[发明专利]矿用封孔固化膨胀材料及其制备方法

说明书

本发明涉及矿用封孔材料技术领域，特别涉及一种矿用封孔固化膨胀材料及其制备方法，以质量份计，原料包括：水泥97‑118份，粉煤灰28‑31份，水56‑66份，膨胀剂2.9‑3.9份，稳定剂3.8‑4.7份；稳定剂为酸或酸盐类；膨胀剂选用粒径为0.10‑0.26μm的亚微米铝粉，更容易进入钻孔微缝隙起到更好的封堵效果，填充水泥颗粒与粉煤灰颗粒之间以及粉煤灰粒子之间的空隙；同时加入的缓凝剂与铝粉膨胀体系协同使用，膨胀材料初凝时间大于达到最终膨胀率80％时间且材料表面无贯穿气孔，避免了矿用封孔材料固化时间过长及固化和膨胀时间不匹配问题；稳定剂可以抑制缓凝剂或水和膨胀剂过快反应产生气体，进而更好的匹配膨胀时间与固化时间，也大大提高膨胀剂在高湿环境下稳定性。

技术领域

本发明涉及矿用封孔材料技术领域，特别涉及一种矿用封孔固化膨胀材料及其制备方法。

背景技术

瓦斯抽采和多数瓦斯治理措施均需通过实施钻孔来实现，钻孔封孔质量直接影响钻孔能效的发挥。钻孔抽采瓦斯过程中，钻孔封孔质量影响抽采的浓度，孔口抽采负压，是决定抽采的关键。目前水泥基封孔材料是目前我国煤矿用量最大，应用最为广泛的封孔材料：将水泥熟料与水搅拌混合制成流动水泥浆(水泥砂浆)，利用注浆泵将浆液注入钻孔内。水泥封孔成本低，原料来源广泛，易于操作，且封孔深度大。普通膨胀水泥封孔材料膨胀受温湿度影响大，稳定性差，且固化和膨胀时间难以匹配，除此之外还存在以下缺陷：在井下高湿环境下固化时间长、早期强度低，易收缩产生裂隙和抗冲击性差的问题，需要进一步对其进行改性处理。

发明内容

为解决以上技术问题中至少一个方面，本发明提供一种矿用封孔固化膨胀材料，对上述各种封孔材料的不足之处加以补充完善，该材料流动性好，可以对钻孔周围裂隙进行有效封堵，针对膨胀剂加入优化的稳定剂，固化时膨胀剂膨胀性稳定，受到温湿度影响小，始终维持较好的固化及膨胀时间匹配度；且材料本身具有膨胀性对普通水泥固化后易收缩的缺陷加以完善且具有较好的早期强度，固化后可以对钻孔密封段形成有效的支护；从而大幅度提升钻孔整体结构构件的承载能力与使用性能和针对多种类型钻孔通用封堵性；另外，该固化膨胀材料能提高结构的耐久性，并具有良好的工作性能、高体积稳定性和经济性；同时加入优选的早强剂，改善固化膨胀材料早期强度；同时优化缓凝剂体系和铝粉膨胀剂协同作用，使得膨胀时间和固化膨胀材料固化时间较好的匹配。

本发明提供一种矿用封孔固化膨胀材料，以质量份计，原料组成包括：

水泥97-118份，粉煤灰28-31份，水56-66份，膨胀剂2.9-3.9份，稳定剂3.8-4.7份。

稳定剂为聚磷酸盐、有机膦酸盐、聚丙烯酸盐、聚丙烯酸盐共聚物中一种或多种，进一步优选为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸和聚丙烯酸盐XT-1100中一种或多种；在膨胀材料浆液具有稳定抗分层效果，同时可以选择性提高铝粉膨胀剂的稳定性，延迟膨胀反应，进一步地，优选粒径为0.10-0.26μm的亚微米铝粉膨胀剂对稳定剂最敏感，具有最低的反应速率和延迟反应现象。

较传统的封孔材料增加了粉煤灰，采用燃煤工艺先进的电厂生产的优质Ⅰ级特细粉煤灰；其品质应不低于国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596－2005等相关标准的规定要求，且其细度0.045mm方孔筛余不大于10％，烧失量不大于3％，SO₃含量不大于2％，含水量不大于1％，需水量比不大于95％，比表面积大于700m²/kg。

优选的，粉煤灰的平均粒径为3-6μm。

进一步地，优选的膨胀剂为亚微米铝粉。

进一步地，所述膨胀剂限制膨胀率不小于0.05％。