CN111116998A - 一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，该材料由水、基料和改性剂组成，其中水∶基料∶改性剂为100∶1～4∶0.2～0.5，以重量份计；所述基料是由80～90重量份纤维素醚、5～10重量份高吸水树脂、1～10重量份乙二醛和1～5重量份吡咯烷酮羧酸钠组成；所述改性剂是由20～30重量份防腐剂、30～40重量份防霉剂和30～50重量份增强剂组成。本发明所涉及的矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料具有凝胶点可调、初始注浆阻力小、渗透性强、稳定粘度高、保水性好、煤层条件适应性强、密封性好、使用量少、成本低、劳动强度小、可降解等钻孔密封优势。同时，本钻孔密封材料还具有无毒、无腐蚀、无污染及安全环保等特征。

Description

一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料
技术领域
本发明涉及矿山瓦斯抽采钻孔、瓦斯压力测定钻孔、煤层注水及注气钻孔的密封领域，尤其涉及一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料。
背景技术
钻孔是煤矿井下瓦斯灾害防治及煤层气资源开发的主要工程方法，而钻孔密封是钻孔工程的核心基础。在钻孔密封工程当中，钻孔密封材料是实现钻孔密封的物质保障，决定着钻孔密封的质量及成本。目前，我国广泛使用的钻孔密封材料主要分为两大类，一类是以水泥为基料的复合型膨胀材料，如膨胀水泥、PD材料等；另一类是以发泡材料为基料的化学膨胀性材料，如聚氨酯、马丽散等材料。由于水泥基钻孔密封材料为颗粒型材料，难以对钻孔围岩裂隙实现良好充填密封，且膨胀水泥成浆后初始粘度上升块，煤岩微裂隙渗透性差；而普通水泥析水率高，析水空隙明显，对近水平钻孔充填性差，导致钻孔内初始漏气严重。化学发泡类钻孔密封材料则反应速度快，人工操作要求及成本高，主要适用于钻孔固体快速充填，同样难以密封钻孔围岩裂隙。同时，随着我国煤层开采深度的增加，煤层透气性低致使钻孔瓦斯涌出量小，地应力增大导致钻孔围岩变形失稳严重，而上述两类材料反应固结后普遍存在钻孔围岩自适应性差，难以实现钻孔围岩的动态密封，导致低渗松软(碎软)煤层钻孔瓦斯抽采普遍浓度偏低，极大地降低煤层瓦斯抽采效率和利用率。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，该钻孔密封材料具有反应过程可控、注浆阻力低、煤岩裂隙渗透性好、稳定后粘结性强、钻孔围岩自适应能力强、成本及劳动量低、环保无污染及可降解等优点。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，其是由水、基料和改性剂组成，其中基料的成分包括纤维素醚、高吸水树脂、乙二醛和吡咯烷酮羧酸钠；改性剂的成分包括防腐剂、防霉剂和增强剂。
优选的，所述水、基料和改性剂的重量份配比为100∶1～4∶0.2～0.5。
优选的，所述基料是由80～90重量份纤维素醚、5～10重量份高吸水树脂、1～10重量份乙二醛和1～5重量份吡咯烷酮羧酸钠组成。
优选的，所述纤维素醚为复合型纤维素醚，具体是由50～80重量份羟丙基甲基纤维素、10～30重量份聚阴离子纤维素和20～40重量份羟乙基纤维素组成。
优选的，所述改性剂是由20～30重量份防腐剂、30～40重量份防霉剂和30～50重量份增强剂组成。
优选的，所述防腐剂是由10～30重量份山梨酸钾、50～70重量份丙酸钙和10～20重量份D-异抗坏血酸钠组成。
优选的，所述防霉剂是由50～70重量份苯甲酸钙和30～50重量份脱氢乙酸组成。
优选的，所述增强剂是由30～50重量份碳酸钙、30～40重量份硫酸钙、10～20重量份碳酸氢钙和10～20重量份氢氧化钙组成。
