[发明专利]一种瓦斯抽采钻孔的主动保压封孔材料及其封孔工艺

说明书

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术领域，涉及一种瓦斯抽采钻孔的主动保压封孔材料及其封孔工艺。

背景技术

目前，国内外现有封孔工艺与封孔材料种类繁多，如封孔器封孔，水泥沙浆带压封孔，聚氨酯布袋式封孔及囊袋式注浆封孔等。

瓦斯抽放封孔器种类多。静压注水式封孔器以其严实的密封性，可靠的膨胀性，在短期封孔或临时封孔中得到普遍应用。但长时间封孔会有水分渗出，容易卸压，造成漏气，对长期抽采的瓦斯抽采孔来说不实用，且价格昂贵。

水泥砂浆带压封孔中，水泥砂浆凝固速度快，抗压强度大，封孔深度可自行调整，价格低廉，带压封孔能将水泥浆液压入钻孔孔周围煤体的裂隙中，封孔严密，操作方便，效果较好。但水泥凝固过程中会有一定程度的收缩，特别是当水泥结实率低加上钻孔倾角较小时，水泥的离析和沉淀现象会是钻孔内部形成“月牙”型空腔，影响封孔质量。

聚氨酯封孔工艺操作流程简单，封孔速度较快，膨胀率大，对煤体裂隙也有一定的封堵作用，封孔效果较好。但材料反应效果受配比和环境温度影响较大，操作时间及用量难以把握；聚氨酯是有机合成材料，其反应过程受水分影响较大，钻孔水分过多会造成反应过度，气泡过量，形成泡沫，降低密封性；聚氨酯结构图(放大350倍)显示，聚氨酯膨胀之后形成大量腔体，许多相邻的腔体之间有孔洞沟通，导致整体气密性不好；聚氨酯为剧毒有机物，易对皮肤造成伤害；操作技术难度大，工人对聚氨酯药液接触机会较多，易将药液溅到皮肤上；现场使用人员反映用聚氨酯密封的钻孔密封周期短，封孔一周后抽放负压不大，抽放浓度不高。

囊袋式注浆封孔操作流程简单，封孔速度较快，封孔段对钻孔壁的支撑压力大。但封孔长度受限，对封孔长度和封孔深度要求敏感。

目前国内的封孔材料主要有聚氨酯类发泡材料和普通水泥砂浆。聚氨酯材料属于化学类灌浆材料，由于操作流程简单，封孔速度快，膨胀率大，对煤体裂隙有一定的封堵作用而受到了极大的欢迎。而由于聚氨酯产品的膨胀效果易受温度、水分、配比比例等一系列的原因的影响，较多的聚氨酯抽放孔效果不佳。而水泥砂浆封孔材料属于非化学类灌浆材料，因材料便宜，操作方便，速度快，封孔深度较长，注浆对孔周围岩体的裂隙也有一定的封堵作用，抗压强度高等优点在全国很多矿区依然应用较多，但因为水泥凝固过程中会有一定程度的收缩，特别是当钻孔角度较小时易在孔内上部形成“月牙”型空隙，影响封孔质量。

在全面分析了聚氨酯封孔和水泥砂浆封孔各自的利弊及特点的基础上，本发明能够全面拥有以上两种材料各自优势的，既具有水泥砂浆的高密实度和高抗压强度，又具有聚氨酯的高膨胀率和快速反应等特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种瓦斯抽采钻孔的主动保压封孔材料及其封孔工艺，本发明的应用，能有效提高封堵瓦斯抽采钻孔的可靠性。

本发明提供了一种瓦斯抽采钻孔的主动保压封孔材料，该封孔材料特征在于，所述的封孔材料为选择使用水泥基胶凝材料，通过质量分数约为50％-90％的普通硅酸盐水泥和约10％-50％的硫铝酸盐水泥，并添加适量发泡剂及混凝土外加剂，使其达到理想的封孔材料的要求，且各个组分的质量分数之和约为100％，其中，所述的发泡剂为工业铝粉，所述的混泥土外加剂为减水剂、分散剂或者混凝土增强剂。

进一步，作为优选，所述普通硅酸盐水泥的质量百分含量为90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％或者50％。

进一步，作为优选，所述硫铝酸盐水泥熟料的质量百分比为10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或者50％。

进一步，作为优选，所述工业铝粉与水灰质量比为1∶65、2∶70、4∶70、6∶70、8∶75或者10∶80。

进一步，作为优选，所述普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥熟料的配合比在5％～15％时，水灰比约为60％。

此外，本发明还提供了一种利用该瓦斯抽采钻孔的封孔材料进行封孔的封孔工艺，其特征在于，该工艺采用主动保压式封孔工艺，具体施工步骤如下：

第一步，首先将第一根瓦斯抽采管与前端筛孔管连接好插入钻孔内，然后在瓦斯抽采管连接接头处安装上内部堵头，并固定注水管；

第二步：依次连接剩余瓦斯抽采管，在最后一个瓦斯抽采管连接处装上外部堵头，并固定注浆管和排气管；

第三步：用注水管注水，待内外堵头膨胀后，抽出注水管；

第四步：将注浆管与注浆泵相连，开始注浆，当压力升高至1MPa左右时，可停止注浆；