一种新型胶囊—粘液带压封孔的粘液配比方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型胶囊—粘液带压封孔的粘液配比方法，其特征在于，将浆液配制方法改进为纤维素、膨润土、钛酸酯偶联剂以一定质量分数配比再加一定体积量清水，使新粘液在流动性佳的基础上兼具一定粘度，与煤层裂隙有较好的粘合性，增大封孔密合性以及胶囊与钻孔的粘结力，使胶囊不易突出，以增强安全性能；其包括如下步骤：将浆液配制方法改进为纤维素、膨润土、钛酸酯偶联剂以一定质量分数配比再加一定体积量清水；本发明可用于利用胶囊—粘液法带压封孔测定煤层瓦斯压力时，减少封闭煤层裂隙粘液流失，使煤层压力测定误差减小。
【专利说明】
一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法
技术领域
[0001] 本发明涉及矿业工程，特别是涉及利用胶囊一粘液法带压封孔测定煤层瓦斯压 力。
【背景技术】
[0002] 煤炭作为一次性消耗能源，在未来几十年中还会对我们的生活、工业制造、发电、 金属冶炼等起到至关重要的作用。煤炭当中天然伴生着瓦斯气体。历年因为瓦斯爆炸、煤与 瓦斯突出等事故造成的人员财产损失十分巨大。因此对煤层瓦斯压力的准确测定至关重 要，而封孔的工艺以及材料的选择便成为了测定瓦斯压力的核心问题。
[0003] 现在行业中多采用的封孔方式一般有两种。一种是以硅酸盐水泥与膨胀水泥以一 定量配比调制成水泥砂浆，利用风压栗压力通过注浆管将砂浆打入到钻孔当中，但是煤层 矿压以及打钻时钻杆的扰动会导致煤层中产生裂隙，致使砂浆通过煤层裂隙流出到孔外， 造成钻孔的报废。另外一种方法是利用胶囊一粘液封孔，以封孔速度快、工艺简单、上压迅 速、可重复利用等优点在我国各大煤矿得到了广泛应用。但是对于顺层全煤孔，由于两胶囊 之间留存的浆液会因煤层中的大量裂隙而迅速流失，并不能保持浆液的压力。
[0004] 针对这种情况，提出一种新型配比的粘液代替传统的羧甲基纤维素或膨润土粘 液，并进行多组对比实验和现场的实际操作，以得到最优的粘液配比和制作方法。
【发明内容】
[0005] 1.-种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法，其特征在于，将浆液配制方法 改进为纤维素、膨润土、钛酸酯偶联剂以一定质量分数配比再加一定体积量清水，使新粘液 在流动性佳的基础上兼具一定粘度，与煤层裂隙有较好的粘合性，增大封孔密合性以及胶 囊与钻孔的粘结力，使胶囊不易突出，以增强安全性能;其包括如下步骤:将浆液配制方法 改进为纤维素、膨润土、钛酸酯偶联剂以一定质量分数配比再加一定体积量清水;本发明可 用于利用胶囊一粘液法带压封孔测定煤层瓦斯压力时，减少封闭煤层裂隙粘液流失，使煤 层压力测定误差减小。
[0006] 2.根据权利要求1所述的一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法其特征在 于，胶囊一粘液封孔器主要设备有两根直径小于80_的胶囊，两胶囊间连接着中空的钢管， 通过钻孔外连着的两个压力栗(浆栗和水栗），先将清水通过水管压注入两节胶囊中，由于 水压的作用胶囊膨胀挤压钻孔以形成两头封堵的状态，并将水压显示在水压表上；之后通 过浆栗将浆液注入到两胶囊之间，并由于压力作用渗透进入煤层周边裂隙中，以起到隔绝 气体的作用，浆压表显示的是浆液压力。
[0007] 3.根据权利要求1所述的一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法其特征在 于，考虑到对微小裂隙进行密封的设计要求，所配置的新型粘液以较高温度的水为溶剂，将 纤维素、膨润土与钛酸酯偶联剂以一定质量分数配比制成粘液。
[0008] 4.根据权利要求1所述的一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法其特征在 于，新型粘液具有以下特点：1)新型粘液具有良好的黏性;2)具有良好的流动性;3)配置比 较方便简单，符合井下作业的要求;4)封孔材料兼具了膨润土和羧甲基纤维素的优良特性； 5)由于偶联剂的存在增强了材料的界面性能，使之与煤层中的裂隙具有更大的粘合力;钛 酸酯偶联剂具有粘合性、湿润性优点，并且兼具防锈、抗氧化、阻燃特性，在井下作业中具有 良好的实用性;6)改善了膨润土沉淀分层的状态。
