一種新型瓦斯抽采封孔劑及制備方法
【專利說明】一種新型瓦斯抽采封孔劑及制備方法 技術領域 本發(fā)明屬于工礦領域，特別涉及一種新型瓦斯抽采封孔劑及制備方法。 【背景技術】 瓦斯是采礦過程中遇到的首要技術難題，煤層井下瓦斯抽采是治理煤層瓦斯的有效方 法，其中鉆孔是煤層瓦斯治理的基礎技術手段，成孔后一般都要求對鉆孔進行密封，密封的 好壞決定著抽采效果的好壞，作為密封的封孔料，其質量尤為重要。 現(xiàn)階段我國煤層使用的封孔料多為高分子材料和水泥砂漿封孔料，前者封孔后抗壓強 度低，在巖層應力作用下容易發(fā)生變形收縮，有一定毒性、易燃、部分材料遇水失效，密封效 果差，且價格非常高，封孔成本昂貴。后者若用硅酸鹽水泥凝固后不膨脹反而略有收縮，封 水平孔時往往會在鉆孔的頂端形成一個封孔空白帶，無法填充鉆孔頂部裂隙帶；若用硫鋁 酸鹽水泥固結時內(nèi)部會產(chǎn)生一些微裂紋，使材料失去密閉作用。 另外，粉煤灰、赤泥作為一種常用的封孔劑原料，其活性激發(fā)的問題一直是本領域技術 難點。粉煤灰作為一種具有潛在活性的火山灰質粉末，其化學成分以Si02、Al2O3及其它金 屬氧化物為主。由于粉煤灰中硅鋁玻璃相的化學活性低，即硅鋁酸鹽所構成的三維空間網(wǎng) 絡結構玻璃體在堿的作用下，網(wǎng)絡聚集體的解聚能力低。此外，灰中CaO與SiO2的比值大小 也對粉煤灰的火山灰活性起決定作用。當粉煤灰中的氧化鈣含量較高時，有一定的膠凝性 能。理論上認為，粉煤灰補充氧化鈣就可能水化、硬化而形成強度，但實際研究和利用表明， 只向粉煤灰中補充氧化鈣，雖能激發(fā)灰的活性，但在常溫常壓下，其強度特別是早期強度偏 低。而赤泥是以鋁土礦為原料生產(chǎn)氧化鋁過程中產(chǎn)生的極細顆粒強堿性固體廢物，赤泥的 活性主要來自氧化鋁生產(chǎn)流程中的燒結過程。鋁土礦、石灰石及堿粉在燒結過程中發(fā)生以 下主要化學反應： Al203+Na2C03=Na20 ?A1203+C02 個Fe203+Na2C03=Na20 ?Fe203+C02 個 Si02+2Ca0 = 2Ca0 ?SiO2 同時還生成部分鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等礦物，與硅酸鹽水泥相同，硅酸二鈣、鋁酸三 鈣、鐵鋁酸四鈣均屬于水硬性膠凝產(chǎn)物，但在現(xiàn)有工藝對赤泥潛在活性的利用率差，難以充 分發(fā)揮其活性效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
： 針對上述問題，本發(fā)明提供一種煤層瓦斯抽采封孔劑及其制備方法，該材料膨脹效果 好，提高密封效果和瓦斯抽放效率，減少鉆孔數(shù)量。本發(fā)明獨創(chuàng)地以"廢物"激發(fā)"廢物"活 性的方式，利用赤泥、粉煤灰的潛在活性可以通過加熱、活化、添加活性激發(fā)劑等進行激化 的特性，以電石渣、脫硫石膏粉作為活性激發(fā)劑，再配合減水組分的使用，充分激發(fā)粉煤灰、 赤泥、鋼渣粉的潛在活性的同時，減少了拌合所需要的用水量，降低了材料的生產(chǎn)成本，且 各項技術指標均滿足封孔材料的要求，屬于本行業(yè)首創(chuàng)產(chǎn)品。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案： 一種新型瓦斯抽采封孔劑，由封孔料和水組成，所述封孔料和水的質量比為1:0. 35? 〇. 8,所述封孔料的各組分重量百分比如下：赤泥25 %?45 %、磨細鋼渣粉5 %?15 %、鋁酸 鈣粉20 %?35 %、脫硫石膏粉2 %?10 %、電石渣5 %?15 %、粉煤灰20 %?40 %、填充密 實劑2 %?5 %，調節(jié)劑0. 4 %?1. 6 %、管道輸送改良劑0. 2 %?1. 2 %，各組分重量百分比 之和為100%。 優(yōu)選地是，所述的封孔料的各組分重量百分比如下：赤泥25 %?40 %、磨細鋼渣 粉5%?10%、鋁酸鈣粉20 %?30%、脫硫石膏粉2%?8 %、電石渣5%?13%、粉煤 灰25%?30%、填充密實劑2%?5%、調節(jié)劑0. 4%?1. 2%、管道輸送改良劑0. 