CN112358263A - 一种井下矿用的高流态封孔材料及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种井下矿用的高流态封孔材料及使用方法，所述高流态封孔材料按重量份计包括：超细水泥95‑105份；缓凝剂0.03‑0.05份、减水剂0.2‑0.5份、膨胀剂8‑10份；超细水泥为型超细硅酸盐水泥。所述使用方法包括：按照水与封孔材料的重量份比为(0.8‑1):1混合，搅拌均匀成浆状，通过注浆泵将浆体输送至抽采管。本发明高流态封孔材料中采用超细水泥，使封孔材料可以有效渗入钻孔煤层裂隙中，提高了注浆效率以及封孔质量；减水剂的添加使得水泥的需水量降低，提高了水泥的流动性；膨胀剂的添加提高了水泥的膨胀性，改善了水泥收缩，不会产生孔隙，从而加强了水泥的密封效果；缓凝剂的添加可以有效减少超细水泥材料水化热，保证封孔安全。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯抽采封孔领域，具体是一种井下矿用的高流态封孔材料及使用方法。
背景技术
我国煤炭资源丰富，但是我国煤炭普遍埋藏深，煤层瓦斯含量大，直接影响到我国煤矿的安全高效开采。目前治理瓦斯事故的重要手段是采取煤层瓦斯抽采措施，但是我国瓦斯抽采效果普遍不佳。除了煤层透气性低的原因，封孔材料的性能很大程度上也影响着钻孔封孔效果。
我国煤矿常用的封孔材料有水泥砂浆、聚氨酯材料等，但是水泥砂浆材料易收缩开裂，聚氨酯材料价格昂贵且有毒性，另外，这些材料对于小于0.1mm微裂隙的渗透作用较差，而且裂隙在高应力作用下发生闭合，导致封孔效果不佳，这就要求封孔材料有很好的流动性，才能有效的注入到煤岩体的细微裂隙之中。但要保证封孔材料能高效地注入到煤岩体的细微裂隙，除了具有较高的流动性以外，还应具有比较高的稳定性、一定的微膨胀性以及合适的凝结时间等性能。目前针对封孔材料的改性研究都是从一个方面进行性能提高，没有找到同时兼顾高流动性和膨胀性和强度的改性方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井下矿用的高流态封孔材料及使用方法，高流态封孔材料中采用超细水泥，使封孔材料可以有效渗入钻孔煤层裂隙中，提高了注浆效率以及封孔质量；减水剂的添加使得水泥的需水量降低，提高了水泥的流动性；膨胀剂的添加提高了水泥的膨胀性，改善了水泥收缩，不会产生孔隙，从而加强了水泥的密封效果；缓凝剂的添加可以有效减少超细水泥材料水化热，保证封孔安全。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种井下矿用的高流态封孔材料，所述高流态封孔材料按重量份计包括：超细水泥95-105份；缓凝剂0.03-0.05份、减水剂0.2-0.5份、膨胀剂8-10份。
进一步的，所述超细水泥100份，缓凝剂0.03份、减水剂0.4份、膨胀剂9份。
进一步的，所述超细水泥105份，缓凝剂0.03份、减水剂0.5份、膨胀剂10份。
进一步的，所述超细水泥95份，缓凝剂0.05份、减水剂0.5份、膨胀剂9份。
进一步的，所述超细水泥为型超细硅酸盐水泥。
进一步的，所述的缓凝剂为海菜粉，由海菜粉和水按照1：130的重量份比配制成溶液。
进一步的，所述的膨胀剂为氧化钙-硫酸钙复合膨胀剂。
进一步的，所述的减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为20-35％。
一种井下矿用的高流态封孔材料的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：按照水与封孔材料的重量份比为(0.8-1):1混合，搅拌均匀成浆状，通过注浆泵将浆体输送至抽采管。
本发明的有益效果：
本发明高流态封孔材料中采用超细水泥，使封孔材料可以有效渗入钻孔煤层裂隙中，提高了注浆效率以及封孔质量；减水剂的添加使得水泥的需水量降低，提高了水泥的流动性；膨胀剂的添加提高了水泥的膨胀性，改善了水泥收缩，不会产生孔隙，从而加强了水泥的密封效果；缓凝剂的添加可以有效减少超细水泥材料水化热，保证封孔安全。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种井下矿用的高流态封孔材料，高流态封孔材料按重量份计包括：超细水泥95-105份、缓凝剂0.03-0.05份、减水剂0.2-0.5份、膨胀剂8-10份；将上述原料按重量份进行配料，混合均匀，获得封孔材料。
超细水泥为超细硅酸盐水泥，外观为灰色粉末，D90实测值为12.6μm，D50实测值为5μm，各项技术参数和指标均符合《超细硅酸盐水泥》(GB/T35161-2017)的要求；超细硅酸盐水泥化学组成如表1所示。