[0009] 5.根据权利要求1所述的一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法其特征在 于，新型粘液的成分以膨润土为主，配以一定量的羧甲基纤维素和钛酸酯偶联剂的混合物， 膨润土的主要所用为吸附性和膨胀性，并且能改善纤维素粘液的粘度，增加流动性;钛酸酯 偶联剂可以提尚湿态粘液的黏合力并增强界面性能；纤维素在保持一定粘度的基础上，起 到了保持水分和黏合的作用。
[0010] 6.根据权利要求1所述的一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法其特征在 于，通过对所需封孔材料的反复的实验，并结合现场操作经验和有效性，保持了新型粘液的 黏度，流动性，膨胀性，和煤层裂隙的黏合性优点，最终确定了新型粘液的配比为:膨润土的 质量:钛酸酯偶联剂的质量:纤维素的质量=1:0.5:0.1，再加入5倍于其体积的清水，最后 配置好的新型粘液符合井下注浆的要求。
【具体实施方式】
[0011] 1胶囊一粘液封孔法的基本原理
[0012]胶囊一粘液封孔器主要设备有两根直径小于80mm的胶囊，两胶囊间连接着中空的 钢管，通过钻孔外连着的两个压力栗(浆栗和水栗），先将清水通过水管压注入两节胶囊中， 由于水压的作用胶囊膨胀挤压钻孔以形成两头封堵的状态，并将水压显示在水压表上。之 后通过浆栗将浆液注入到两胶囊之间，并由于压力作用渗透进入煤层周边裂隙中，以起到 隔绝气体的作用，浆压表显示的是浆液压力。
[0013] 2胶囊一粘液封孔器测定瓦斯压力失效原因分析
[0014] 实际现场操作时通过水栗先将两根胶囊中填充满水利用较大的压力使胶囊膨胀 以封堵住两端，再通过浆栗打入粘液，由于压力的作用使浆液流入煤层裂隙中以填满两胶 囊之间的空隙。这种封孔工艺原理类似于"两堵一注"带压封孔方法，但由于胶囊一粘液封 孔器需要多次使用，且测定压力时间周期较短，所以其使用的粘液必须具备较长时间的流 动性和黏性，这就造成了现场实际应用时并不能达到很好的封堵煤层裂隙的效果，浆液在 煤层裂隙中会迅速流失，浆压无法保持，从而测定的瓦斯压力达不到预期值。
[0015] 现在国内各大矿区使用的粘液配比一般成分比较单一，使用比较多的有两种：（1) 羧甲基纤维素加水配浆(2)膨润土加水配浆。但是由于羧甲基纤维素溶于水的过程比较缓 慢，一般需要十小时以上才能完全溶解于70°C以上的水中，否则便形成大颗粒较多的颗粒 悬浊液，既无法满足浆液所要求的黏度，且对井下打浆作业产生了很大的影响。而且通过张 攀等研究发现，羧甲基纤维素粘液的粘度会随着时间的增长而降低，由于黏度的降低不能 充分的填堵煤层裂隙，使测压效果大打折扣。膨润土由于具有良好的吸附性，膨胀性，造浆 性等优点也常用于胶囊一粘液封孔器中粘液的配置，并且膨润土易溶于水，且其水溶液的 流动性极佳，有利于井下打浆作业。但是由于膨润土的水溶液在静置状态下容易沉淀分层， 形成明显的"液一固"分层状态，且黏性较低，对于封堵裂隙并不能起到很好的作用。
[0016] 3新型粘液的配比
[0017] 考虑到对微小裂隙进行密封的设计要求，所配置的新型粘液以较高温度的水为溶 剂，将纤维素、膨润土与钛酸酯偶联剂以一定质量分数配比制成粘液，新型粘液具有以下特 点：1)新型粘液具有良好的黏性;2)具有良好的流动性;3)配置比较方便简单，符合井下作 业的要求;4)封孔材料兼具了膨润土和羧甲基纤维素的优良特性;5)由于偶联剂的存在增 强了材料的界面性能，使之与煤层中的裂隙具有更大的粘合力。钛酸酯偶联剂具有粘合性、 湿润性等优点，并且兼具防锈、抗氧化、阻燃等特性，在井下作业中具有良好的实用性;6)改 善了膨润土沉淀分层的状态。
[0018] 新型粘液的成分以膨润土为主，配以一定量的羧甲基纤维素和钛酸酯偶联剂的混 合物，膨润土的主要所用为吸附性和膨胀性，并且能改善纤维素粘液的粘度，增加流动性； 钦酸酯偶联剂可以提尚湿态粘液的黏合力并增强界面性能等;纤维素在保持一定粘度的基 础上，起到了保持水分和黏合的作用。
[0019] 通过对所需封孔材料的反复的实验，并结合现场操作经验和有效性，保持了新型 粘液的黏度，流动性，膨胀性，和煤层裂隙的黏合性等优点，最终确定了新型粘液的配比为： 膨润土的质量:钛酸酯偶联剂的质量:纤维素的质量=1:0.5:0.1，再加入5倍于其体积的清 水，最后配置好的新型粘液符合井下注浆的要求。
[0020] 5现场实际应用实验