优选的，所述高吸水树脂选用抗盐碱型高吸水树脂。该抗盐碱型高吸水树脂可直接从市场上购买得到，如丹森科技生产的DS128高吸水树脂等。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明提供的矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料以高分子保水材料为基料，利用材料浆液的不同时间段内的相变特性，从而实现钻孔低阻注浆，快速渗透和高效粘结密封，极大地提高了煤层钻孔条件的适应性、钻孔围岩的渗透性及钻孔的密封效果，从而确保钻孔瓦斯高效高浓度抽采及煤层基础参数测定的可靠性。
(2)本发明提供的矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料初始凝胶点时间在30min内可调，凝胶点内粘度小于30mPa·s，凝胶点后达到材料稳定最大粘度时间为60min～120min，最大粘度可达30万mPa·s以上。
(3)本发明提供的矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料中含水量可达97％以上，极大地降低了基料和改性剂的使用量，从而有效降低了钻孔密封材料成本及劳动量。
(4)本发明提供的矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料主要成分均为环保材料，具有无毒、无腐蚀、无污染的绿色环保特性。
(5)本发明提供的矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料通过加入分解剂后可进一步实现环保降解，从而为孔内抽采设备的回收提供技术途径和物质基础。
本发明密封材料进行钻孔密封的作用机理如下：
本发明所提供的矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，利用所配复合纤维素醚及改性剂在材料粘度、强度、可调性、降解性及稳定性等性能方面的协同增效和保质增强的作用机理，使得本材料可在不同时间段内产生稳定的液态和类固态之间的相互相变特性，进而满足各类钻孔密封过程中所需的低阻注浆、快速渗透、高粘密封及性能稳定的矿用密封材料性能需求，并利用自身最终的柔性特征来自适应钻孔围岩的动态变形过程，从而实现对各类目标钻孔的高效、动态密封效果。
具体实施方式
实施例1
水∶基料∶改性剂＝100∶2∶0.5，其中基料中复合型纤维素醚∶高吸水树脂∶乙二醛∶吡咯烷酮羧酸钠＝90∶5∶3∶2，其中复合型纤维素醚中羟丙基甲基纤维素∶聚阴离子纤维素∶羟乙基纤维素＝80∶10∶20；其中改性剂中复合型防腐剂∶防霉剂∶增强剂＝30∶40∶30，其中复合型防霉剂中山梨酸钾∶丙酸钙∶D-异抗坏血酸＝20∶70∶10，其中防霉剂中苯甲酸钙∶脱氢乙酸＝60∶40，其中增强剂中碳酸钙∶硫酸钙∶碳酸氢钙∶氢氧化钙＝40∶30∶20∶10。以上配比均为重量份配比。将上述基料和改性剂提前预混均匀后，与水按上述比例进行搅拌均匀进行钻孔注浆密封。
实施例2
水∶基料∶改性剂＝100∶3∶0.5，其中基料中复合型纤维素醚∶高吸水树脂∶乙二醛∶吡咯烷酮羧酸钠＝90∶5∶3∶2，其中复合型纤维素醚中羟丙基甲基纤维素∶聚阴离子纤维素∶羟乙基纤维素＝70∶10∶20；其中改性剂中复合型防腐剂∶防霉剂∶增强剂＝20∶30∶50，其中复合型防霉剂中山梨酸钾∶丙酸钙∶D-异抗坏血酸＝20∶70∶10，其中防霉剂中苯甲酸钙∶脱氢乙酸＝60∶40，其中增强剂中碳酸钙∶硫酸钙∶碳酸氢钙∶氢氧化钙＝40∶30∶20∶10。以上配比均为重量份配比。将上述基料和改性剂提前预混均匀后，与水按上述比例进行搅拌均匀进行钻孔注浆密封。
实施例3
水∶基料∶改性剂＝100∶3∶0.2，其中基料中复合型纤维素醚∶高吸水树脂∶乙二醛∶吡咯烷酮羧酸钠＝80∶5∶5∶2，其中复合型纤维素醚中羟丙基甲基纤维素∶聚阴离子纤维素∶羟乙基纤维素＝80∶30∶20；其中改性剂中复合型防腐剂∶防霉剂∶增强剂＝20∶40∶30，其中复合型防霉剂中山梨酸钾∶丙酸钙∶D-异抗坏血酸＝20∶70∶10，其中防霉剂中苯甲酸钙∶脱氢乙酸＝70∶30，其中增强剂中碳酸钙∶硫酸钙∶碳酸氢钙∶氢氧化钙＝50∶30∶10∶20。以上配比均为重量份配比。将上述基料和改性剂提前预混均匀后，与水按上述比例进行搅拌均匀进行钻孔注浆密封。
