不开裂,封堵效果良好
[0032] 实施例3 ° 一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料,以重量计,包含以下原料:硅酸盐水泥熟 料70份,硫铝酸盐水泥15份,石膏9份,膨胀剂2份,速凝早强剂14份,钙基膨润土8份粉煤^ 5份,聚丙烯酰胺0.5份。 ’
[0033]所述膨胀剂由偏铝酸钠、铁粉组成,二者重量比为i 8: i。
[0034]所述速凝早强剂由氧化钙和无机盐混合物两部分组成,二者重量比为丨:3,所述无 机盐混合物由硫酸镁、甲酸钙、碳酸钠、硫酸铝四种物质等重量混合而成。
[0035]所述钙基膨润土粒径为300目。
[0036]所述粉煤灰为国标一级粉煤灰。
[0037]将上述原料中各物质研磨至300目后相互混合均匀,称量后与水按质量比1:0.8的 比例进行混合,搅拌均匀后浇注。
[0038]本实施例所用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料,1天强度可达6.3MPa,3天强 度15.4MPa,7天强度25_9MPa;材料膨胀性可达2.6%,材料凝固后不开裂,封堵效果良好。 [0039]以上所述,仅为本发明的具体实施方式,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,可轻易想到变化或替换,都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于瓦斯抽米的早强型水泥基封孔材料,其特征在于,是由以下重量份数的原 料混合组成:硅酸盐水泥熟料50〜7〇份,硫铝酸盐水泥8〜15份,石膏9〜15份胪胀剂〇 9 速凝早强剂7〜14份,钙基膨润土8〜10份,粉煤灰5〜8份,聚丙烯酰胺o.ko.5’^。1 _〜’
2.根据权利要求1所述的一种用于瓦斯抽米的早强型水泥基封孔材料其特征在于所 述膨胀剂是由偏铝酸钠、铁粉组成的,二者重量比为18:1。 ’ ’
3. 根据权利要求1所述的一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料,其特征在于,所 述速减早强剂由氧化轉和无机盐混合物两部分组成,二者重量比为1:3,所述无机盐混合物 由碳酸纳、硫酸镇、甲酸钱、硫酸招、氣化I丐中的两种或两种以上物质混合而成。
4. 根据权利要求1所述的一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔材料,其特征在于,所 述粉煤灰为国标一级粉煤灰。
5. —种用于瓦斯抽米的早强型水泥基封孔材料的制备方法,其特征在于,该制备方法 所采用的原料为权利要求1至4任一权利要求所述一种用于瓦斯抽采的早强型水泥基封孔 材料的原料,其步骤包括:将上述原料中各物质研磨至250〜300目后相互混合均匀,然后称 量并与水按质量比1:0 • 8的比例进行混合,搅拌均匀后浇注。
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