一种内掺级配颗粒物的粘液类封孔剂及其制备使用方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯抽采钻孔封孔剂，具体涉及一种内掺级配颗粒物的粘液类封孔剂及其制备使用方法。

背景技术：

瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本性措施。瓦斯抽采钻孔的密封强度制约着我国煤矿瓦斯治理效果，大多数矿井的瓦斯抽采量不达标，其原因关键在于瓦斯抽采钻孔封孔效果满足不了工程要求。

目前水泥基材料是井下最常见的封孔材料，但是其浆液渗透性不足，固化后会收缩，其膨胀需要适当的养护条件。粘液对于瓦斯运移通道的封堵强于水泥基材料。对于粘液的研究早已开始，近年来主要用于封孔测压，对于瓦斯抽采钻孔来说，粘液粘度太大，无法注浆，粘液粘度过小，浆液先渗入5mm以上大尺度裂隙，然后在抽采负压的影响下会渗入抽采管，引起不必要的损失，且注入抽采钻孔内的粘液会随着时间慢慢减少，这是由于周围环境的影响，和采场应力的变化导致。因此粘液的现场应用必须考察粘液的体系稳定性和封堵有效性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种内掺级配颗粒物的粘液类封孔剂，在兼顾封孔质量、封孔效果和工艺操作简单程度的基础上，解决现有封孔材料无法针对多尺度钻孔围岩裂隙特性进行封堵，以及采动泄压后新生裂隙无法有效封堵或者封堵技术成本高、效果欠佳等问题。

本发明的目的之二是提供上述内掺级配颗粒物的粘液类封孔剂的制备使用方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种内掺级配颗粒物的粘液类封孔剂，由以下重量份的组分组成：纤维素类增稠剂4～7份，聚丙烯酸钠1～2份，明胶2～3份，级配颗粒物7～9份，非离子表面活性剂0.04～0.05份，水140～180份；

其中，级配颗粒物的粒径质量占比为5～3mm：3～1mm：1～0.4mm：0.4mm以下＝2.4～3.3：5～5.3：6～6.3：5.4～6.3。

优选的，所述纤维素类增稠剂为工业级粉末状。

优选的，所述纤维素类增稠剂为羧甲基纤维素钠(cmc)、羟乙基纤维素(ehec)、羟乙基甲基纤维素(hemc)中的一种或多种。

优选的，所述级配颗粒物为滑石粉、碳酸钙粉末、岩石粉末、氧化铝等具有不溶于水和较强力学性质的重量不大的金属氧化物级配颗粒。

优选的，所述级配颗粒物的粒径质量占比为5～3mm:3～1mm:1～0.4mm:0.4mm以下＝3:5:6:6。

优选的，所述非离子表面活性剂为椰子油脂肪酸二乙醇酰胺或非离子型聚丙烯酰胺。

本发明提供的上述内掺级配颗粒物的粘液类封孔剂的制备使用方法，首先按照材料用量分别称取水、纤维素类增稠剂、聚丙烯酸钠、级配颗粒物、非离子表面活性剂；然后将水倒入注浆桶中，随后加入称量好的其余材料，搅拌均匀，最后带压注浆，浆液在裂隙中渗透实现瓦斯抽放钻孔围岩的高效封闭；40天后检测瓦斯抽放钻孔中的瓦斯浓度，如果单孔抽放瓦斯浓度在20％以下时需要补浆，否则不需要补浆。

优选的，所述水的水温为45～55℃。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的粘液类封孔剂原料来源广，无毒无害，价格低廉；

2、本发明封孔剂配方中的级配颗粒物配比是根据实际井下瓦斯抽采钻孔围岩的多尺度裂隙发育特征研究得出，并首次运用于封孔材料颗粒级配上，极大的增强了传统粘液的封堵效果和钻孔采动应力场泄压导致的二次裂隙的生成，提高了有效密封时间。

3、涉及多尺度裂隙发育瓦斯抽放钻孔的密封以及堵漏风等，能够有效封堵钻孔围岩多尺度发育裂隙和在采动泄压影响下的新生裂隙，较水泥基等固体密封材料，提高了钻孔的密封性和抽采周期稳定性，提高了抽采钻孔的封孔质量，且40天后如果裂隙发育较好，还可进行二次补浆，显著提高了瓦斯抽采效果，延长了钻孔瓦斯的抽采期。

