CN113636789A - 煤矿井下瓦斯抽采封孔材料及其制备方法 - Google Patents
煤矿井下瓦斯抽采封孔材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113636789A CN113636789A CN202110804709.7A CN202110804709A CN113636789A CN 113636789 A CN113636789 A CN 113636789A CN 202110804709 A CN202110804709 A CN 202110804709A CN 113636789 A CN113636789 A CN 113636789A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hole sealing
- sealing material
- gas extraction
- surfactant
- coal mine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 97
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 118
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 36
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 31
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 29
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 claims description 27
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 24
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 19
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 claims description 17
- 229940051841 polyoxyethylene ether Drugs 0.000 claims description 17
- 229920000056 polyoxyethylene ether Polymers 0.000 claims description 17
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 16
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- CQBLUJRVOKGWCF-UHFFFAOYSA-N [O].[AlH3] Chemical compound [O].[AlH3] CQBLUJRVOKGWCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N [O].[Si] Chemical compound [O].[Si] OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 claims description 11
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 10
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N imidazoline Chemical compound C1CN=CN1 MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- VBIIFPGSPJYLRR-UHFFFAOYSA-M Stearyltrimethylammonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C VBIIFPGSPJYLRR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- SXPWTBGAZSPLHA-UHFFFAOYSA-M cetalkonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)CC1=CC=CC=C1 SXPWTBGAZSPLHA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229960000228 cetalkonium chloride Drugs 0.000 claims description 4
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 claims description 4
- YOBWBLFILQYRFY-UHFFFAOYSA-N 2-hexadecylpyridine;hydrochloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCCC1=CC=CC=[NH+]1 YOBWBLFILQYRFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- DLNWMWYCSOQYSQ-UHFFFAOYSA-M benzyl-hexadecyl-dimethylazanium;bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)CC1=CC=CC=C1 DLNWMWYCSOQYSQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- WOWHHFRSBJGXCM-UHFFFAOYSA-M cetyltrimethylammonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C WOWHHFRSBJGXCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- SZEMGTQCPRNXEG-UHFFFAOYSA-M trimethyl(octadecyl)azanium;bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C SZEMGTQCPRNXEG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000012213 gelatinous substance Substances 0.000 abstract description 15
