[发明专利]一种瓦斯抽采封孔材料

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭开采中的瓦斯抽采封孔材料，具体讲就是一种聚氨酯/聚脲（PU/A）复合材料。该材料即可用于井下本煤层孔瓦斯抽采封孔材料，也可用于穿层孔瓦斯抽采封孔材料。 

背景技术

瓦斯是煤层气的俗称，是赋存在煤层中的烃类气体，和天然气一样，主要成分是甲烷。瓦斯易燃易爆，当空气中瓦斯浓度在5％～16％ 时，遇到火源就会爆炸，瞬间形成高温高压冲击波，并产生大量一氧化碳。长期以来，瓦斯灾害一直是制约煤矿安全、高效开采的主要技术瓶颈。尽管随着保护层开采方法及先进开采装备和瓦斯预警技术的投入应用，瓦斯灾害事故的发生频率得到有效缓解。但由于矿井采掘活动向纵深发展，煤层瓦斯赋存的“三高一低”特征（高地应力、高瓦斯含量、高瓦斯压力、低渗透率）愈加显现，煤矿瓦斯灾害事故发生的起数仍居高不下。我国高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井约占1/3，防治煤矿瓦斯事故始终是安全生产的重中之重。瓦斯灾害仍然是我国煤矿安全生产的最大危害，是威胁矿工生命的“第一杀手”。但瓦斯加以利用又是优质清洁能源，瓦斯可以用来发电，用作民用燃气，同时还是一种有广泛用途的化工原料。 

瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理与利用的根本措施和主要途径。目前国内煤矿主要采用的瓦斯抽采技术为：沿煤层走向每隔一定距离打抽采钻孔，然后直接与抽采管路连接。但由于气密性不好、抽采时间短，导致瓦斯抽采浓度和抽采量不高，很多情况下抽采的瓦斯体积分数一般在10～30％左右(有时更低)。 

因此做好抽采钻孔的封孔、提高抽采效果，是目前瓦斯抽采急待解决的问题，同时也更利于瓦斯抽采后的综合利用。我国煤矿抽采的瓦斯未能得到有效的利用，其中一个很重要的原因就是抽采出的煤矿瓦斯中低浓度瓦斯占很大比例，大部分低浓度瓦斯因缺乏利用价值而被排放到大气中去，不但造成浪费而且还造成环境污染。 

我国目前瓦斯抽采钻孔封孔材料主要有水泥砂浆和聚氨酯两种。 

采用水泥砂浆作为封孔材料的操作方法如下：用一定比例的水泥和砂掺水配成水泥砂浆，利用手工封孔或机械泵封孔，完毕后隔24～36小时待水泥凝固后才能连管进行抽放。水泥砂浆法施工周期长，而且脱水凝固后易产生收缩变形和开裂，封孔材料与钻孔孔壁和封孔管间产生裂隙。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。 

采用聚氨酯作为封孔材料的操作方法是使用双组分聚氨酯发泡材料，使双组分按一定比例混配后，用棉纱或毛巾在胶液中浸润后固定在抽采管管上迅速塞入钻孔中，胶液在钻孔与抽采管之间的开放空间内发生化学反应，发泡、自由膨胀而固化成发泡材料。该产品发泡率高，材料固化时间短，具有优异的抗腐蚀、耐老化和密封性能。该产品与钢铁、塑料等管材、矿石、硬质煤层等材料有较强的黏合力。与水泥砂浆封孔相比，具有用料少、携带方便、封孔速度快(约十几分钟，甚至更快)、省力等优点。 

因此聚氨酯封孔材料已得到普遍应用，有取代水泥砂浆的趋势。但是该封孔材料具有很大的弹性和可压缩性。煤层钻孔作为一个小型全煤巷道，在地应力和采掘干扰情况下必然发生变形和蠕变。发泡后聚氨酯的硬度远远小于煤层硬度（硬度相差一个数量级），对钻孔形不成有效支护作用，导致封孔段钻孔周围在封孔之后继续产生裂隙（后期漏气通道）。同时发泡聚氨酯自身随时间延长本身有时产生萎缩和开裂。因此以上两种原因导致瓦斯抽采浓度偏低，抽采浓度衰减过快，在很大程度上降低了瓦斯抽采效果。并且聚氨酯在反应过程中对水分敏感，对于部分高含水煤层不适用，这就限制了聚氨酯材料的适用范围。 

针对聚氨酯封孔材料的缺点，目前急需提高聚氨酯材料的力学性能及耐收缩性能以提高瓦斯抽采效果。 

发明内容