5%? 1. 2 %，各組分重量百分比之和為100%。 優(yōu)選的是，所述的封孔料的各組分重量百分比如下：赤泥25%?30%，磨細鋼渣粉 6%?9%、鋁酸鈣粉20%?22%、脫硫石膏粉2%?3%、電石渣8%?10%、粉煤灰27%? 30%、填充密實劑3%?5%、調節(jié)劑0. 4%?0. 6%、管道輸送改良劑0. 8%?1%，各組分 重量百分比之和為100%。 優(yōu)選的是，所述的調節(jié)劑選自氯化鋰、碳酸鋰、硫酸鋁、鋁氧熟料中的任意兩種或兩種 以上的組合。 優(yōu)選的是，所述的管道輸送改良劑選自滑石粉、膨潤土、聚丙烯酰胺、減水劑中的任意 兩種或兩種以上的組合。 優(yōu)選的是，所述的減水劑選自木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、萘磺酸鹽甲醛縮合物管減 水劑、氨基磺酸鹽減水劑、聚羧酸減水劑、密胺系減水劑中的一種或其混合物。 優(yōu)選的是，所述封孔料和水的質量比為1:0. 5?0. 6。 本發(fā)明還提供了上述的新型瓦斯抽采封孔劑的制備方法，包括如下步驟： 1) 將赤泥、磨細鋼渣粉、鋁酸鈣粉、脫硫石膏粉、電石渣、粉煤灰、填充密實劑、調節(jié)劑、 管道輸送改良劑，混合均勻，得封孔料， 2) 向步驟1)的封孔料中加水，混合均勻，即得新型瓦斯抽采封孔劑； 所述封孔料和水的質量比為1:0. 35?0. 8 ; 所述封孔料中各組分的重量百分比為：赤泥25 %?45 %、磨細鋼渣粉5 %?15 %、鋁酸 鈣粉20 %?35 %、脫硫石膏粉2 %?10 %、電石渣5 %?15 %、粉煤灰20 %?40 %、填充密 實劑2%?5%，調節(jié)劑0. 4%?1. 6%、管道輸送改良劑0. 2%?1. 2%;各組分重量百分比 之和為100%。 本發(fā)明的新型瓦斯抽采封孔劑加水后主要水化反應如下： SiO2 (活性）+Hi1Ca(OH) 2+xH20 -Hi1CaO?SiO2 ?XH2O Al2O3 (活性）+m2Ca(OH) 2+yH20 -m2CaO?Al2O3 ?yH20 2NaA102+3Ca0+7H20 - 3Ca0 ?Al2O3 ? 6H20+2Na0H 3Ca0 ?Al2O3 ? 6H20+3 (CaSO4 ? 2H20) +20H20 - 3Ca0 ?Al2O3 ? 3CaS04 ? 32H20 本發(fā)明有益的效果是： 1、 水灰比可調。使用時水灰比按0. 35?I. 0調節(jié)； 2、 初凝時間可調。初凝時間5?120min，并根據(jù)不同的使用要求可以調整； 3、 細度細。比表面積大于600cm2/g，具有較好的流動性和填充微小裂隙效果； 4、 固化體微膨脹，由于水化產(chǎn)物中含有大量的鈣礬石，固化后伴隨一定的體積膨脹，膨 脹率>0. 03%，堵漏抗?jié)B性好。 5、 鉆孔封閉后較短時間內(nèi)能夠滿足抽放需要。水灰比為0. 5時，2小時內(nèi)強度可達2MPa 以上，一天強度可達3MPa以上，后期強度持續(xù)增長，幾個小時即可接管實施瓦斯抽采。 6、 具有"自動修復"功能。該封孔料固化體在水中長期浸泡強度不會降低，反而會繼續(xù) 升高，在受壓后出現(xiàn)的微細裂隙能夠"自修復"。 【具體實施方式】 下面對本發(fā)明進行進一步的闡述。應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不 對其內(nèi)容進行限定。 實施例1 : 實驗溫度：常溫（21?25°C) 實驗器材：WDW-300E電子萬能試驗機。 將配方按照質量比：赤泥45%、磨細鋼渣粉5%、鋁酸鈣粉20%、脫硫石膏粉4%、電石 渣5%、粉煤灰20%、調節(jié)劑0. 4%、管道輸送改良劑0. 6%配取，按照水灰比為0. 6與水進 行混合后，放入試驗機進行實驗。調節(jié)劑為鋁氧熟料與氯化鋰按質量比4 :1的混合物，管 道輸送改良劑為膨潤土、木質素磺酸鈣與萘磺酸鹽甲醛縮合物減水劑以5:1:0. 5的比例混 合。
【主權項】