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 48
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 16
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 10
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 9
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 206010003497 Asphyxia Diseases 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 229960001927 cetylpyridinium chloride Drugs 0.000 description 1
- YMKDRGPMQRFJGP-UHFFFAOYSA-M cetylpyridinium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+]1=CC=CC=C1 YMKDRGPMQRFJGP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 230000002522 swelling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
- C09K8/426—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells for plugging
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
- C09K8/46—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement
- C09K8/467—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement containing additives for specific purposes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00663—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filling material for cavities or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00724—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in mining operations, e.g. for backfilling; in making tunnels or galleries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Sealing Material Composition (AREA)
Abstract
本发明涉及一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料及其制备方法，所述封孔材料，由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质85.0%～99.0%，纳米氧化物0.5%～10.0%，表面活性剂0.1%～5.0%。将硅铝酸盐物质制成粉料A，过筛率（75μm，干筛）≥90%；将纳米氧化物和表面活性剂分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为0.5%～40%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；然后将粉料A与固料B混合并搅拌均匀获得封孔材料。封孔材料与水按照质量比为1︰（5‑10）搅拌混合均匀得到凝胶状物质。本发明制备得到的封孔材料具有良好的保水性和吸水性，遇水膨胀形成凝胶状物质，该凝胶状物质不凝固，不收缩，粘结性强，可以与钻孔壁形成致密结合体，封堵裂隙。
Description
技术领域
本发明属于封孔材料制备技术领域，具体涉及一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料及其制备方法。
背景技术
我国的能源利用结构以煤炭为主，煤炭工业的可持续发展直接关系着国家能源安全。尽管目前由于我国对环境的大力改善以及政策的引导，导致煤炭在一次能源消费结构中的比重下降，但煤炭需求属于刚性需求，根据我国能源资源“富煤、贫油、少气”的特征，在可以预见的未来内，这种高度依赖煤炭资源的能源结构难以从根本上改变。
瓦斯是煤炭的伴生产物，可以作为一种宝贵的清洁资源加以利用。瓦斯在我国的储存量及其丰富，在世界煤层气资源中排在第三位。充分利用煤层气作为清洁能源，可以优化我国能源消费结构，有效缓解我国天然气短缺的危机，对保护环境和减少温室气体排放的影响更为显著。
然而，瓦斯除了是一种有效的清洁能源外，也是一种危害矿井的主要气体来源，瓦斯突出能破坏井下设施设备、致使通风系统紊乱、导致工作人员窒息，而且适当的瓦斯浓度在遇到点火源的情况下会引起瓦斯爆炸事故。
防治煤矿瓦斯灾害和实现充分利用瓦斯的根本方法就是进行瓦斯抽采。煤层瓦斯抽采中，在煤层打钻是进行瓦斯抽采的前提条件，而钻孔密封效果对瓦斯抽采负压、抽采效果以及抽采半径有着直接的影响，资料表明：抽采系统中有超过八成的空气是通过钻孔的漏气通道进入抽采系统中的，如果吸入钻孔的空气含量能够减少1/3～1/2，那么钻孔抽采瓦斯纯量就能够增加2倍左右。我国目前瓦斯抽采钻孔密封质量是比较差的，在普通工作面瓦斯预抽系统中约有65%预抽浓度达不到30%，未能达到防突规定的要求。大概有2/3的瓦斯抽采矿井封孔长度不能达到合理的封孔深度而且封孔质量差。
封孔质量在提高瓦斯抽采效率中有着重要的作用，而影响封孔质量最主要的因素是封孔材料和封孔工艺。目前煤矿企业常用的封孔材料为水泥砂浆和聚氨酯。水泥砂浆成本低廉，流动性好，抗压强度高，但是水泥本身没有膨胀能力，无法封堵近水平钻孔的顶部位置和顶部裂隙圈，造成钻孔顶部出现“月牙”空白带，此外，水泥砂浆凝固后易于收缩干裂，与孔壁结合处存在裂隙，从而影响了其封孔效果。聚氨酯材料密度小、强度大，具有良好的膨胀性能，但是聚氨酯封孔容易发生漏气现象，主要原因在于聚氨酯类材料在膨胀时温度升高，凝固降温后材料本身存在明显收缩，使得聚氨酯材料和钻孔壁之间产生收缩间隙，此外，聚氨酯材料渗透性差，很难渗入到钻孔周边微裂隙中，且材料固化后无法再次封堵动态裂隙，仍会通过钻孔周围裂隙漏气。
