CN106833568B - 一种早强型矿用封孔材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种早强型矿用封孔材料，该封孔材料以重量份计，包含以下组分：无机盐类早强组分0.1％‑8％，有机类早强组分0.1％‑0.8％，减水组分0.1％‑0.5％，余料为水泥熟料。将上述组分按配比混合，搅拌分散均匀后即可得成品。本发明的封孔材料早强效果显著，1天强度14.5MPa，3天强度26.7MPa，7天强度39.1MPa，净浆流动度大于200mm，凝结时间小于500min，在早强性能提高的同时，泵送性能不受影响，完全满足矿井瓦斯抽排和深孔爆破的封孔使用要求，并极大地缩短爆破等候时间，更加安全。且该材料能在井下现场配制，无毒无污染。本发明材料既可用于煤矿瓦斯抽采或深孔爆破过程中钻孔的密封，也可用于其它相关裂隙封堵。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿用封孔材料，具体涉及一种适用于煤矿瓦斯抽采钻孔封孔的早强型封孔材料。
背景技术
煤炭是我国的主要能源，然而在开采的过程中也伴随着许多灾害事故的发生，瓦斯突出已经成为煤矿安全生产的突出问题钻孔抽采一直是煤矿瓦斯治理的基础手段，对于钻孔抽采打好钻孔后一般都要对钻孔进行密封，而钻孔封孔是关键部分，其封孔的质量严重影响瓦斯抽放的效果。
目前煤层瓦斯压力测定、抽采钻孔的直接封孔技术为采用有机材料或无机材料封堵，包括粘土人工封孔、机械注水泥砂浆封孔、发泡聚合材料封孔。其中，粘土封孔方法封孔长度较短，黄泥遇水变软，强度难以达到使用要求。机械注水泥砂浆封孔，水泥凝结速度慢、自收缩程度大、析水现象严重，受制于煤矿开采深度越来越深，地质条件越来越复杂，水泥基封孔材料在面对高温、高湿、高腐蚀性的环境时，早期强度远远达不到煤层增透与瓦斯抽排所需的要求。中国专利CN101844902A公开了《速凝高强膨胀性矿山封孔材料》以其成本低、膨胀率高(1天最大自由膨胀率可达10％以上)取得了良好效果。但是，这种封孔材料存在早期抗压强度较低(一天固结强度仅达到3-4MPa)，凝结时间长等缺点。聚氨酯等有机发泡封孔材料反应剧烈，有大量反应热放出，有强烈的气味生成，反应速度太快，初凝时间不可调，封孔长度不易控制，而且受环境温度、湿度的影响较大。中国专利CN103724581A公开了《一种用于煤矿井下的聚氨酯瓦斯封孔材料及其制备方法》，该材料由异氰酸酯、聚醚多元醇、水玻璃复配制成，具有粘度低、膨胀倍数大、阻燃性能好等优点。但该封孔材料具有很大的弹性和可压缩性，发泡后的难以对钻孔形成有效的支护作用，导致封孔段钻孔周围在封孔后继续产生裂隙。同时由于聚氨酯对水分过于敏感，不能适用于含水量较高的煤层，昂贵的成本也限制了它的使用范围。
鉴于上述原因，针对封孔材料早期抗压强度低，成本过高，可塑性差，使用环境受到极大限制等问题，制备出本发明的早强型矿用封孔材料，本封孔材料在较短时间内即可达到较高的抗压强度，提高了封孔质量，流动性和凝结时间满足泵送要求，达到了瓦斯抽排的使用要求并缩短了深孔爆破等候时间，有效的保证了井下人员的人身及财产安全。目前国内关于此种材料还未见报道。
发明内容
技术问题：
本发明面临的技术问题是提供一种新型矿用封孔材料，使其能够大幅提高封孔材料早期强度，具有良好的流动性和可塑性的一种早强型矿用封孔材料，以解决现有封孔材料早期强度难以达到使用要求，凝结时间长，封孔长度不易控制，可塑性低，成本过高等缺点，从而提高封孔成功率。本发明也解决了现阶段矿用封孔材料无法现场直接配料的难题，且本封孔材料配置便捷，操作简单方便，选材价格低廉，无毒、环保、无污染。
技术方案
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种早强型矿用封孔材料，其特征在于：该封孔材料的组成包括无机盐类早强组分、有机物类早强组分、减水组分，余料为水泥熟料。
所述的一种早强型矿用封孔材料，其特征在于由以下重量份数比的原料组成：
无机盐类早强组分 0.1％-8％，
有机物类早强组分 0.1％-0.8％，
减水组分 0.1％-0.5％。
