CN111153672A - 一种用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料，所述封孔材料由以下成分按重量份组成：水泥50～60份；赤泥20～25份；无水硬石膏5～10份；硅灰5～10份；其他封孔材料用添加剂5～16份。本发明的封孔材料优点在于水灰比大，浆液流动性较好，改善材料的泵送性能，适合井下长距离输送，且能够对微小裂隙进行有效封堵；本发明所述材料不泌水、不收缩、不干裂，具有微膨胀性，凝固时间适中，早期强度高，环境适应性好；本发明有效利用了工业废物赤泥及及工业副产物硅灰和脱硫石膏，降低材料成本的同时可消纳一定量的固体废物，使本发明具有更明显的经济效益和环保意义。

Description

一种用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料及其用途
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域，特别涉及一种用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料及其用途。
背景技术
煤炭作为我国现在乃至今后一段时间内的主体能源，在我国经济发展中发挥着重要的作用，然而与其伴生共存的瓦斯却一直是制约矿井安全、高效开采的主要因素。煤层瓦斯抽采是防治瓦斯灾害事故的有效措施，其抽采效果除了受煤层赋存构造、钻孔布置方式和抽采系统能力等因素影响以外，钻孔封孔质量也是影响抽采效果的直接原因，封孔质量的好坏直接影响瓦斯抽放效率和煤层注水的效果。封孔材料是提高封孔质量的决定性因素，封孔材料选择不当，易产生钻孔封堵不严密、抽采负压低、抽采浓度小等问题。
在现有技术中，煤层会存在着微小裂隙，因此封孔材料的流动性就成为是否能够有效封孔的关键。而现有技术中封孔材料的流动性等指标往往不能搞满足存在微小裂隙的煤层的封孔要求。同时，现有技术中封孔材料所采用的原料往往存在着成本高，对环境不友好等缺点。因此，急需要寻找一种用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料来解决上述问题。
发明内容
本发明的一个方面，是针对现有技术中用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料流动性能差，早起强度低、成本高等缺点，提供了一种用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料及其用途。
本发明提供的技术方案为：
一种用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料，所述封孔材料由以下成分按重量份组成：
Figure BDA0002369631580000011
Figure BDA0002369631580000021
本发明技术方案通过调整封孔材料的成分，能够达到浆料易输送、早期强度高、造价成本低廉、能对微裂隙实施封堵的效果，用于煤矿井下瓦斯抽放孔的封孔使用。
作为优选，在本发明的一个实施方式中，所述封孔材料由以下成分按重量份组成：
Figure BDA0002369631580000022
在本发明的配方中，所述水泥可以为任意合适的市售水泥，即一种粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。包括但不限于，例如，硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥或磷酸盐水泥。作为优选，在本发明的一个实施方式中，所述水泥为硫铝酸盐水泥。
在本发明的配方中，所述赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业废物，在现有技术中的利用率较低。一般含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似，因而得名。但有的因含氧化铁较少而呈棕色，甚至灰白色。铝土矿中铝含量高的，采用拜尔法炼铝，所产生的赤泥称拜尔法赤泥；铝土矿中铝含量低的，用烧结法或用烧结法和拜尔法联合炼铝，所产生的赤泥分别称为烧结法赤泥或联合法赤泥。作为优选，在本发明的一个实施方式中，所述赤泥为拜尔法赤泥。
在本发明的配方中，所述无水硬石膏可以为电厂脱硫石膏，硫酸钙含量≥85％，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石膏。适量的无水硬石膏掺入可以缩短材料的凝结时间，也可以防止高水灰比时出现泌水现象。
在本发明的配方中，所述硅灰(即微硅粉)为冶炼硅铁和工业硅中的副产物，含硅量≥80％，能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，显著提高材料的抗压性能。
在本发明的配方中，所述其他封孔材料用添加剂可以为任意现有技术中的添加剂，其作用可以为增强封孔材料的某些性能，如早强性、膨胀性、凝固性等等。所述其他封孔材料用添加剂包括但不限于，例如，早强剂、速凝剂、膨胀剂、催化剂、发气剂、减水剂、增韧剂、增强剂或交联剂中的一种或几种。当存在几种所述其他封孔材料用添加剂时，其可以为任意合适比例的混合。但作为优选，所述其他封孔材料用添加剂可以为按以下比例与其他组分的混合：早强剂3～8份，速凝剂2～7份，膨胀剂0～1份。
上述早强剂、膨胀剂、速凝剂等可以为现有技术中任意合适的添加剂。但作为优选，在本发明的一个实施方式中，所述早强剂为甲酸钙或硫酸铝钾，或二者等质量比混合而成；所述速凝剂为铝酸钠、碳酸钠或生石灰，或三者中的几种等质量比混合而成。
本发明用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料在制备、使用时与水的水灰比优选为1.2～1.5：1。水灰比也叫水灰比率，是指混凝土中水的用量与水泥用量的重量比值。