目前使用的水泥砂浆和聚氨酯封孔材料都是一次封孔，即使初期瓦斯抽放浓度较高，但随着大量瓦斯被抽出，煤体的弹性潜能得以释放，将使煤层发生变形、位移和卸压，钻孔周边的孔（裂）隙发育、扩张，在抽放负压的作用下外界空气易从这些孔（裂）隙通道进入孔内，从而导致瓦斯抽放浓度下降，缩短了钻孔的有效抽放寿命。
因此，开发新型的瓦斯抽采封孔材料，改善封孔质量，提高瓦斯抽采浓度是非常有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料及其制备方法，所述封孔材料具有良好的遇水膨胀性，与水形成的凝胶状物质，可以与钻孔壁形成致密结合体，封堵裂隙。
为解决以上技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质85.0%～99.0%，纳米氧化物0.5%～10.0%，表面活性剂0.1%～5.0%。
进一步地，纳米氧化物选自纳米氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌中的一种或多种。
进一步地，所述的表面活性剂由阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及高分子改性剂三部分组成，三者质量比为1︰（0.5～5）︰（1～5）。
进一步地，所述的阳离子表面活性剂选自单烷基季铵盐、双烷基季铵盐、三烷基季铵盐、阳离子咪唑啉中的一种或多种；所述的非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述的高分子改性剂为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为400万～1000万。
进一步地，硅铝酸盐物质中SiO2和Al2O3之和的质量占比为70%～90%，SiO2与Al2O3的摩尔比为3.0～9.0。
进一步地，所述的硅铝酸盐物质至少一部分具有层状结构。
进一步地，所述的层状结构选自一层硅氧四面体层和一层铝氧八面体层相连的1:1型层状结构、两层硅氧四面体层中间夹一层铝氧八面体层的2:1型层状结构的一种或两种。
根据本发明的另一方面，提供以上所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将硅铝酸盐物质制成粉料A，过筛率（75μm，干筛）≥90%；
步骤二，将纳米氧化物和表面活性剂分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为0.5%～40%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；
步骤三，将粉料A与固料B混合并搅拌均匀获得封孔材料。
进一步地，步骤一中，所述的硅铝酸盐物质首先用改性剂处理，然后再制成粉料A；所述的改性剂选自十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、氯化十六烷基吡啶、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
进一步地，封孔时，将步骤三所述的封孔材料与水按照质量比为1︰（5-10）搅拌混合均匀得到凝胶状物质。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1）本发明制备得到的封孔材料具有良好的保水性和吸水性，遇水膨胀形成凝胶状物质，该凝胶状物质不凝固，不收缩，粘结性强，可以与钻孔壁形成致密结合体，封堵裂隙。
2）本发明制备出的封孔材料在使用时，与水形成的凝胶状物质，具有触变性，在封孔后进行瓦斯抽采一定时间后，由于地应力等作用会使煤层发生变形，该物质可以发生同步变形而免受破坏，这时钻孔周围煤层孔隙、裂隙逐渐发育，形成与巷道壁面连通的漏气通道，从而导致瓦斯抽放浓度大大下降，可以再次注充该物质，密封漏气通道，提高瓦斯抽采浓度，延长有效抽采期，提高钻孔的利用率。
3）与水泥砂浆封孔材料相比，本发明制备的封孔材料使用时水料比较大，用料少，携带方便，可以降低劳动强度；与聚氨酯封孔材料相比，本发明制备的封孔材料使用时只需与一定比例的水充分搅拌混合，不发生放热等化学反应，不会出现自燃、发烟等安全隐患，而且对水分、湿气等不敏感，更安全，使用范围更广泛。
具体实施方式
本发明一种典型的实施方式提供的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，是由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质85.0%～99.0%，纳米氧化物0.5%～10.0%，表面活性剂0.1%～5.0%。
上述封孔材料配制成20g/L的试样水悬浮液时，pH为5.5～11.0。用于煤矿井下瓦斯抽采封孔时，按照以上所述的封孔材料与水的质量比为1︰（5-10），将上述封孔材料与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质。
上述封孔材料与水混合时，水分子能够进入上述封孔材料晶层间，使晶层键断裂，层距增加，引起晶格定向膨胀，形成的凝胶状物质具有较强的粘结性和触变性。封孔材料粒径极小，而且具有很不规则的表面，并带有电荷，它使得层间的羟基与水形成氢键，因而具有粘结性能。封孔材料在水介质中相互交联形成连续的网络结构，能形成溶胶或凝胶，这种溶胶或凝胶当施加外力或搅拌时具有很好的流动性和润滑性，停止施加外力后又自行恢复回凝胶状。这种优良的触变性能凝胶，能持久地均匀悬浮，无沉淀和离析。
本实施方式中，所述的纳米氧化物是对硅铝酸盐物质进行改性，以改变其层状结构的层间距，调节其遇水膨胀性能，同时提高吸水性。
优选的实施方式中，纳米氧化物选自纳米氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌中的一种或多种。
所述的表面活性剂可使硅铝酸盐物质表面形成梳状及网状结构，减少静电及团聚，提高吸水性和保水性，与水混合时形成的凝胶状物质具有高的静态稳定性。
所述的表面活性剂由阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和高分子改性剂三部分组成，三者质量比为1︰（0.5～5）︰（1～5）。
优选的实施方式中，所述的阳离子表面活性剂选自单烷基季铵盐、双烷基季铵盐、三烷基季铵盐、阳离子咪唑啉中的一种或多种，上述阳离子表面活性剂的烷基碳数为6～22，碳链结构为直链；所述的非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，其烷基碳数为6～22，碳链结构为直链；所述的高分子改性剂为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为400万～1000万。
