一种煤层瓦斯抽采封孔材料及制备方法和施工方法与流程

本发明属于煤层瓦斯治理，更具体地，涉及一种煤层瓦斯抽采封孔材料及制备方法和施工方法。

背景技术：

1、煤层井下瓦斯抽采依然是煤层瓦斯治理的重要方法，其中钻孔是煤层瓦斯治理的基础技术手段。钻孔成孔后一般都要求对钻孔进行密封，密封的好坏决定着抽采效果的好坏，作为密封的封孔料，其质量尤为重要。

2、现阶段煤层使用的封孔料多为聚氨酯封孔料和普通水泥砂浆封孔料，前者封孔后在岩层应力作用下容易产生收缩，材料有一定毒性、易燃、部分材料遇水失效，且价格非常高，密封效果差，封孔成本高；后者凝固后不膨胀反而略有收缩，在封水平孔时往往会在钻孔的顶端形成一个封孔空白带，无法填充钻孔顶部裂隙带。尤其是水泥砂浆的弹性形变能力差，钻孔壁内由于采动应力产生微小裂隙，封孔材料难以挤压充填。瓦斯负压抽采时巷道空气进入抽采管形成气体短路，降低了瓦斯抽放浓度。孔口负压愈高，漏气量愈大。

3、因此，目前亟待提出一种新的煤层瓦斯抽采封孔材料及制备方法和施工方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种煤层瓦斯抽采封孔材料及制备方法和施工方法。本发明的封孔材料具有较好的流动度，凝固时间短，安全性达到矿用封孔料的要求，提高了煤层瓦斯抽采钻孔的密封效果和瓦斯抽放效率。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种煤层瓦斯抽采封孔材料，该封孔材料包括a组分和b组分；

3、所述a组分包括如下组分：普通硅酸盐水泥、硫铝酸钙、聚合物乳液、生石灰和膨润土；

4、所述b组分包括如下组分：玻化微珠、羟丙基甲基纤维素和助剂。

5、根据本发明，优选地，以所述a组分的总重量计，普通硅酸盐水泥的含量为20-30％，硫铝酸钙的含量为30-60％，聚合物乳液的含量为5-20％，生石灰的含量为1-10％，膨润土的含量为5-10％；

6、以所述b组分的总重量计，玻化微珠的含量为90-95％，羟丙基甲基纤维素的含量为0.1-10％，助剂的含量为0.1-25％。

7、根据本发明，优选地，以所述a组分的总重量计，普通硅酸盐水泥的含量为20-30％，硫铝酸钙的含量为45-50％，聚合物乳液的含量为5-20％，生石灰的含量为5-6％，膨润土的含量为8-10％；

8、以所述b组分的总重量计，玻化微珠的含量为90-95％，羟丙基甲基纤维素的含量为0.1-5％，助剂的含量为0.1-10％。

9、在本发明中，玻化微珠是一种酸性玻璃质熔岩矿物质，呈球状体细小颗粒，其与生石灰混合进行反应可形成稳固体系。

10、根据本发明，优选地，以所述助剂的总重量计，所述助剂包括0.1-0.5％的发泡剂，1-20％的速凝剂，0.1-1％的引气剂。

11、根据本发明，优选地，所述速凝剂为铝氧熟料、碳酸钠和氧化钙按质量比1：(0.8-1.2)：(0.3-1)组成的混合物。

12、根据本发明，优选地，所述引气剂为砂浆引气剂。

13、根据本发明，优选地，所述发泡剂为阴离子表面活性剂。

14、根据本发明，优选地，所述聚合物乳液为丙烯酸乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液、丁苯橡胶乳液、氯丁橡胶乳液和丁腈橡胶乳液中至少一种。

