本发明涉及一种轻质高膨钻孔密封材料及制备方法，特别是一种基于钻孔渣屑的轻质高膨钻孔密封材料及制备方法。
背景技术：
煤炭是我国的主要能源，煤矿的安全生产至关重要。而瓦斯一直以来是煤矿安全生产的重大隐患，同时瓦斯本身又是一种清洁能源。提前对瓦斯抽采是一种治理瓦斯和利用瓦斯的有效手段。而封孔材料的性能直接关系到瓦斯抽采的效率与作业的安全。
目前国内外采用的封孔密封材料主要有两类：聚氨酯类高分子材料，水泥基类封孔材料。其中聚氨酯类材料具有操作流程简单，发泡率高，膨胀性能强的优点，但是此类材料价格昂贵，易漏气，同时由于初凝时间不可调，封孔长度难以控制，尤其对于长度比较大或者倾角大的钻孔封孔时问题比较多。此外，聚氨酯类封孔材料还有毒性，对于井下作业人员的健康有危害。
现在常用的水泥基类封孔材料是以水泥主体，加了一些化学或者物理外加剂，虽然可塑性提高，有助于封孔严密，但所加膨胀剂很难形成足够的膨胀力，不能将注浆材料挤入钻孔段的周围裂隙，这些裂隙会成为初始漏气通道。水泥凝结有明显的脆性，易开裂，在凝结过程中会在注浆材料内部产生诸多裂缝，加之当前许多水泥注浆材料中添加的膨胀剂会在注浆材料内部产生许多连通气泡，两者极易成为漏气与析水的通道，导致封孔的密封性变差。
同时当前所用的外加剂种类繁多，性能参差不齐，如果选用或者配比不当，不仅凝结时间难以控制，同时还会发生离析与沉淀现象，使得浆液的和易性与可泵性大大降低，注浆封孔困难。尤其是对大倾角，长距离钻孔封孔时，这个问题尤为显著
因此，急需一种配制简单、快速反应、成本低廉，绿色环保、可泵性强、尤其适用于封孔长度大、倾角比较大钻孔的轻质高膨胀性发泡密封材料用于现场封孔实践。
技术实现要素：
本发明的目的是要提供一种配制简单、快速反应的基于钻孔渣屑的轻质高膨钻孔密封材料及制备方法，实现成本低廉，绿色环保、轻质可泵性强，尤其适用于封孔长度大、倾角比较大钻孔的现场封孔。
本发明的目的是这样实现的：该密封材料包括：封孔注浆干料和水，其中封孔注浆干料有：硅酸盐水泥、钻孔渣屑、发泡剂、粘稠剂的保水剂；
组成封孔注浆干料所需各组分的重量份分别为：2.5～3份的硅酸盐水泥，6～7份的钻孔渣屑；发泡剂、粘稠剂与保水剂的总重为封孔注浆干料中所用硅酸盐水泥和钻孔渣屑总重量的15％～20％，即占重量份为1.275～2；其中发泡剂占0.765～1.2重量份，粘稠剂占0.255～0.4重量份，保水剂占0.255～0.4重量份。
其中，所述的发泡剂为fp-6b型发泡剂。
所述的粘稠剂为甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素钠的任意两种按照1︰1～1︰2的比例混合配制而成。
所述的保水剂为聚丙烯酸钠、磺化三聚氰胺甲醛树脂和木质素磺酸钠按照1︰1～1.5︰1～1.5的比例混合配制而成。
此外注浆干料与水的重量比为：1︰0.9～1。
其制备步骤为：
(1)按比例称取硅酸盐水泥、发泡剂、粘稠剂、保水剂以及水，备用；
(2)收集钻孔渣屑，使得过滤筛分最大直径不超过5mm，连续级配为0.5～5mm，备用；
(3)将处理后的硅酸盐水泥和钻孔渣屑按照重量份为2.5～3︰6～7的比例值混合后，均匀加入重量为混合物0.9～1倍的水，并充分搅拌均匀，时间为20～25min，即可得到料浆a；
(4)将所需量的保水剂、粘稠剂和发泡剂依次加入浆料a中，然后充分搅拌均匀，15～25min后所得的料浆即为基于钻孔渣屑的轻质高膨钻孔密封材料。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明与现有的其他水泥基类封孔材料相比，具有如下优点：
(1)本发明采用的fp-6b型发泡剂的发泡倍数和发泡稳定性均达到了理想的程度，可以弥补水泥在凝结过程中干缩损失，形成较高的膨胀力对钻孔周围的裂隙起到充填作用。且fp-6b型发泡剂产生的气泡孔呈球形封闭，所以不会产生漏气和析水。加之稳定性强，故而大大提高了封孔的质量。
(2)本发明采用了甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素钠作为粘稠剂，其分子结构中的疏水主链与周围水分子通过氢键结合，提高了体系的粘度，使得浆液中各组分连接的更加紧密，同时提高了浆液的均匀稳定性，使得凝结后不易出现蜂窝与空洞现象。