硅铝酸盐物质含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等化学组分，其中SiO2和Al2O3之和的质量占比为70%～90%，SiO2与Al2O3的摩尔比为3.0～9.0。硅铝酸盐物质至少一部分具有层状结构，所述的层状结构选自一层硅氧四面体层和一层铝氧八面体层相连的1:1型层状结构、两层硅氧四面体层中间夹一层铝氧八面体层的2:1型层状结构中一种或两种。
硅铝酸盐物质具有的层状结构，不论是1:1型层状结构还是2:1型层状结构，晶层之间靠分子键或氢键来结合，这两种键力都很弱，晶层之间可以有水分子存在。只是，1:1型层状结构中晶层之间的主要靠氢键结合，结合键不易被打开，结合力较强，水分子不易进入晶层间。2:1型层状结构中晶层之间的主要靠分子键结合，结合键极易被打开，结合力较弱，水分子很容易进入晶层间。理想的1:1型层状结构中，SiO2与Al2O3的摩尔比为2.0；理想的2:1型层状结构中，SiO2与Al2O3的摩尔比为4.0。所以，限定SiO2与Al2O3的摩尔比为3.0～9.0时，硅铝酸盐物质会更多的含有2:1型层状结构，晶层之间的结合力较弱，有利于纳米氧化物和表面活性剂进入晶层间，改变层间距，而且水分子很容易进入晶层间，可以提高硅铝酸盐物质的遇水膨胀性。
本发明另一典型的实施方式提供一种以上所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将硅铝酸盐物质制成粉料A，过筛率（75 μm，干筛）≥90 %；
步骤二，将纳米氧化物和表面活性剂分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为0.5%～40%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；
步骤三，将粉料A与固料B混合并搅拌均匀。
优选地，上述步骤一中，所述的硅铝酸盐物质首先用改性剂处理，然后再制成粉料A；所述的改性剂选自十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、氯化十六烷基吡啶、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
下面通过一些实施例对本发明要求保护的技术方案作进一步说明。但是，实施例和对比例是用于解释本发明实施方案，并不超出本发明主题的范围，本发明保护范围不受所述实施例的限定。除非另作特殊说明，本发明中所用材料、试剂均可从本领域商业化产品中获得。
实施例1
一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质85.0%，纳米氧化物10.0%，表面活性剂5.0%。其中所述的硅铝酸盐物质含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等化学组分，其中SiO2的质量占比为66.12%，Al2O3的质量占比为12.47%，SiO2与Al2O3的摩尔比为9.00，含有两层硅氧四面体层中间夹一层铝氧八面体层的2:1型层状结构。所述的纳米氧化物为纳米氧化硅。所述的表面活性剂由阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及高分子改性剂三部分组成，三者比例为1︰0.5︰1。其中所述的阳离子表面活性剂为单烷基季铵盐，烷基碳数为6，碳链结构为直链，非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基碳数为22，碳链结构为直链，高分子改性剂为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为400万。
其制备方法是：
（1）将硅铝酸盐物质制成粉料A，过筛率（75μm，干筛）≥90 %；
（2）将纳米氧化硅、单烷基季铵盐、脂肪醇聚氧乙烯醚与阳离子聚丙烯酰胺按质量比5︰1︰0.5︰1分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为5%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；
（3）将粉料A与固料B按85︰15的质量比混合并搅拌均匀。
经检测，本实施例得到的瓦斯抽采封孔材料的pH（20 g/L悬浮液）为10.98，按封孔材料与水的质量比为1︰10与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
实施例2
一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质88.0%，纳米氧化物8.0%，表面活性剂4.0%。其中所述的硅铝酸盐物质含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等化学组分，其中SiO2的质量占比为72.73%，Al2O3的质量占比为14.24%，SiO2与Al2O3的摩尔比为8.67，含有两层硅氧四面体层中间夹一层铝氧八面体层的2:1型层状结构。所述的纳米氧化物为纳米氧化锌。所述的表面活性剂由阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及高分子改性剂三部分组成，三者比例为1︰1︰2。其中所述的阳离子表面活性剂为单烷基季铵盐，烷基碳数为22，碳链结构为直链，非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基碳数为20，碳链结构为直链，高分子改性剂为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为500万。
其制备方法是：
（1）将硅酸盐物质制成粉料A，过筛率（75μm，干筛）≥90 %；
（2）将纳米氧化锌、单烷基季铵盐、脂肪醇聚氧乙烯醚与阳离子聚丙烯酰胺按质量比8︰1︰1︰2分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为10%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；
（3）将粉料A与固料B按88︰12的质量比混合并搅拌均匀。
经检测，本实施例得到的瓦斯抽采封孔材料的pH（20 g/L悬浮液）为10.52，按封孔材料与水的质量比为1︰9与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
实施例3
