[发明专利]一种控释水化铝酸盐水泥基早强耐久封孔材料及应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿用封孔材料，特别涉及一种适用于页岩气和煤矿瓦斯抽采钻孔封孔的控释水化铝酸盐水泥基早强耐久膨胀延迟型封孔材料及其应用方法，属于矿山开采技术领域。

背景技术

目前，国内外在采矿封孔方面主要采用的密封材料有聚氨酯类发泡材料和普通水泥沙浆两大类。聚氨酯材料属于化学类灌浆材料，其操作流程简单，封孔速度快，膨胀倍率高，对煤体裂隙有一定的封堵作用而受到欢迎。但聚氨酯产品的膨胀效果易受温度、水分、配合比例等一系列的原因的影响，封孔长度达不到理想的密封状态，造成密封成本高。且该类材料易燃，有一定毒性，存在安全隐患。采用水泥砂浆封孔，材料成本低、操作方便、速度快、封孔深度较长，而且注浆对孔周围岩体的裂隙也有一定的封堵作用，封孔严密，效果较好。现在普遍应用的水泥砂浆虽然加入了水泥膨胀剂，但在水泥水化凝结过程中仍有一定程度的收缩，特别是当钻孔角度较小时易在孔内上部形成‘月牙’型空隙，从而降低封孔质量和对周围岩体裂隙的封堵作用。膨胀剂使用不当还会造成水泥凝结快，灌浆困难，浆体在膨胀过程中开裂等问题。

近年来，关于水泥膨胀剂的选取与应用有较多研究。诸如，向硅酸盐水泥中掺加一定比例的硫铝酸盐水泥或铝酸盐水泥，根据目前的研究成果，这种复合水泥中硫铝酸盐水泥或铝酸盐水泥的含量一般不宜超过10％，否则凝结时间太短，不易施工，且水泥水化后期浆体会发生开裂或强度降低；向硅酸盐水泥中掺加一定比例的生石灰和石膏，水化过程发热导致水泥水化加速，凝结时间缩短，使水泥浆体硬化与发气不协调；制备铝粉微胶囊以延缓铝粉发气，使水泥达到一定强度后发生膨胀，希望材料强度与膨胀协调发展。为了保证水泥材料的强度需要加入约10％的水性环氧树脂，使该材料的成本大幅度提高。且铝粉发气滞后，与水泥的凝结时间不易匹配，给实际施工带来困难。

发明内容

采用一定配比的铝酸盐-硅酸盐复合水泥体系，以提高水泥的早期强度且补偿浆体水化收缩的性能。本发明提供一种包覆技术延缓并控制复合水泥的水化，以获得凝结时间可控，易施工，早期强度高，膨胀持续时间长且耐久的封孔材料。

本发明采取的技术方案为：

一种控释水化铝酸盐水泥基早强耐久封孔材料的组成体系为采用一定配比的铝酸盐-硅酸盐复合水泥，其基本配比：铝酸盐水泥30-60％，硅酸盐水泥20-50％，石膏4-10％，矿渣5-20％，石灰石5-20％，膨润土3-10％，工业铝粉或铝膏0.02-2.00％，高效减水剂0.5-2.0％，两种或两种以上树脂类高分子材料0.5-5.0％。

其制备步骤如下：

(1)将石膏，矿渣，石灰石，所选用的树脂以及铝酸盐水泥熟料分别粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于10％且分别单仓贮存，硅酸盐水泥单独贮存；

(2)将铝酸盐水泥熟料与0.5-5.0％的所选树脂混合粉磨20～60min，制得包覆铝酸盐水泥；(3)将30-70％的树脂包覆铝酸盐水泥与硅酸盐水泥20-60％，石膏4-10％，矿渣5-20％，石灰石5-20％，膨润土3-10％，工业铝粉或铝膏0.02-2.00％，萘系减水剂或三聚氰胺减水剂0.5-2.0％混合15～40min，装袋密封，制得控释水化铝酸盐水泥基早强耐久封孔料(所选用减水剂若为液体，可在施工前按0.5-2.0％比例加入水中)。

所述的高效减水剂为：聚羧酸盐减水剂，氨基磺酸盐减水剂，萘系减水剂，三聚氰胺减水剂。

所述的树脂类高分子材料为：酚醛树脂，丙烯酸树脂，乳胶粉，羧甲基纤维素，聚丙烯酰胺，糊精。

一种控释水化铝酸盐水泥基早强耐久封孔材料，其应用方法如下：

将所述封孔材料，采用水/灰比0.5-0.7，搅拌3-10min后即可泵送注入所要密封的孔中，浆体的初凝时间30-90min，终凝时间70-150min；膨胀倍率10-35％，3天抗压强度15-30MPa，28天30-45MPa。铝粉发气完成后，随着铝酸盐矿物的水化，硬化浆体中形成了较多的AFt和铝胶，赋予材料较高的早期强度，补偿了硅酸盐相的水化收缩并可为材料提供微膨胀。