缓凝剂为海菜粉，海菜粉外观为白色粉末，易溶于水，溶液无色透明的粘稠液体，在使用时，由海菜粉和水按照1：130的重量份比配制成溶液。
膨胀剂为氧化钙-硫酸钙复合膨胀剂(HCSA)，外观为灰白色粉末；氧化钙-硫酸钙复合膨胀剂(HCSA)化学组成如表1所示。
表1
所述的减水剂为聚羧酸减水剂(PCE)，为白色粉末状，易溶于水，减水率为20-35％。
实施例1
高流态封孔材料按重量份计包括：超细硅酸盐水泥100份，缓凝剂0.03份、减水剂0.4份、膨胀剂9份。
高流态封孔材料中缓凝剂在使用时，和水按照1：130的重量份比先配制成溶液，再按重量份配比与其他材料混合。
将上述原料中的各物质相互混合均匀，称量后与水按照重量份比1：0.8的比例进行混合，搅拌均匀后倒入模具，固定成型。
按照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，测定流动性，以浆液在水平玻璃板上的扩散直径(mm)表示，圆模尺寸为上口直径为：36mm、下口直径为：60mm、高度为：60mm；将搅拌均匀的水泥浆液导入圆模中，刮平表面，迅速提起圆模，水泥浆液流动结束后，测量相互垂直的两个直径的平均值作为最大流动性。
按照(GB/T1346—2011)《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测量凝结时间，采用水泥净浆标准稠度凝结时间测定仪(维卡仪)测量凝结时间，先将维卡仪调零，然后将新型封孔材料加水混合均匀后倒入试模内，刮平后放入养护箱中进行养护，最后按照国标的规定进行材料初凝与终凝时间的测定。
按照(GB/T50080-2016)试样的强度测试参考《水泥胶砂强度测试标准》，使用RMT单轴压力机，测试不同龄期结石体抗压强度，指标参数如下表2所示。
表2
实施例2
高流态封孔材料按重量份计包括：超细硅酸盐水泥95份，缓凝剂0.04份、减水剂0.4份、膨胀剂9份。
高流态封孔材料中缓凝剂在使用时，和水按照1：130的重量份比先配制成溶液，再按重量份与其他材料混合。
将上述原料中的各物质相互混合均匀，称量后与水按照重量份比1：0.9的比例进行混合，搅拌均匀后倒入模具，固定成型。
按照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，测定流动性，以浆液在水平玻璃板上的扩散直径(mm)表示，圆模尺寸为上口直径为：36mm、下口直径为：60mm、高度为：60mm；将搅拌均匀的水泥浆液导入圆模中，刮平表面，迅速提起圆模，水泥浆液流动结束后，测量相互垂直的两个直径的平均值作为最大流动性。
按照(GB/T1346—2011)《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测量凝结时间，采用水泥净浆标准稠度凝结时间测定仪(维卡仪)测量凝结时间，先将维卡仪调零，然后将新型封孔材料加水混合均匀后倒入试模内，刮平后放入养护箱中进行养护，最后按照国标的规定进行材料初凝与终凝时间的测定。
按照(GB/T50080-2016)试样的强度测试参考《水泥胶砂强度测试标准》，使用RMT单轴压力机，测试不同龄期结石体抗压强度；指标参数如下表3所示。
表3
实施例3
高流态封孔材料按重量份计包括：超细硅酸盐水泥105份，缓凝剂0.03份、减水剂0.5份、膨胀剂10份。
高流态封孔材料中缓凝剂在使用时，和水按照1：130的重量份比先配制成溶液，再按重量份配比与其他材料混合。
将上述原料中的各物质相互混合均匀，称量后与水按照重量份比1：0.9的比例进行混合，搅拌均匀后倒入模具，固定成型。
按照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，测定流动性，以浆液在水平玻璃板上的扩散直径(mm)表示，圆模尺寸为上口直径为：36mm、下口直径为：60mm、高度为：60mm；将搅拌均匀的水泥浆液导入圆模中，刮平表面，迅速提起圆模，水泥浆液流动结束后，测量相互垂直的两个直径的平均值作为最大流动性。
按照(GB/T1346—2011)《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测量凝结时间，采用水泥净浆标准稠度凝结时间测定仪(维卡仪)测量凝结时间，先将维卡仪调零，然后将新型封孔材料加水混合均匀后倒入试模内，刮平后放入养护箱中进行养护，最后按照国标的规定进行材料初凝与终凝时间的测定。
按照(GB/T50080-2016)试样的强度测试参考《水泥胶砂强度测试标准》，使用RMT单轴压力机，测试不同龄期结石体抗压强度；指标参数如下表4所示。
表4
实施例4
高流态封孔材料按重量份计包括：超细硅酸盐水泥95份，缓凝剂0.05份、减水剂0.5份、膨胀剂9份。
高流态封孔材料中缓凝剂在使用时，和水按照1：130的重量份比先配制成溶液，再按重量份配比与其他材料混合。