一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质91.0%，纳米氧化物6.0%，表面活性剂3.0%。其中所述的硅铝酸盐物质含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等化学组分，其中SiO2的质量占比为61.22%，Al2O3的质量占比为14.98%，SiO2与Al2O3的摩尔比为6.94，含有两层硅氧四面体层中间夹一层铝氧八面体层的2:1型层状结构。所述的纳米氧化物为纳米氧化镁。所述的表面活性剂由阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及高分子改性剂三部分组成，三者比例为1︰2︰3。其中所述的阳离子表面活性剂为双烷基季铵盐，烷基碳数为6，碳链结构为直链，非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基碳数为17，碳链结构为直链，高分子改性剂为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为600万。
其制备方法是：
（1）将硅铝酸盐物质制成粉料A，过筛率（75μm，干筛）≥90 %；
（2）将纳米氧化镁、双烷基季铵盐、脂肪醇聚氧乙烯醚与阳离子聚丙烯酰胺按质量比12︰1︰2︰3分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为15%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；
（3）将粉料A与固料B按91︰9的质量比混合并搅拌均匀。
经检测，本实施例得到的瓦斯抽采封孔材料的pH（20 g/L悬浮液）为10.24，按封孔材料与水的质量比为1︰8与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
实施例4
一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质93.0%，纳米氧化物5.0%，表面活性剂2.0%。其中所述的硅铝酸盐物质含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等化学组分，其中SiO2的质量占比为55.28%，Al2O3的质量占比为14.72%，SiO2与Al2O3的摩尔比为6.37，含有两层硅氧四面体层中间夹一层铝氧八面体层的2:1型层状结构。所述的纳米氧化物为纳米氧化铝。所述的表面活性剂由阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及高分子改性剂三部分组成，三者比例为1︰3︰2。其中所述的阳离子表面活性剂为双烷基季铵盐，烷基碳数为22，碳链结构为直链，非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基碳数为15，碳链结构为直链，高分子改性剂为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为700万。
其制备方法是：
（1）用十八烷基三甲基氯化铵将硅铝酸盐物质改性后制成粉料A，过筛率（75μm，干筛）≥90 %；
（2）将纳米氧化铝、双烷基季铵盐、脂肪醇聚氧乙烯醚与阳离子聚丙烯酰胺按质量比15︰1︰3︰2分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为20%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；
（3）将粉料A与固料B按93︰7的质量比混合并搅拌均匀。
经检测，本实施例得到的瓦斯抽采封孔材料的pH（20 g/L悬浮液）为10.12，按封孔材料与水的质量比为1︰7与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
实施例5
一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质96.0%，纳米氧化物3.0%，表面活性剂1.0%。其中所述的硅铝酸盐物质含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等化学组分，其中SiO2的质量占比为59.71%，Al2O3的质量占比为18.11%，SiO2与Al2O3的摩尔比为5.59，含有两层硅氧四面体层中间夹一层铝氧八面体层的2:1型层状结构。所述的纳米氧化物为纳米氧化硅与纳米氧化铝的混合物，质量比为1︰1。所述的表面活性剂由阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及高分子改性剂三部分组成，三者比例为1︰4︰5。其中所述的阳离子表面活性剂为三烷基季铵盐，烷基碳数为22，碳链结构为直链，非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基碳数为12，碳链结构为直链，高分子改性剂为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为800万。
其制备方法是：
（1）用十六烷基二甲基苄基氯化铵将硅铝酸盐物质改性后制成粉料A，过筛率（75μm，干筛）≥90 %；
（2）将纳米氧化硅、纳米氧化铝、三烷基季铵盐、脂肪醇聚氧乙烯醚与阳离子聚丙烯酰胺按质量比15︰15︰1︰4︰5分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为25%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；
（3）将粉料A与固料B按96︰4的质量比混合并搅拌均匀。
经检测，本实施例得到的瓦斯抽采封孔材料的pH（20 g/L悬浮液）为8.64，按封孔材料与水的质量比为1︰6与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
实施例6
一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质98.5%，纳米氧化物0.5%，表面活性剂1.0%。其中所述的硅铝酸盐物质含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等化学组分，其中SiO2的质量占比为56.21%，Al2O3的质量占比为23.35%，SiO2与Al2O3的摩尔比为4.09，含有一层硅氧四面体层和一层铝氧八面体层相连的1:1型层状结构和两层硅氧四面体层中间夹一层铝氧八面体层的2:1型层状结构。所述的纳米氧化物为纳米氧化硅与纳米氧化锌的混合物，质量比为1︰1。所述的表面活性剂由阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及高分子改性剂三部分组成，三者比例为1︰5︰4。其中所述的阳离子表面活性剂为阳离子咪唑啉，烷基碳数为6，碳链结构为直链，非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基碳数为9，碳链结构为直链，高分子改性剂为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为900万。