4、与水泥砂浆等现有技术相比，水泥砂浆的水灰比为0.8，而本发明的水与新型材料的比例为10:1，很大程度上节省了材料用量，还缩短了封孔时间，无注浆间歇凝固问题，注浆筒清洗简单，且该新型粘液类封孔剂粘液的整体粘度适合注浆，大大减少了工作人员的劳动强度，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明使用的震动筛网的结构示意图；

图中，1-筛网片，2-筛网孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种内掺级配颗粒物的粘液类封孔剂，由以下重量份的组分组成：羧甲基纤维素钠5份，聚丙烯酸钠1份，明胶2份，级配颗粒滑石粉8份，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺0.05份，水160份；

其中，级配颗粒物的粒径质量占比为5～3mm：3～1mm：1～0.4mm：0.4mm以下＝3：5：6：6。

首先按照材料用量称取50℃左右的温水、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠，级配颗粒滑石粉，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺；然后将温水倒入注浆桶中，随后加入称量好的其余材料，接着用搅拌器搅拌1.5min使得注浆桶内无大块羧甲基纤维素钠粉末，最后带压注浆，浆液在裂隙中渗透实现钻孔围岩的高效封闭。

粘液带压注入后设计稳定时间为40天，40天之后粘液可能干裂或者沿着采动泄压区域封堵新生裂隙导致粘液量不足。这时如果单孔抽放瓦斯浓度在20％以下时需要补浆，否则不需要补浆。

对于该新型粘液类封孔剂的粘度，在未加入增稠剂羧甲基纤维素钠时在50℃饱和水溶液中冷却到15℃时的粘度为350mpa/s，粘度较小，渗透性极强，级配颗粒滑石粉容易分层，对于大尺度裂隙封孔时可能在密封后，封孔剂被抽入到瓦斯抽放管中去，因此加入了聚丙烯酸钠和明胶，使得粘度增加到1200mpa/s，且时间越长粘度越大，系统稳定更好。

对于该新型粘液类封孔剂与煤壁的接触性能，在未加入表面活性剂椰子油脂肪酸二乙醇酰胺是接触角为54°，在加入椰子油脂肪酸二乙醇酰胺时接触角降低到了38°，这表明该新型粘液封孔剂更容易润湿煤壁。

实施例2

一种内掺级配颗粒物的粘液类封孔剂，由以下重量份的组分组成：羟乙基纤维素4份，聚丙烯酸钠1.5份，明胶2份，级配颗粒碳酸钙粉末7份，椰子油脂肪酸二乙醇酰胺0.05份，水140份；

其中，级配颗粒物的粒径质量占比为5～3mm：3～1mm：1～0.4mm：0.4mm以下＝2.4：5：6.3：6.3。

其制备使用方法同实施例1。

本实施例的封孔剂适用于钻孔围岩裂隙发育程度差，且钻孔直径较小的情况。

实施例3

一种内掺级配颗粒物的粘液类封孔剂，由以下重量份的组分组成：羟乙基甲基纤维素6份，聚丙烯酸钠2份，明胶2份，级配颗粒岩石粉末9份，非离子型聚丙烯酰胺0.04份，水180份；

其中，级配颗粒物的粒径质量占比为5～3mm：3～1mm：1～0.4mm：0.4mm以下＝3.3：5.3：6：5.4。

其制备使用方法同实施例1。

本实施例的封孔剂适用于钻孔围岩裂隙发育程度好，且钻孔直径较大的情况。

实施例4

一种内掺级配颗粒物的粘液类封孔剂，由以下重量份的组分组成：羧甲基纤维素钠7份，聚丙烯酸钠2份，明胶3份，级配颗粒氧化铝9份，非离子型聚丙烯酰胺0.05份，水180份；

其中，级配颗粒物的粒径质量占比为5～3mm：3～1mm：1～0.4mm：0.4mm以下＝3：5：6：6。

其制备使用方法同实施例1。

以上实施例1～4中所述级配颗粒物的筛分使用的是弧形网孔过度震动筛网，结构如图1所示，筛网由弧形筛网片1构成，每一个筛网片1上均匀设置筛网孔2，筛网孔2的外周呈锯齿形。该筛网孔2构成的筛分物较传统圆孔筛网、方孔筛网来说，具有更多不规则颗粒，长条状颗粒较多，裂隙封堵效果较好。