[发明专利]一种新型瓦斯抽采封孔剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于工矿领域，特别涉及一种新型瓦斯抽采封孔剂及制备方法。

背景技术

瓦斯是采矿过程中遇到的首要技术难题，煤层井下瓦斯抽采是治理煤层瓦斯的有效方法，其中钻孔是煤层瓦斯治理的基础技术手段，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。

现阶段我国煤层使用的封孔料多为高分子材料和水泥砂浆封孔料，前者封孔后抗压强度低，在岩层应力作用下容易发生变形收缩，有一定毒性、易燃、部分材料遇水失效，密封效果差，且价格非常高，封孔成本昂贵。后者若用硅酸盐水泥凝固后不膨胀反而略有收缩，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；若用硫铝酸盐水泥固结时内部会产生一些微裂纹，使材料失去密闭作用。

另外，粉煤灰、赤泥作为一种常用的封孔剂原料，其活性激发的问题一直是本领域技术难点。粉煤灰作为一种具有潜在活性的火山灰质粉末，其化学成分以SiO₂、Al₂O₃及其它金属氧化物为主。由于粉煤灰中硅铝玻璃相的化学活性低，即硅铝酸盐所构成的三维空间网络结构玻璃体在碱的作用下，网络聚集体的解聚能力低。此外，灰中CaO与SiO₂的比值大小也对粉煤灰的火山灰活性起决定作用。当粉煤灰中的氧化钙含量较高时,有一定的胶凝性能。理论上认为，粉煤灰补充氧化钙就可能水化、硬化而形成强度，但实际研究和利用表明，只向粉煤灰中补充氧化钙，虽能激发灰的活性，但在常温常压下，其强度特别是早期强度偏低。而赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的极细颗粒强碱性固体废物，赤泥的活性主要来自氧化铝生产流程中的烧结过程。铝土矿、石灰石及碱粉在烧结过程中发生以下主要化学反应：

Al₂O₃+Na₂CO₃＝Na₂O·Al₂O₃+CO₂↑

Fe₂O₃+Na₂CO₃＝Na₂O·Fe₂O₃+CO₂↑

SiO₂+2CaO＝2CaO·SiO₂

同时还生成部分铝酸三钙、铁铝酸四钙等矿物，与硅酸盐水泥相同，硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙均属于水硬性胶凝产物，但在现有工艺对赤泥潜在活性的利用率差，难以充分发挥其活性效果。

发明内容：

针对上述问题，本发明提供一种煤层瓦斯抽采封孔剂及其制备方法，该材料膨胀效果好，提高密封效果和瓦斯抽放效率，减少钻孔数量。本发明独创地以“废物”激发“废物”活性的方式，利用赤泥、粉煤灰的潜在活性可以通过加热、活化、添加活性激发剂等进行激化的特性，以电石渣、脱硫石膏粉作为活性激发剂，再配合减水组分的使用，充分激发粉煤灰、赤泥、钢渣粉的潜在活性的同时，减少了拌合所需要的用水量，降低了材料的生产成本,且各项技术指标均满足封孔材料的要求，属于本行业首创产品。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型瓦斯抽采封孔剂,由封孔料和水组成，所述封孔料和水的质量比为1:0.35～0.8，所述封孔料的各组分重量百分比如下：赤泥25％～45％、磨细钢渣粉5％～15％、铝酸钙粉20％～35％、脱硫石膏粉2％～10％、电石渣5％～15％、粉煤灰20％～40％、填充密实剂2％～5％，调节剂0.4％～1.6％、管道输送改良剂0.2％～1.2％，各组分重量百分比之和为100％。

优选地是，所述的封孔料的各组分重量百分比如下：赤泥25％～40％、磨细钢渣粉5％～10％、铝酸钙粉20％～30％、脱硫石膏粉2％～8％、电石渣5％～13％、粉煤灰25％～30％、填充密实剂2％～5％、调节剂0.4％～1.2％、管道输送改良剂0.5％～1.2％，各组分重量百分比之和为100％。

优选的是，所述的封孔料的各组分重量百分比如下：赤泥25％～30％，磨细钢渣粉6％～9％、铝酸钙粉20％～22％、脱硫石膏粉2％～3％、电石渣8％～10％、粉煤灰27％～30％、填充密实剂3％～5％、调节剂0.4％～0.6％、管道输送改良剂0.8％～1％，各组分重量百分比之和为100％。