1. 一種新型瓦斯抽采封孔劑，由封孔料和水組成，其特征在于，所述封孔料和水的質 量比為1:0. 35?0. 8,所述封孔料的各組分重量百分比如下：赤泥25%?45%、磨細鋼渣 粉5%?15 %、鋁酸鈣粉20 %?35%、脫硫石膏粉2 %?10%、電石渣5%?15%、粉煤 灰20%?40%、填充密實劑2%?5%，調節(jié)劑0. 4%?1. 6%、管道輸送改良劑0. 2%? 1. 2 %，各組分重量百分比之和為100%。
2. 如權利要求1所述的新型瓦斯抽采封孔劑，其特征在于，所述的封孔料的各組分 重量百分比如下：赤泥25%?40%、磨細鋼渣粉5%?10%、鋁酸鈣粉20%?30%、脫硫 石膏粉2%?8%、電石渣5%?13%、粉煤灰25%?30%、填充密實劑2%?5%、調節(jié)劑 0.4%?1.2%、管道輸送改良劑0.5%?1.2%，各組分重量百分比之和為100%。
3. 如權利要求1所述的新型瓦斯抽采封孔劑，其特征在于，所述的封孔料的各組分 重量百分比如下：赤泥25%?30%，磨細鋼渣粉6%?9%、鋁酸鈣粉20%?22%、脫硫 石膏粉2%?3%、電石渣8%?10%、粉煤灰27%?30%、填充密實劑3%?5%、調節(jié)劑 0. 4%?0. 6%、管道輸送改良劑0. 8%?1%，各組分重量百分比之和為100%。
4. 如權利要求1所述的新型瓦斯抽采封孔劑，其特征在于，所述的調節(jié)劑選自氯化鋰、 碳酸鋰、硫酸鋁、鋁氧熟料中的任意兩種或兩種以上的組合。
5. 如權利要求1所述的新型瓦斯抽采封孔劑，其特征在于，所述的管道輸送改良劑選 自滑石粉、膨潤土、聚丙烯酰胺、減水劑中的任意兩種或兩種以上的組合。
6. 如權利要求5所述的新型瓦斯抽采封孔劑，其特征在于，所述的減水劑選自木質素 磺酸鈣、木質素磺酸鈉、萘磺酸鹽甲醛縮合物管減水劑、氨基磺酸鹽減水劑、聚羧酸減水劑、 密胺系減水劑中的一種或其混合物。
7. 如權利要求1所述的新型瓦斯抽采封孔劑，其特征在于，所述封孔料和水的質量比 為 1:0. 5 ?0· 6。
8. -種新型瓦斯抽采封孔劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 取赤泥、磨細鋼渣粉、鋁酸鈣粉、脫硫石膏粉、電石渣、粉煤灰、填充密實劑、調節(jié)劑、 管道輸送改良劑按一定比例混合，得封孔料， 2) 向步驟1)的封孔料中加水，混合均勻，即得新型瓦斯抽采封孔劑； 所述封孔料和水的質量比為1:0. 35?0. 8 ; 所述封孔料中各組分的重量百分比為：赤泥25 %?45 %、磨細鋼渣粉5 %?15 %、鋁酸 鈣粉20 %?35 %、脫硫石膏粉2 %?10 %、電石渣5 %?15 %、粉煤灰20 %?40 %、填充密 實劑2%?5%，調節(jié)劑0. 4%?1. 6%、管道輸送改良劑0. 2%?1. 2%;各組分重量百分比 之和為100%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型瓦斯抽采封孔劑及制備方法，由封孔料和水組成，所述封孔料和水的質量比為1:0.35～0.8，所述封孔料的各組分重量百分比如下：赤泥25％～45％、磨細鋼渣粉5％～15％、鋁酸鈣粉20％～35％、脫硫石膏粉2％～10％、電石渣5％～15％、粉煤灰20％～40％、填充密實劑2％～5％，調節(jié)劑0.4％～1.6％、管道輸送改良劑0.2％～1.2％，各組分重量百分比之和為100％。該材料膨脹效果好，提高密封效果和瓦斯抽放效率，減少鉆孔數(shù)量。本發(fā)明獨創(chuàng)地以“廢物”激發(fā)“廢物”活性的方式，充分激發(fā)粉煤灰、赤泥、鋼渣粉的潛在活性的同時，減少了拌合所需要的用水量，降低了材料的生產(chǎn)成本,且各項技術指標均滿足封孔材料的要求，屬于本行業(yè)首創(chuàng)產(chǎn)品。
【IPC分類】C04B18-30, C04B28-14
【公開號】CN104556941
【申請?zhí)枴緾N201510002549
【發(fā)明人】張國玉, 王國軍, 安伯超, 李金山, 林羿瀟, 王傳琪, 于相坤, 高林海, 王清華, 劉樂, 張盛敏, 劉敏, 申廣弟, 陳英強, 柳玉明, 呂學強, 王鳳江
【申請人】山東安實綠色開采技術發(fā)展有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月4日