将上述原料中的各物质相互混合均匀，称量后与水按照重量份比1：0.9的比例进行混合，搅拌均匀后倒入模具，固定成型。
按照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，测定流动性，以浆液在水平玻璃板上的扩散直径(mm)表示，圆模尺寸为上口直径为：36mm、下口直径为：60mm、高度为：60mm；将搅拌均匀的水泥浆液导入圆模中，刮平表面，迅速提起圆模，水泥浆液流动结束后，测量相互垂直的两个直径的平均值作为最大流动性。
按照(GB/T1346—2011)《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测量凝结时间，采用水泥净浆标准稠度凝结时间测定仪(维卡仪)测量凝结时间，先将维卡仪调零，然后将新型封孔材料加水混合均匀后倒入试模内，刮平后放入养护箱中进行养护，最后按照国标的规定进行材料初凝与终凝时间的测定。
按照(GB/T50080-2016)试样的强度测试参考《水泥胶砂强度测试标准》，使用RMT单轴压力机，测试不同龄期结石体抗压强度；指标参数如下表5所示。
表5
实施例5
高流态封孔材料按重量份计包括：超细硅酸盐水泥100份，缓凝剂0.05份、减水剂0.3份、膨胀剂9份。
高流态封孔材料中缓凝剂在使用时，和水按照1：130的重量份比先配制成溶液，再按重量份配比与其他材料混合。
将上述原料中的各物质相互混合均匀，称量后与水按照重量份比1：0.9的比例进行混合，搅拌均匀后倒入模具，固定成型。
按照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，测定流动性，以浆液在水平玻璃板上的扩散直径(mm)表示，圆模尺寸为上口直径为：36mm、下口直径为：60mm、高度为：60mm；将搅拌均匀的水泥浆液导入圆模中，刮平表面，迅速提起圆模，水泥浆液流动结束后，测量相互垂直的两个直径的平均值作为最大流动性。
按照(GB/T1346—2011)《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测量凝结时间，采用水泥净浆标准稠度凝结时间测定仪(维卡仪)测量凝结时间，先将维卡仪调零，然后将新型封孔材料加水混合均匀后倒入试模内，刮平后放入养护箱中进行养护，最后按照国标的规定进行材料初凝与终凝时间的测定。
按照(GB/T50080-2016)试样的强度测试参考《水泥胶砂强度测试标准》，使用RMT单轴压力机，测试不同龄期结石体抗压强度；指标参数如下表6所示。
表6
一种井下矿用的高流态封孔材料的使用方法，使用方法包括：水与封孔材料的重量份比为(0.8-1):1混合，搅拌均匀成浆状，通过注浆泵将浆体输送至抽采管。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (9)
1.一种井下矿用的高流态封孔材料，其特征在于，所述高流态封孔材料按重量份计包括：超细水泥95-105份；缓凝剂0.03-0.05份、减水剂0.2-0.5份、膨胀剂8-10份。
2.根据权利要求1所述的一种井下矿用的高流态封孔材料,其特征在于，所述超细水泥100份，缓凝剂0.03份、减水剂0.4份、膨胀剂9份。
3.根据权利要求1所述的一种井下矿用的高流态封孔材料,其特征在于，所述超细水泥105份，缓凝剂0.03份、减水剂0.5份、膨胀剂10份。
4.根据权利要求1所述的一种井下矿用的高流态封孔材料,其特征在于，所述超细水泥95份，缓凝剂0.05份、减水剂0.5份、膨胀剂9份。
5.根据权利要求1所述的一种井下矿用的高流态封孔材料，其特征在于，所述超细水泥为型超细硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的一种井下矿用的高流态封孔材料，其特征在于，所述的缓凝剂为海菜粉，由海菜粉和水按照1：130的重量份比配制成溶液。
7.根据权利要求1所述的一种井下矿用的高流态封孔材料，其特征在于，所述的膨胀剂为氧化钙-硫酸钙复合膨胀剂。
8.根据权利要求1所述的一种井下矿用的高流态封孔材料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为20-35％。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种井下矿用的高流态封孔材料的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：按照水与封孔材料的重量份比为(0.8-1):1混合，搅拌均匀成浆状，通过注浆泵将浆体输送至抽采管。
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