(3)本发明采用的聚丙烯酸钠、磺化三聚氰胺甲醛树脂和木质素磺酸钠组成的保水剂可以明显提高浆液的工作性与和易性。
聚丙烯酸钠保水性强，使水分均匀保持于浆液中，不易散失。
磺化三聚氰胺甲醛树脂不仅保塑效果强，可以防止注浆凝结过程中裂缝出现，而且还是一种优良的泵送剂，可以提高浆液的可泵性；对于大倾角，长距离钻孔注浆封孔大为有益。
木质素磺酸钠通过其憎水基团指向水泥颗粒和钻孔渣屑表面，亲水集团指向水，构成单分子或者多分子吸附膜从而使得水泥—钻孔渣屑—水的体系处于相对稳定的状态，从而使得体系内部的孔隙体积明显减少，更加致密，强度提高且不容易产生裂缝。
(4)本发明所述的是一种基于钻孔渣屑的轻质高膨钻孔密封材料，其使用的配料全部无毒，而且还充分利用了钻孔时产生的煤岩渣屑，不仅降低了成本而且还绿色环保。该配比下的密封材料还具有快速凝结，密封性强，凝结后质量轻，强度高可对裂缝起到部分支撑作用等优点。此外本发明的可泵性强，使得其特别适用于长度比较大或倾角大的钻孔。注浆封孔材料呈浆液状，可适应现在主要使用的注浆泵或者封孔器使用，而且配制简单，同时提高了封孔的效率和质量。
具体实施方式
本发明的密封材料包括：封孔注浆干料和水，其中封孔注浆干料有：硅酸盐水泥、钻孔渣屑、发泡剂、粘稠剂的保水剂；
组成封孔注浆干料所需各组分的重量份分别为：2.5～3份的硅酸盐水泥，6～7份的钻孔渣屑；发泡剂、粘稠剂与保水剂的总重为封孔注浆干料中所用硅酸盐水泥和钻孔渣屑总重量的15％～20％，即占重量份为1.275～2；其中发泡剂占0.765～1.2重量份，粘稠剂占0.255～0.4重量份，保水剂占0.255～0.4重量份。
其中，所述的发泡剂为fp-6b型发泡剂，该发泡剂采用粉剂。
所述的粘稠剂为甲基纤维素、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素钠的任意两种按照1︰1～1︰2的比例混合配制而成。
所述的保水剂为聚丙烯酸钠、磺化三聚氰胺甲醛树脂和木质素磺酸钠按照1︰1～1.5︰1～1.5的比例混合配制而成。
此外注浆干料与水的重量比为：1︰0.9～1。
其制备步骤为：
(1)按比例称取硅酸盐水泥、发泡剂、粘稠剂、保水剂以及水，备用；
(2)收集钻孔渣屑，使得过滤筛分最大直径不超过5mm，连续级配为0.5～5mm，备用；
(3)将处理后的硅酸盐水泥和钻孔渣屑按照重量份为2.5～3︰6～7的比例值混合后，均匀加入重量为混合物0.9～1倍的水，并充分搅拌均匀，时间为20～25min，即可得到料浆a；
(4)将所需量的保水剂、粘稠剂和发泡剂依次加入浆料a中，然后充分搅拌均匀，15～25min后所得的料浆即为基于钻孔渣屑的轻质高膨钻孔密封材料。
结合以下实例，对本发明的实施例作进一步的说明，本发明的保护范围不局限于以下实例。有必要指出的是这些实例仅仅用于证实本发明而不是限制本发明的范围。
实施例1：本发明的基于钻孔渣屑的轻质高膨钻孔密封材料包括注浆干料和水，按照重量比，所需的注浆干料为：
硅酸盐水泥：3份；
钻孔渣屑：6.5份；
发泡剂(0.975份fp-6b型发泡剂(粉剂))：0.975份；
保水剂(聚丙烯酸钠，磺化三聚氰胺甲醛树脂和木质素磺酸钠各0.0875份混合配制而成)：0.2625份；
粘稠剂(0.325份羟乙基纤维素与0.65份甲基纤维素混合配制而成)：0.2625份；
此外，还需9重量份的水。
所述的轻质高膨胀性发泡密封材料制备步骤具体如下：
(1)按比例称取硅酸盐水泥、发泡剂、粘稠剂、保水剂以及水，备用。
(2)收集钻孔时产生的渣屑，并做相应处理，使得过滤筛分最大直径不超过5mm，连续级配为0.5—5mm，备用。
(3)将处理后的3重量份硅酸盐水泥和6.5重量份钻孔渣屑混合，混合过程中均匀加水并且不停地搅拌，直到9重量份水加完为止，并充分搅拌25min得到料浆a。
(4)将准备好的保水剂、粘稠剂和发泡剂依次加入料浆a中，全部加入后充分搅拌20min。所得的料浆即为用于井下封孔的一种基于钻孔渣屑的轻质高膨钻孔密封材料。