实施例4
水∶基料∶改性剂＝100∶1∶0.5，其中基料中复合型纤维素醚∶高吸水树脂∶乙二醛∶吡咯烷酮羧酸钠＝85∶5∶5∶2，其中复合型纤维素醚中羟丙基甲基纤维素∶聚阴离子纤维素∶羟乙基纤维素＝60∶20∶40；其中改性剂中复合型防腐剂∶防霉剂∶增强剂＝20∶40∶50，其中复合型防霉剂中山梨酸钾∶丙酸钙∶D-异抗坏血酸＝30∶50∶10，其中防霉剂中苯甲酸钙∶脱氢乙酸＝50∶30，其中增强剂中碳酸钙∶硫酸钙∶碳酸氢钙∶氢氧化钙＝40∶40∶10∶20。以上配比均为重量份配比。将上述基料和改性剂提前预混均匀后，与水按上述比例进行搅拌均匀进行钻孔注浆密封。
实施例5
水∶基料∶改性剂＝100∶4∶0.3，其中基料中复合型纤维素醚∶高吸水树脂∶乙二醛∶吡咯烷酮羧酸钠＝90∶7∶6∶3，其中复合型纤维素醚中羟丙基甲基纤维素∶聚阴离子纤维素∶羟乙基纤维素＝70∶20∶30；其中改性剂中复合型防腐剂∶防霉剂∶增强剂＝20∶30∶40，其中复合型防霉剂中山梨酸钾∶丙酸钙∶D-异抗坏血酸＝20∶50∶15，其中防霉剂中苯甲酸钙∶脱氢乙酸＝70∶30，其中增强剂中碳酸钙∶硫酸钙∶碳酸氢钙∶氢氧化钙＝40∶40∶20∶10。以上配比均为重量份配比。将上述基料和改性剂提前预混均匀后，与水按上述比例进行搅拌均匀进行钻孔注浆密封。

Claims (8)

1.一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，其特征在于：该钻孔密封材料是由水、基料和改性剂组成，其中基料的成分包括纤维素醚、高吸水树脂、乙二醛和吡咯烷酮羧酸钠；改性剂的成分包括防腐剂、防霉剂和增强剂。
2.根据权利要求1所述的一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，其特征在于：水、基料和改性剂的重量份配比为100∶1～4∶0.2～0.5。
3.根据权利要求1所述的一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，其特征在于：所述基料是由80～90重量份纤维素醚、5～10重量份高吸水树脂、1～10重量份乙二醛和1～5重量份吡咯烷酮羧酸钠组成。
4.根据权利要求1或3所述的一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，其特征在于：所述纤维素醚为复合型纤维素醚，具体是由50～80重量份羟丙基甲基纤维素、10～30重量份聚阴离子纤维素和20～40重量份羟乙基纤维素组成。
5.根据权利要求1所述的一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，其特征在于：所述改性剂是由20～30重量份防腐剂、30～40重量份防霉剂和30～50重量份增强剂组成。
6.根据权利要求1或5所述的一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，其特征在于：所述防腐剂是由10～30重量份山梨酸钾、50～70重量份丙酸钙和10～20重量份D-异抗坏血酸钠组成。
7.根据权利要求1或5所述的一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，其特征在于：所述防霉剂是由50～70重量份苯甲酸钙和30～50重量份脱氢乙酸组成。
8.根据权利要求1或5所述的一种矿用环保型相变凝胶钻孔密封材料，其特征在于：所述增强剂是由30～50重量份碳酸钙、30～40重量份硫酸钙、10～20重量份碳酸氢钙和10～20重量份氢氧化钙组成。
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