其制备方法是：
（1） 用氯化十六烷基吡啶将硅铝酸盐物质改性后制成粉料A，过筛率（75μm，干筛）≥90 %；
（2）将纳米氧化硅、纳米氧化锌、阳离子咪唑啉、脂肪醇聚氧乙烯醚与阳离子聚丙烯酰胺按质量比2.5︰2.5︰1︰5︰4分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为0.5%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；
（3）将粉料A与固料B按98.5︰1.5的质量比混合并搅拌均匀。
经检测，本实施例得到的瓦斯抽采封孔材料的pH（20 g/L悬浮液）为6.54，按封孔材料与水的质量比为1︰5与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
实施例7
一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质99.0%，纳米氧化物0.9%，表面活性剂0.1%。其中所述的硅铝酸盐物质含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等化学组分，其中SiO2的质量占比为57.48%，Al2O3的质量占比为32.52%，SiO2与Al2O3的摩尔比为3.00，含有一层硅氧四面体层和一层铝氧八面体层相连的1:1型层状结构。所述的纳米氧化物为纳米氧化锌与纳米氧化镁的混合物，质量比为2︰1。所述的表面活性剂由阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及高分子改性剂三部分组成，三者比例为1︰5︰5。其中所述的阳离子表面活性剂为阳离子咪唑啉，烷基碳数为22，碳链结构为直链，非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基碳数为6，碳链结构为直链，高分子改性剂为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为1000万。
其制备方法是：
（1）用十二烷基苯磺酸钠将硅铝酸盐物质改性后制成粉料A，过筛率（75μm，干筛）≥90 %；
（2）将纳米氧化锌、纳米氧化镁、阳离子咪唑啉、脂肪醇聚氧乙烯醚与阳离子聚丙烯酰胺按质量比66︰33︰1︰5︰5分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为40%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；
（3）将粉料A与固料B按99︰1的质量比混合并搅拌均匀。
经检测，本实施例得到的瓦斯抽采封孔材料的pH（20 g/L悬浮液）为5.52，按封孔材料与水的质量比为1︰5与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
对比例1
其他条件与实施例1相同，不同之处仅在于不加纳米氧化物。
经检测，本实施例得到的瓦斯抽采封孔材料的pH（20 g/L悬浮液）为10.92，按封孔材料与水的质量比为1︰5与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
对比例2
其他条件与实施例1相同，不同之处仅在于不加表面活性剂。
经检测，本实施例得到的瓦斯抽采封孔材料的pH（20 g/L悬浮液）为10.94，按封孔材料与水的质量比为1︰4与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
对比例3
使用水泥砂浆封孔材料，按水泥与水的质量比为1︰2与水充分搅拌混合均匀，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
对比例4
使用聚氨酯封孔材料用于煤矿井下瓦斯抽采封孔，瓦斯抽采浓度见表1。
由实施例1和对比例1可知，实施例1得到的瓦斯封孔材料，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔时，封孔材料与水的质量比为1︰10，而对比例1得到的瓦斯封孔材料得到的瓦斯封孔材料，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔时，封孔材料与水的质量比为1︰5，可见添加纳米氧化物，可以提高吸水性。
由实施例1和对比例2可知，实施例1得到的瓦斯封孔材料，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔时，封孔材料与水的质量比为1︰10，而对比例2得到的瓦斯封孔材料得到的瓦斯封孔材料，用于煤矿井下瓦斯抽采封孔时，封孔材料与水的质量比为1︰4，可见添加表面活性剂，可以提高吸水性。
将实施例1和对比例2得到的瓦斯封孔材料分别按封孔材料与水的质量比为1︰10、1︰4与水充分搅拌混合均匀得到凝胶状物质，将该凝胶状物质在室温条件下放置。发现实施例1得到的瓦斯封孔材料与水混合形成的凝胶状物质在5个月后都没有发生变化，而对比例2得到的瓦斯封孔材料与水混合形成的凝胶状物质在1个月后就有大量水析出，可见，添加表面活性剂，可以提高保水性，具有更高的静态稳定性。
表1为实施例和对比例的瓦斯抽采浓度值，单位为%。
从表1可知，实施例1～实施例7的瓦斯抽采浓度56d后仍保持在65%以上，仍可继续进行瓦斯抽采，而使用水泥封孔材料的对比例3和使用聚氨酯封孔材料的对比例4瓦斯抽采浓度开始一段时间较高，但分别在35d和42d后下降到30%以下。本发明提供的瓦斯封孔材料可以明显提高瓦斯抽采浓度，延长有效抽采期，提高钻孔的利用率。
从表1可知，实施例1的瓦斯抽采浓度56 d后为81%，而对比例1和对比例2的瓦斯抽采浓度56 d后分别为40%、39%，实施例1的效果比对比例1和对比例2相加的效果还要好，应该是纳米氧化物和表面活性剂之间具有协同增效的结果。本发明提供的制备方法是将纳米氧化物与表面活性剂分散于水中，通过喷雾干燥的方法得到固料B，然后再与硅铝酸盐物质制成的固料A相混合得到瓦斯封孔材料。通过喷雾干燥方法制备的固料B中的纳米氧化物与表面活性剂的混合很均匀，这样在瓦斯封孔材料与水混合时，纳米氧化物在表面活性剂的作用下不会发生团聚而沉淀，分散更均匀，有利于进入硅铝酸盐物质的晶层之间，改变其层间距，调节其遇水膨胀性能，同时提高吸水性。
Claims (10)