其中，所述无机盐类早强组分由硫氰酸盐、氟铝酸盐、甲酸盐中的一种或多种复配而成；所属有机物类早强组分为三乙醇胺、三异丙醇胺、丙二醇以及尿素中的一种或多种；所述减水组分为萘磺酸系、聚羧酸系和三聚氰胺系高效减水剂中的一种或多种。
所述的一种早强型矿用封孔材料，其特征在于：所述硫氰酸盐为硫氰酸钠、硫氰酸钙和硫氰酸钾中的一种或多种。
所述的一种早强型矿用封孔材料，其特征在于：所述氟铝酸盐氟铝酸钙。
所述的一种早强型矿用封孔材料，其特征在于：所述氟铝酸钙由碳酸钙、氧化铝和氟化钙按摩尔质量11:7:1配合、混匀、磨细，在1250℃-1350℃高温环境下煅烧一小时制成。
所述的一种早强型矿用封孔材料，其特征在于：所述甲酸盐为甲酸钠、甲酸钙中的一种或多种。
所述的一种早强型矿用封孔材料，其特征在于：使用时按配比将各组分混合，搅拌分散均匀后即可得成品。早强效果显著，1天强度14.5MPa，3天强度26.7MPa，7天强度39.1MPa，流动度不小于200mm，凝结时间不大于500min。很好的保证了在提高封孔材料强度的同时不影响其泵送性能和凝结时间，完全满足矿井瓦斯抽排和深孔爆破的使用要求。
所述的一种早强型封孔材料，其特征在于：既可用于煤矿瓦斯抽采或深孔爆破过程中对钻孔进行密封，也可用于其它相关裂隙封堵。
有益效果
由于采取了上述技术方案，本发明材料与水泥反应，提高了水泥的和易性和熟料中硅酸二钙、硅酸三钙的分解速率，促进了钙矾石晶体的生长，加快了水化反应进程。极大程度的提高了水泥基注浆材料的早期强度，有助于增强封孔材料对钻孔的支护效果。材料的所有组成部分全部来源于市售材料，方便获得，且价格低廉，环保无污染。达到了本发明的目的。
本发明材料早强效果显著，1天强度14.5MPa，3天强度26.7MPa，7天强度39.1MPa。保证了钻孔在灌浆后短期内即可达到使用要求并能达到良好的使用效果，封孔质量得到极大提高，瓦斯抽采更加持久平稳，深孔爆破更加安全可靠。
本发明材料具有良好的泵送性能(流动度大于200mm)，不延长凝结时间(凝结时间小于500min)，并且可以在井下现场配制应用，方便快捷，无毒无污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
水：40％，硫氰酸钙：0.2％，三乙醇胺：0.03％，聚羧酸系高效减水剂：0.1％。将上述物质混合，搅拌均匀后即可使用。使用时，将制备好的材料与硅酸盐水泥熟料搅拌成浆料。实验结果见表1。
表1 封孔材料性能实验结果
由表1可知，实验组相比于基准组，其流动性得到了极大提升，能够极好的满足长距离封孔的使用需要；凝结时间略长于基准组；1天抗压强度比基准组提高了66％，7天抗压强度提高了24％。其各项性能指标均能完全满足封孔材料的使用要求。
实施例2
水：40％，硫氰酸钙：0.1％，氟铝酸钙：4％，三乙醇胺：0.02％，聚羧酸系高效减水剂：0.1％。将上述物质混合，搅拌均匀后即可使用。使用时，将制备好的材料与硅酸盐水泥熟料搅拌成浆料。试验结果见表2。
表2 封孔材料性能实验结果
由表2可知，实验组初凝时间443min，终凝时间为496min；流动度为213mm；1天抗压强度为14.5MPa，7天抗压强度为39.1MPa，1天抗压强度比基准组提高了99％，7天抗压强度提高了38％。
Claims (3)
1.一种早强型矿用封孔材料，其特征在于：以重量份计，由以下组分组成：
无机盐类早强组分0.1％-8％，
有机物类早强组分0.1％-0.8％，
减水组分0.1％-0.5％，
余料为水泥熟料，
其中，所述无机盐类早强组分由硫氰酸盐、氟铝酸盐复配而成；所属有机物类早强组分为三乙醇胺、三异丙醇胺、丙二醇以及尿素中的一种或多种；所述减水组分为萘磺酸系、聚羧酸系和三聚氰胺系高效减水剂中的一种或多种；
所述硫氰酸盐为硫氰酸钙；
所述氟铝酸盐为氟铝酸钙；
所述氟铝酸钙由碳酸钙、氧化铝和氟化钙按摩尔质量11:7:1配合、混匀、磨细，在1250℃-1350℃高温环境下煅烧一小时制成。
2.根据权利要求1所述的一种早强型矿用封孔材料，其特征在于：使用时按配比将各组分混合，搅拌分散均匀后即可得成品。
3.根据权利要求1所述的一种早强型矿用封孔材料，其特征在于：用于煤矿瓦斯抽采或深孔爆破过程中对钻孔进行密封。
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