[发明专利]一种高抗水化矿用自膨胀封孔浆料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高抗水化矿用自膨胀封孔浆料的制备方法，属于矿用材料技术领域。本发明采用环氧树脂复合水泥材料作为矿用封孔材料，由于水泥封孔材料本身存在抗冲击性能差、强度低、密封性较差等缺陷，采用环氧树脂等聚合物对其进行改性，可以有效改善水泥基封孔材料的多种性能，包括抗折性、抗冲击性、强度、密封性等等，并使水泥内部结构存在的微孔得到较好的填充，提高水泥抗拉强度与耐腐蚀性，环氧树脂改性矿用水泥封孔材料性能的作用机理是：将环氧树脂和固化剂添加到水泥砂浆中随着水泥水化的持续进行，水凝胶和钙矾石晶体表面附着的树脂被固化，促使水泥与环氧树脂固化产物形成网状结构，减少，裂缝增强了水泥材料的抗冲击性能。

技术领域

本发明涉及一种高抗水化矿用自膨胀封孔浆料的制备方法，属于矿用材料技术领域。

背景技术

在大部分煤炭产区，煤炭开采的条件非常恶劣，开采深度大，很多进行开采的煤层的瓦斯含量不仅高而且瓦斯压力大，同时，煤层的透气性也十分差，地质构造复杂多变，非常容易引发瓦斯事故。瓦斯是形成煤炭过程中的一种附带产物，与煤炭几乎在同时形成。由于在煤炭形成过程中存在着生物化学过程，不同的生物化学过程会导致煤体不同的吸附性，从而导致不同煤炭中的瓦斯富集程度不同。瓦斯具有无毒、无色、无味的性质，在浓度到达一定范围内就会发生爆炸，当达到或者多于某一浓度便会导致窒息。因此，由于进行煤矿开采活动而涌出的瓦斯，不仅会污染井下环境，易发生瓦斯爆炸和人员窒息事故，威胁安全生产，而且，如果直接排放瓦斯，则会破坏臭氧层，进而促进温室效应的发生。如果可以对瓦斯进行高效抽采和利用，就可以在一定程度上缓解常规油气供应紧张的问题，同时可以减少由于瓦斯排放所造成的温室效应，进而保护环境。

煤矿瓦斯抽采钻孔的密封效果对于瓦斯抽采的效率和煤矿的安全生产具有重大影响。因此对于矿井瓦斯抽采钻孔的封孔要求高。封孔工艺和封孔材料的选择对于瓦斯抽采封孔起着举足轻重的作用。现在，煤矿主要采用的封孔工业包括机械式封孔、下套管封孔、无机非金属材料封孔、高分子有机材料封孔等，而封孔材料则包括水泥基材料、有机封孔材料等。

瓦斯抽采钻孔要保证使用时间长，不能受到开采时间的限制。因此，瓦斯抽采孔的封孔材料要具有一定的抗压能力和抗冲击性，避免在长期使用过程中出现的封孔材料破碎等问题。而水泥基封孔材料在完全水化之后的强度可达到30MPa以上，同别的瓦斯封孔材料相比具有较大长处。但是，普通硅酸盐水泥的完全水化时间在28d以上，若使用水泥进行瓦斯抽采孔的封孔，会造成封孔周期较长，导致瓦斯抽采效率低下，不能使得矿井安全高效生产的愿望达成。

水泥基封孔材料的原料丰富，拥有较强的适用性，并且单位能耗低，能最大程度的实现资源的利用，因此其拥有较大的使用市场，使用水泥基材料代替其他材料进行封孔的潜力十分巨大。但是，使用水泥基封孔材料进行封孔时，受到诸多环境因素的影响，在各种类型的作业环境中会产生各种不适应的问题。水泥呈现出粉状的形态，使用过程中通过加入水揽拌后形成浆体，发生水化反应，最终硬化达到一定强度。

目前，煤矿生产过程中，各种封孔材料均有应用，水泥基封孔材料封孔成本较低，操作简单，原料来源广泛，在煤矿封孔实践中应用广泛。水泥材料在封孔实践中有独特的优势，水泥固化后强度能够达到30MPa，具有较好的力学性能，能够对钻孔孔壁形成支撑，可以抵抗釆矿活动等地质因素诱发的扰动冲击的干扰。在带压封孔条件下，水泥浆体能够渗入钻孔孔隙内，有效封堵漏气裂隙。研究表明，水泥浆固化后与钻孔孔壁固结，其紧固程度远高于聚氨酯等发泡类封孔材料。水泥材料抗渗性能优异并且耐腐蚀，抗静电，不燃烧，防水性能较好。但是水泥材料存在一定的缺陷：

（1）随着开采深度的逐年加深，地质条件越加复杂，巷道中水分在有限空间内蒸发，相对湿度最高能达到100%。水泥封孔材料水化后长时间不能干燥固化达到煤层增透措施或抽采所需强度要求。

水泥水化后会产生干燥收缩，碳化收缩，化学收缩等，水平钻孔封孔中在孔壁与封孔材料间会形成月牙形空隙，减少有效封孔段长度，甚至形成漏气通道，增大了水平钻孔漏气的可能性。