1.一种煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：硅铝酸盐物质85.0%～99.0%，纳米氧化物0.5%～10.0%，表面活性剂0.1%～5.0%。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，其特征在于：纳米氧化物选自纳米氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，其特征在于：所述的表面活性剂由阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及高分子改性剂三部分组成，三者质量比为1︰（0.5～5）︰（1～5）。
4.根据权利要求4所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，其特征在于：所述的阳离子表面活性剂选自单烷基季铵盐、双烷基季铵盐、三烷基季铵盐、阳离子咪唑啉中的一种或多种；所述的非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述的高分子改性剂为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为400万～1000万。
5.根据权利要求1或4所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，其特征在于：硅铝酸盐物质中SiO2和Al2O3之和的质量占比为70%～90%，SiO2与Al2O3的摩尔比为3.0～9.0。
6.根据权利要求5所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，其特征在于：所述的硅铝酸盐物质至少一部分具有层状结构。
7.根据权利要求6所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料，其特征在于：所述的层状结构选自一层硅氧四面体层和一层铝氧八面体层相连的1:1型层状结构、两层硅氧四面体层中间夹一层铝氧八面体层的2:1型层状结构的一种或两种。
8.权利要求1-7任意一项所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将硅铝酸盐物质制成粉料A，过筛率（75μm，干筛）≥90 %；
步骤二，将纳米氧化物和表面活性剂分散于水中，搅拌均匀，制成固含量为0.5%～40%的浆料，喷雾干燥该浆料，得到纳米氧化物与表面活性剂的混合颗粒，为固料B；
步骤三，将粉料A与固料B混合并搅拌均匀获得封孔材料。
9.根据权利要求8所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料的制备方法，其特征在于步骤一中，所述的硅铝酸盐物质首先用改性剂处理，然后再制成粉料A；所述的改性剂选自十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、氯化十六烷基吡啶、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的煤矿井下瓦斯抽采封孔材料的制备方法，其特征在于：封孔时，将步骤三所述的封孔材料与水按照质量比为1︰（5-10）搅拌混合均匀得到凝胶状物质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110804709.7A CN113636789B (zh) | 2021-07-16 | 2021-07-16 | 煤矿井下瓦斯抽采封孔材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110804709.7A CN113636789B (zh) | 2021-07-16 | 2021-07-16 | 煤矿井下瓦斯抽采封孔材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113636789A true CN113636789A (zh) | 2021-11-12 |
| CN113636789B CN113636789B (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=78417553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110804709.7A Active CN113636789B (zh) | 2021-07-16 | 2021-07-16 | 煤矿井下瓦斯抽采封孔材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113636789B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115124978A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-30 | 湖南科技大学 | 一种瓦斯抽放钻孔凝胶封孔材料及其制备方法 |
| CN115572588A (zh) * | 2022-09-26 | 2023-01-06 | 河南理工大学 | 用于钻孔抽采的流动性凝胶封孔材料及其使用方法 |
| CN116621552A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-08-22 | 济南轨道交通集团有限公司 | 一种低浓度料浆调节剂及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102061151A (zh) * | 2009-11-13 | 2011-05-18 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种石油钻井用堵漏承压剂及其制备方法和应用 |
| US20120048548A1 (en) * | 2007-05-30 | 2012-03-01 | Baker Hughes Incorporated | Use of Nano-Sized Phyllosilicate Minerals in Viscoelastic Surfactant Fluids |
| CN104556941A (zh) * | 2015-01-04 | 2015-04-29 | 山东安实绿色开采技术发展有限公司 | 一种新型瓦斯抽采封孔剂及制备方法 |
| CN105295878A (zh) * | 2014-07-21 | 2016-02-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种纳米二氧化硅乳化堵水剂及其应用 |
| CN105523729A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-04-27 | 广西科开成林科技有限公司 | 一种高效速凝型膨润土复合防水堵漏剂 |