15、根据本发明，优选地，所述普通硅酸盐水泥为425#和/或325#水泥。

16、根据本发明，优选地，所述膨润土为纳基膨润土。

17、根据本发明，优选地，所述a组分与所述b组分的质量比为1：(0.5-1.5)。

18、本发明第二方面提供了所述的煤层瓦斯抽采封孔材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

19、s1：将硫铝酸钙与聚合物乳液混合搅拌均匀，得到混合物；

20、s2：将所述混合物、普通硅酸盐水泥、生石灰、膨润土混合搅拌均匀，得到组分a；

21、s3：将玻化微珠、羟丙基甲基纤维素和助剂混合搅拌均匀，得到组分b。

22、根据本发明，优选地，步骤s1的搅拌速率为2000-3000r/min，搅拌温度为30-50℃，时间为20-30min。

23、根据本发明，优选地，步骤s2的搅拌速率为400-600r/min，时间为20-30min。

24、根据本发明，优选地，步骤s3的搅拌速率为400-600r/min，时间为20-30min。

25、本发明第三方面提供了所述的煤层瓦斯抽采封孔材料的施工方法，该方法包括：

26、将所述a组分与水混合搅拌均匀，得到液态a组分；将所述液态a组分与所述b组分混合搅拌均匀，得到组分混合物，注入钻孔。

27、根据本发明，优选地，水灰比(所述水的用量与所述a组分和b组分的总重量的比)为(0.8-1.2)：1。

28、根据本发明，优选地，得到组分混合物与将组分混合物注入钻孔的时间间隔为30s-10min。

29、本发明的技术方案的有益效果如下：

30、本发明的封孔材料的膨胀系数大于3％，单轴抗压强度大于28mpa，具有较好的流动度，凝固时间短，安全性达到矿用封孔料的要求，提高了煤层瓦斯抽采钻孔的密封效果和瓦斯抽放效率。

31、本发明通过硫铝酸钙，利用其中带正电性的硫铝酸钙与带负电性土壤颗粒接触，使得硫铝酸钙吸附于土壤颗粒表面，并与土壤颗粒间的界面粘结，从而实现封孔材料与钻孔孔壁的充分粘结，进而减少钻孔孔壁微小裂隙的生成。同时，本发明还通过将硫铝酸钙与聚合物乳液搅拌均匀混合，通过聚合物乳液降低界面张力，使得硫铝酸钙具有较好的流动度，实现均匀分散，从而更好的实现封孔材料与钻孔孔壁的粘结。

32、本发明还通过羟丙基甲基纤维素包覆在硫铝酸盐水泥熟料表面，起到一定包覆作用，即，施工过程中，羟丙基甲基纤维素与水接触后，形成交织状包覆膜，进一步增强封孔材料与钻孔孔壁的粘结强度和抗压强度。

33、本发明通过玻化微珠与生石灰形成的稳固反应体系，进一步增强封孔材料的抗压强度，同时，添加的玻化微珠一方面由于其空心的结构能够起到阻热的作用，又因为其质量较轻，在增加强度的同时减轻了注浆凝固后的质量，避免造成注浆凝固后由于重力作用致使封孔位置下方出现新的裂隙。

34、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种煤层瓦斯抽采封孔材料，其特征在于，该封孔材料包括a组分和b组分；

2.根据权利要求1所述的煤层瓦斯抽采封孔材料，其中，

3.根据权利要求2所述的煤层瓦斯抽采封孔材料，其中，

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的煤层瓦斯抽采封孔材料，其中，

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的煤层瓦斯抽采封孔材料，其中，

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的煤层瓦斯抽采封孔材料，其中，所述a组分与所述b组分的质量比为1：(0.5-1.5)。

7.权利要求1-6中任意一项所述的煤层瓦斯抽采封孔材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的煤层瓦斯抽采封孔材料的制备方法，其中，

9.权利要求1-6中任意一项所述的煤层瓦斯抽采封孔材料的施工方法，其特征在于，该方法包括：

10.根据权利要求9所述的煤层瓦斯抽采封孔材料的施工方法，其中，

技术总结
本发明属于煤层瓦斯治理技术领域，公开了一种煤层瓦斯抽采封孔材料及制备方法和施工方法。该封孔材料包括A组分和B组分；所述A组分包括如下组分：普通硅酸盐水泥、硫铝酸钙、聚合物乳液、生石灰和膨润土；所述B组分包括如下组分：玻化微珠、羟丙基甲基纤维素和助剂。本发明的封孔材料具有较好的流动度，凝固时间短，安全性达到矿用封孔料的要求，提高了煤层瓦斯抽采钻孔的密封效果和瓦斯抽放效率。

技术研发人员：平海龙
受保护的技术使用者：山西保海管业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13