[0021] 此次试验选位置取某矿五盘区8#煤层一号回风巷井底，标高+540m。共计施工三个 钻孔，钻孔参数见表1。三孔中孔距离超过20m，且处于相近的同一煤层，根据地质构造发现 钻孔均有微小裂隙发育。1#、2#、3#钻孔分别使用羧甲基纤维素粘液，膨润土粘液，新型粘液 进行打浆封孔，每隔十小时观察一次浆压栗压力表的读数，共计观察70小时后的所得数据 见表2。
[0022] 表1钻孔参数 [0023]
[0024] 表2压力记录表
[0025]
[0026] 实际现场使用时需要多次对浆液进行打压，但为保证实验效果，只在第一天进行 注浆，此后几天进行观察。由表1可以看出：
[0027] 1)1#和2#粘液在钻孔中的流失较快，一般十几小时甚至几小时粘液便会流失渗透 到煤层裂隙中去，瓦斯由于少了液体的封堵，也容易从孔隙中扩散，所以所测得的瓦斯压力 偏差较大。
[0028] 2)所配置的新型粘液在实际操作时具有打压顺畅，快速的优点，且在实际测压时 能起到很好的封堵煤层裂隙的作用，所测煤层瓦斯压力符合预期压力值。
[0029] 3)3#钻孔粘液压力的衰减速度要远小于1#、2#钻孔，在井下施工作业时减少了工 作量，节约了成本。
【主权项】
1. 一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法，其特征在于，将浆液配制方法改进 为纤维素、膨润土、钛酸酯偶联剂以一定质量分数配比再加一定体积量清水，使新粘液在流 动性佳的基础上兼具一定粘度，与煤层裂隙有较好的粘合性，增大封孔密合性以及胶囊与 钻孔的粘结力，使胶囊不易突出，以增强安全性能;其包括如下步骤:将浆液配制方法改进 为纤维素、膨润土、钛酸酯偶联剂以一定质量分数配比再加一定体积量清水;本发明可用于 利用胶囊一粘液法带压封孔测定煤层瓦斯压力时，减少封闭煤层裂隙粘液流失，使煤层压 力测定误差减小。2. 根据权利要求1所述的一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法其特征在于， 胶囊一粘液封孔器主要设备有两根直径小于80mm的胶囊，两胶囊间连接着中空的钢管，通 过钻孔外连着的两个压力栗(浆栗和水栗），先将清水通过水管压注入两节胶囊中，由于水 压的作用胶囊膨胀挤压钻孔以形成两头封堵的状态，并将水压显示在水压表上；之后通过 浆栗将浆液注入到两胶囊之间，并由于压力作用渗透进入煤层周边裂隙中，以起到隔绝气 体的作用，浆压表显示的是浆液压力。3. 根据权利要求1所述的一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法其特征在于， 考虑到对微小裂隙进行密封的设计要求，所配置的新型粘液以较高温度的水为溶剂，将纤 维素、膨润土与钛酸酯偶联剂以一定质量分数配比制成粘液。4. 根据权利要求1所述的一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法其特征在于， 新型粘液具有以下特点：1)新型粘液具有良好的黏性;2)具有良好的流动性;3)配置比$父方 便简单，符合井下作业的要求;4)封孔材料兼具了膨润土和羧甲基纤维素的优良特性;5)由 于偶联剂的存在增强了材料的界面性能，使之与煤层中的裂隙具有更大的粘合力;钛酸酯 偶联剂具有粘合性、湿润性优点，并且兼具防锈、抗氧化、阻燃特性，在井下作业中具有良好 的实用性;6)改善了膨润土沉淀分层的状态。5. 根据权利要求1所述的一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法其特征在于， 新型粘液的成分以膨润土为主，配以一定量的羧甲基纤维素和钛酸酯偶联剂的混合物，膨 润土的主要所用为吸附性和膨胀性，并且能改善纤维素粘液的粘度，增加流动性;钛酸酯偶 联剂可以提尚湿态粘液的黏合力并增强界面性能；纤维素在保持一定粘度的基础上，起到 了保持水分和黏合的作用。6. 根据权利要求1所述的一种新型胶囊一粘液带压封孔的粘液配比方法其特征在于， 通过对所需封孔材料的反复的实验，并结合现场操作经验和有效性，保持了新型粘液的黏 度，流动性，膨胀性，和煤层裂隙的黏合性优点，最终确定了新型粘液的配比为:膨润土的质 量:钛酸酯偶联剂的质量:纤维素的质量= 1:0.5:0.1，再加入5倍于其体积的清水，最后配 置好的新型粘液符合井下注浆的要求。
【文档编号】C09K8/514GK106085392SQ201610533545
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】贾进章, 赵涛, 王伟, 崔铁军
【申请人】辽宁工程技术大学