礦用自膨脹封孔材料的制備及性能研究.pdf

1、瓦斯抽采作為煤礦瓦斯治理最根本最有效的方法，從上世紀(jì)50年代一直沿用至今。但我國絕大多數(shù)礦井存在瓦斯抽采效率不達(dá)標(biāo)的問題。瓦斯抽采效率不達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素之一就是封孔質(zhì)量，而封孔質(zhì)量好壞又取決于封孔材料。本文以煤礦瓦斯抽采鉆孔的封孔材料為研究對象，針對現(xiàn)有封孔材料存在凝結(jié)時間長、早期強(qiáng)度低、容易開裂等問題，對封孔材料的復(fù)合配方進(jìn)行研制并測定相關(guān)性能。
　　首先，以水泥為主，與石膏、氧化鈣、膨潤土、二氧化硅等多種添加劑復(fù)合，研制出了一種

2、新型礦用自膨脹封孔材料，并通過實驗研究給出了該材料的8組配方配比。在此基礎(chǔ)上，采用線性權(quán)重法對這8組配方制備成的封孔材料的膨脹率、滲透率、泌水率、1d抗壓強(qiáng)度、流動性進(jìn)行測定，并對所占權(quán)重進(jìn)行排名。結(jié)果顯示，配方A的所得權(quán)重最大，即配方A為最優(yōu)配比，水泥、石膏、氧化鈣、膨潤土、二氧化硅、纖維素分別為46.5％、30％、20％、0.8％、5.5％、0.2％。
　　然后，利用X射線衍射儀和同步熱分析儀分別分析分析配方A水化產(chǎn)物的晶體和

3、水化產(chǎn)物的分解過程，得到不同齡期下的XRD圖譜和水化產(chǎn)物的種類，從而掌握其早強(qiáng)速凝的機(jī)理。一方面，各組分相互作用，水化過程得到促進(jìn)，鈣礬石不斷生成并相互交錯搭連，形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu);另一方面，抑制膨脹劑的水化速度，減少裂隙產(chǎn)生，并且由二氧化硅去填充所產(chǎn)生的微小裂隙，使得整體的水化產(chǎn)物既發(fā)生膨脹又致密，增強(qiáng)骨架。
　　接著，對自膨脹封孔材料的滲透特性和力學(xué)特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明:滲透率隨著齡期的增加而降低并趨于穩(wěn)定;在不同進(jìn)口壓力條

4、件下，滲透率隨著進(jìn)口壓力的增大而呈現(xiàn)先較小后增大的趨勢，在0.5MPa至0.6MPa時滲透率最低;在不同的圍壓下，其滲透率隨著圍壓的增大而減小。其靜態(tài)抗壓強(qiáng)度相比普通水泥，提高幅度明顯。1d后抗壓強(qiáng)度是普通水泥的3.22倍，28d后仍達(dá)1.59倍，具有穩(wěn)定的強(qiáng)度表現(xiàn)。采用SHPB實驗系統(tǒng)進(jìn)行單軸沖擊壓縮實驗，獲得了實驗波形，處理數(shù)據(jù)后得到應(yīng)力應(yīng)變曲線，表明材料具有明顯的應(yīng)力硬化特性。
　　最后，采用自膨脹封孔材料對五輪山煤礦瓦斯抽