本发明还提供了一种上述用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料的制备方法，即，将上述原料各物质用球磨机研磨至200-300目后相互混合均匀，然后称量并与水按照质量比1：(1.2-1.5)的比例进行混合，用搅拌机慢搅5分钟后浇注。
本发明的另一个方面，是提供了上述封孔材料在煤矿瓦斯抽放作业中的用途，优选为煤层存在3～5mm的微小裂隙的煤矿瓦斯抽放作业，更优选为利用两堵一注封孔法中煤层存在3～5mm的微小裂隙的煤矿瓦斯抽放作业。
本发明的有益效果为：
本发明的封孔材料优点在于水灰比大，浆液流动性较好，改善材料的泵送性能，适合井下长距离输送，且能够对微小裂隙进行有效封堵；本发明所述材料不泌水、不收缩、不干裂，具有微膨胀性，凝固时间适中，早期强度高，环境适应性好；本发明有效利用了工业废物赤泥及及工业副产物硅灰和脱硫石膏，降低材料成本的同时可消纳一定量的固体废物，使本发明具有更明显的经济效益和环保意义。
具体实施方式
本发明公开了一种用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料及其用途，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要特别指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明，并且相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围的基础上对本文所述内容进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
在本发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。
本发明使用材料均为公知的市售产品，早强剂、速凝剂所涉及的化学物质纯度均为工业纯。
本发明所使用的赤泥是风干后的赤泥，从赤泥堆场获取。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：封孔材料的制备
所述封孔材料的配方为：
其原料按照重量比包括：硫铝酸盐水泥50份，赤泥25份，无水硬石膏10份，硅灰7份，早强剂4份，速凝剂3.5份，膨胀剂0.5份。
所述早强剂由甲酸钙和硫酸铝钾组成，二者重量比为1:1。
所述速凝剂由碳酸钠和生石灰组成，二者重量比为1:1。
将上述原料中的各物质研磨至300目后相互混合均匀，称量后与水按照质量比1：1.5的比例进行混合，搅拌均匀后浇注。
实施例2：封孔材料的制备
所述封孔材料的配方为：
其原料按照重量比包括：硫铝酸盐水泥55份，赤泥20份，无水硬石膏8份，硅灰6份，早强剂5份，速凝剂5份，膨胀剂1份。
所述早强剂由甲酸钙和硫酸铝钾组成，二者重量比为1:1。
所述速凝剂由铝酸钠和生石灰组成，二者重量比为1:1。
将上述原料中的各物质研磨至300目后相互混合均匀，称量后与水按照质量比1：1.4的比例进行混合，搅拌均匀后浇注。
实施例3：封孔材料的制备
所述封孔材料的配方为：
其原料按照重量比包括：硫铝酸盐水泥60份，赤泥20份，无水硬石膏9份，硅灰5份，早强剂4份，速凝剂2份。
所述早强剂由硫酸铝钾组成。
所述速凝剂由碳酸钠和生石灰组成，二者重量比为1:1。
将上述原料中的各物质研磨至300目后相互混合均匀，称量后与水按照质量比1：1.5的比例进行混合，搅拌均匀后浇注。
实施例4：封孔材料的制备
所述封孔材料的配方为：
其原料按照重量比包括：硫铝酸盐水泥55份，赤泥23份，无水硬石膏5份，硅灰10份，早强剂3份，速凝剂7份。
所述早强剂由硫酸铝钾组成。
所述速凝剂由碳酸钠和生石灰组成，二者重量比为1:1。
将上述原料中的各物质研磨至300目后相互混合均匀，称量后与水按照质量比1：1.5的比例进行混合，搅拌均匀后浇注。
实验例1：
按照以下标准对实施例1-3制备的封孔材料进行测试：
使用标准GB/T 2419-2005进行浆液流动性的测定，证明浆液流动性优异，因此施工时可注型良好。
使用标准GB/T 1346-2011进行材料凝结时间的测定，初凝时间最快可以达到45分钟，终凝时间80分钟。
使用标准JC/T 313-2009进行材料膨胀率的测定，膨胀率最高可达3.2％，且后期无收缩干裂现象。
具体数值如表1所示。
表1 实施例1-3制得的封孔材料性能参数
Figure BDA0002369631580000051
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于煤矿瓦斯抽放孔的封孔材料，其特征在于，所述封孔材料由以下成分按重量份组成：
Figure FDA0002369631570000011
2.根据权利要求1所述的封孔材料，其特征在于，所述封孔材料由以下成分按重量份组成：
Figure FDA0002369631570000012
3.根据权利要求1或2所述的封孔材料，其特征在于，所述水泥为硫铝酸盐水泥或硅酸盐水泥，优选为硫铝酸盐水泥。
4.根据权利要求1或2所述的封孔材料，其特征在于，所述赤泥为拜尔法赤泥。
5.根据权利要求1或2所述的封孔材料，其特征在于，所述无水硬石膏的硫酸钙含量≥85％。
6.根据权利要求1或2所述的封孔材料，其特征在于，所述硅灰的含硅量≥80％。
7.根据权利要求1或2所述的封孔材料，其特征在于，所述其他封孔材料用添加剂为选自早强剂、速凝剂、膨胀剂、催化剂、发气剂、减水剂、增韧剂、增强剂或交联剂中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的封孔材料，其特征在于，所述早强剂为甲酸钙或硫酸铝钾，或二者等质量比混合而成；所述速凝剂为铝酸钠、碳酸钠或生石灰，或三者中的几种等质量比混合而成。
9.根据权利要求1或2所述的封孔材料，其特征在于，所述封孔材料在使用时与水的水灰比为1.2～1.5：1。
10.如权利要求1-9任意一项所述的封孔材料在煤矿瓦斯抽放作业中的用途，优选为煤层存在3～5mm的微小裂隙的煤矿瓦斯抽放作业，更优选为利用两堵一注封孔法中煤层存在3～5mm的微小裂隙的煤矿瓦斯抽放作业。
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