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矿用多能效水泥基封孔材料的实验研究

矿用多能效水泥基封孔材料的实验研究

作者：吴海龙安徽理工大学

学位级别：硕士

我国煤矿瓦斯灾害频发,瓦斯治理形势严峻。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。目前,我国煤矿常用的封孔材料常常不能满足实际封孔要求,直接影响钻孔瓦斯抽采效率和瓦斯治理措施的... 详细信息

我国煤矿瓦斯灾害频发,瓦斯治理形势严峻。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。目前,我国煤矿常用的封孔材料常常不能满足实际封孔要求,直接影响钻孔瓦斯抽采效率和瓦斯治理措施的有效实施,威肋煤矿安全生产。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之一。针对水泥基封孔材料存在：井下高湿环境下凝固时间长、早期强度低,易收缩产生裂隙和抗冲击性能差的问题,对其进行改性处理,将在很大程度上改善我国煤矿钻孔封孔质量的形势,具有十分重要的现实意义。本文主要进行了以下实验研究：针对水泥基封孔材料在煤矿高湿环境条件下凝固时间长,早期强度低的问题,对一种新型硫酸锂复合早强剂进行研究。借助SEM、DTA等测试手段,利用正交实验研究了高相对湿度情况下,不同组成和配比下硫酸锂复合早强剂对封孔水泥早期强度的影响。当复配早强剂的组成为硫酸锂1.0%,聚羧酸0.3%,三乙醇胺0.03%,掺量为胶体总质量的1.3%时,测试结果表明,1d抗压强度为空白组的556%。硫酸锂早强剂并不改变水化产物种类,能促进水泥水化膜的破裂,加速水泥诱导期的结束,提高封孔水泥早期强度。针对水泥基封孔材料易收缩变形,产生裂隙的问题,对一种常用的水泥膨胀剂进行改性研究。基于微胶囊包裹技术和水泥“强度-膨胀协调发展”理念,对该种膨胀剂进行微胶囊包裹,以乙基纤维素为囊壁材料,控制芯/壁质量比为5:1,水浴温度75℃,利用油相分离法制得微胶囊膨胀剂。实验组较基准组膨胀率终值提高25.58‰。借助SEM、XRD等测试手段,对微胶囊及改性水泥的微观形态和水化产物进行分析,得出乙基纤维素膜层缓控释放膨胀剂参与水化反应,改性水泥中钙矾石结构密实,膨胀能得到合理利用。为提高深孔预裂爆破水泥基封孔材料抗冲击性能,采用水性环氧树脂改性封孔水泥。采用SEM等测试手段,通过试验得出水性环氧树脂E-51的合适掺量为10%,实验组抗冲击性能为基准组的2.25倍。环氧树脂在水泥环境中形成网状固化物,提高了水泥各部分之间的联结能力以及界面间的凝聚力,提高抗冲击性能。将早强、微膨胀和抗冲击改性组分复配处理,得到矿用新型多能效水泥基封孔材料。该封孔材料配方为：水泥100%+水60%+硫酸锂1%+聚羧酸0.3%+三乙醇胺0.03%+膨胀型微胶囊15%+水性环氧树脂10%+固化剂5%。其1d抗压强度是基准组的260%;膨胀率终值为3.8‰,较基准组提高25.3‰;抗冲击性能为基准组的200%。

关键词：煤矿瓦斯钻孔密封水泥基封孔材料复合早强剂膨胀剂抗冲击

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矿用水泥基封孔材料研究

河南科技 2017年第11期36卷 120-123页

作者：吴海龙陕西能源职业技术学院能源工程系陕西咸阳712000

本文首先介绍水泥基封孔材料的使用现状、水泥基膨胀剂研究现状及聚合物改性研究进展,并指出目前矿用水泥基封孔材料研究中存在改性成本高、候凝时间长、膨胀与材料强度不协调等问题。最后,对矿用水泥基封孔材料的研究方向做了展望,提... 详细信息

本文首先介绍水泥基封孔材料的使用现状、水泥基膨胀剂研究现状及聚合物改性研究进展,并指出目前矿用水泥基封孔材料研究中存在改性成本高、候凝时间长、膨胀与材料强度不协调等问题。最后,对矿用水泥基封孔材料的研究方向做了展望,提出利用工业废弃物为改性材料,以发气类、金属粉类和氧化钙类膨胀剂为研究方向,采用微胶囊等技术处理膨胀源,实现膨胀能的缓控释放。

关键词：瓦斯治理钻孔封孔封孔质量水泥基封孔材料膨胀率

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二乙二醇复配硫酸锂对水泥材料早强性能研究

河南化工 2024年第10期41卷 15-18页

作者：赵永山东能源新疆能化公司永新煤矿新疆阿克苏842000

为改善水泥基封孔材料在煤矿工作环境中存在的早期强度低、自收缩、流失率高等缺陷,以水泥为基础,添加硫酸锂和二乙二醇进行复配。通过抗压强度、流动度、凝结时间、XRD、电镜扫描(SEM)等表征,研究了复合早强剂对水泥早强效果的影响。... 详细信息

为改善水泥基封孔材料在煤矿工作环境中存在的早期强度低、自收缩、流失率高等缺陷,以水泥为基础,添加硫酸锂和二乙二醇进行复配。通过抗压强度、流动度、凝结时间、XRD、电镜扫描(SEM)等表征,研究了复合早强剂对水泥早强效果的影响。结果表明,添加质量比为0.4%的硫酸锂和质量比为0.04%二乙二醇到水泥材料中,效果最好,相较于同龄期空白组抗压强度分别提升96.59%、26.87%、25.32%、27.21%,且初终凝时间明显缩短。通过微观分析可知,硫酸锂和二乙二醇复配,加快了C_(3)S、C_(2)S的反应进程,缩短水泥凝结时间,CH和C—S—H会形成水化膜覆盖在水泥颗粒表面,使内部结构更为紧密,改善了水泥内部构造,显著提高了水泥基材料的早强性能。

关键词：水泥基封孔材料 Li 2SO 4 二乙二醇抗压强度

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瓦斯抽采钻孔封孔段注浆密封全过程分析

煤矿安全 2021年第10期52卷 1-6页

作者：杨伟东霍中刚舒龙勇郝晋伟凡永鹏薛文涛煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭科学研究总院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

为了分析瓦斯抽采钻孔封孔段注浆密封过程中封孔材料对钻孔密封性的影响,采集不同矿区水泥基封孔材料,在实验室测试其黏度、膨胀率、析水率、凝结时间及凝固后的强度参数指标,从前期封孔材料注浆到后期固结密封全过程分析各指标对钻孔... 详细信息

为了分析瓦斯抽采钻孔封孔段注浆密封过程中封孔材料对钻孔密封性的影响,采集不同矿区水泥基封孔材料,在实验室测试其黏度、膨胀率、析水率、凝结时间及凝固后的强度参数指标,从前期封孔材料注浆到后期固结密封全过程分析各指标对钻孔密封的影响。结果表明:封孔材料前期注浆时浆液黏度是衡量其流动性的关键指标,浆液黏度上升越快,流动性降低越快,封堵钻孔围岩裂隙的难度越大;中期注浆完成后,不同材料表现出膨胀性和析水性,材料的膨胀特性可为钻孔围岩提供支护作用,提高钻孔封孔段异质结构的稳定性和完整性,材料的析水性会造成钻孔壁面与封孔材料分离,漏气通道增加,密封性降低;封孔材料后期凝固后的强度与煤体差异较大形成不稳定异质结构,在应力作用下,不稳定异质结构裂隙发育,密封性降低。

关键词：瓦斯抽采水泥基封孔材料钻孔密封性水灰比黏度

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新型粉煤灰水泥早强性能影响研究

散装水泥 2020年第2期 81-82页

作者：王子航安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232000

文章通过向水泥基封孔材料添加粉煤灰的方式降低成本,并通过TG等手段研究新型早强剂氮化锂对水泥基封孔材料抗压强度的影响。结果表明,当氮化锂掺量为2%时,本实验中水泥基封孔材料早强效果最好,其1d、3d、7d、28d的抗压强度分别为7.60 ... 详细信息

文章通过向水泥基封孔材料添加粉煤灰的方式降低成本,并通过TG等手段研究新型早强剂氮化锂对水泥基封孔材料抗压强度的影响。结果表明,当氮化锂掺量为2%时,本实验中水泥基封孔材料早强效果最好,其1d、3d、7d、28d的抗压强度分别为7.60 MPa、17.84 MPa、26.48 MPa、44.90 MPa,分别比基础组强度提高了28.20%、21.30%、22.50%和16.80%。

关键词：无机早强剂水泥基封孔材料抗压强度粉煤灰