-
2021
- 2021-07-16 CN CN202110804709.7A patent/CN113636789B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120048548A1 (en) * | 2007-05-30 | 2012-03-01 | Baker Hughes Incorporated | Use of Nano-Sized Phyllosilicate Minerals in Viscoelastic Surfactant Fluids |
| CN102061151A (zh) * | 2009-11-13 | 2011-05-18 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种石油钻井用堵漏承压剂及其制备方法和应用 |
| CN105295878A (zh) * | 2014-07-21 | 2016-02-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种纳米二氧化硅乳化堵水剂及其应用 |
| CN104556941A (zh) * | 2015-01-04 | 2015-04-29 | 山东安实绿色开采技术发展有限公司 | 一种新型瓦斯抽采封孔剂及制备方法 |
| CN105523729A (zh) * | 2016-01-22 | 2016-04-27 | 广西科开成林科技有限公司 | 一种高效速凝型膨润土复合防水堵漏剂 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李辉等: "Nano-SiO2和Nano-CaO协同调控膨胀土胀-缩行为研究", 《实验力学》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115124978A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-30 | 湖南科技大学 | 一种瓦斯抽放钻孔凝胶封孔材料及其制备方法 |
| CN115124978B (zh) * | 2022-06-28 | 2023-09-01 | 湖南科技大学 | 一种瓦斯抽放钻孔凝胶封孔材料及其制备方法 |
| CN115572588A (zh) * | 2022-09-26 | 2023-01-06 | 河南理工大学 | 用于钻孔抽采的流动性凝胶封孔材料及其使用方法 |
| CN116621552A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-08-22 | 济南轨道交通集团有限公司 | 一种低浓度料浆调节剂及其制备方法 |
| CN116621552B (zh) * | 2023-06-08 | 2024-05-10 | 济南轨道交通集团有限公司 | 一种低浓度料浆调节剂及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113636789B (zh) | 2023-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113636789A (zh) | 煤矿井下瓦斯抽采封孔材料及其制备方法 | |
| CN102746841B (zh) | 一种油气田用添加纳米颗粒的复合泡沫体系及其制备方法 | |
| US7424913B2 (en) | Methods of using substantially hydrated cement particulates in subterranean applications | |
| CN107308583B (zh) | 矿用灭火材料添加剂及其应用 | |
| CN104650829B (zh) | 储层保护剂组合物和用于中渗透储层的钻井液及其应用 | |
| US20060166834A1 (en) | Subterranean treatment fluids comprising substantially hydrated cement particulates | |
| CN105016677A (zh) | 一种用于煤矿井下瓦斯钻孔的注浆封孔材料 | |
| CN107915455A (zh) | 灌浆填充用的复合悬砂剂及其制备和使用方法 | |
| CN114940600B (zh) | 一种全固废充填材料及其制备方法 | |
| CN105152553A (zh) | 一种基于盐化工固废物、建筑垃圾的绿色膨胀胶凝材料及制备方法及应用 | |
| Wen et al. | Experimental study and application of inorganic solidified foam filling material for coal mines | |
| CN102993615B (zh) | 一种防灭火胶体材料、制备方法和用途 | |
| CN109809788A (zh) | 一种粉煤灰基采空区灌浆材料及其制备方法 | |
| Liao et al. | Experimental investigations and field applications of chemical suppressants for dust control in coal mines | |
| CN111363527A (zh) | 一种低温高强油气井封堵剂 | |
| CN106866086A (zh) | 一种低密度油井水泥 | |
| CN106747638A (zh) | 一种泡沫混凝土主材料 | |
| CN102942428B (zh) | 高威力煤矿许用水胶炸药及其制法 | |
| CN114479787A (zh) | 一种箱涵顶进施工的减阻泥浆及其制备方法 | |
| CN110846008A (zh) | 一种油井水泥减轻外掺料 | |
| CN107892543A (zh) | 一种用于岩溶涌水的封孔材料及其制备方法与封孔方法 | |
| CN106747130B (zh) | 一种耐高温油井封堵剂 | |
| CN112341139A (zh) | 一种土壤固化剂及其制备方法和应用 | |
| CA2642930A1 (en) | Subterranean treatment fluids comprising substantially hydrated cement particulates | |
| CN113512309A (zh) | 一种硅藻尾矿保温涂料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |