一种早强型注浆封孔材料的制备与性能研究

针对矿井复杂环境对封孔材料使用性能提出的要求，通过引入２-丙烯酰胺基-２-甲基丙磺酸（AMPS）复合三乙醇胺（TEA）作为有机早强组分，氯化钠（NaCl）、硫酸钠（NaSO4）为无机早强组分，模拟井下高湿环境,,通过正交试验并利用热失重分析（TG）、X射线衍射分析（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）等研究手段考察了早强剂的制备与性能。研究结果表明:当掺量为氯化钠0.5%，硫酸钠0.5%，三乙醇胺0.05%，AMPS1.0%时，早强效果最显著。封孔材料1 d抗压强度为5.5 MPa，3 d抗压强度为9.7 MPa，7 d抗压强度为13.9 MPa，分别比基准组强度提高了323%，137%和167%。     

延迟型膨胀剂对水泥基封孔材料性能的影响研究

为解决水泥基封孔材料在煤矿封孔应用中产生收缩变形问题,现以水泥浆材料为基料,利用微胶囊技术对铝粉膨胀剂进行改性处理,通过单因素试验确定环境温度,并在所确定环境温度下利用正交试验研究不同芯/壁质量比、水灰比,微胶囊掺量条件下延迟型膨胀剂对封孔材料膨胀、抗压性能的影响。结果表明:芯/壁质量比1.5:1,水灰比0.5,环境温度35℃,掺入4‰改性膨胀剂封孔材料膨胀性能最佳。较基准组延迟膨胀4h,膨胀率终值为15%,抗压强度在膨胀剂的影响下没有明显降低,并保持良好的强度性能。1d抗压强度2.3MPa,3d强度14.6MPa,7d强度21.2MPa,28d强度31.7MPa。     

两种复合早强剂对煤矿封孔水泥早强效果影响的研究

基于矿井复杂环境对封孔水泥提出的要求,引入２-丙烯酰胺基-２-甲基丙磺酸（AMPS）并复合聚羧酸减水剂,三乙醇胺（TEA）作为有机组分,氯化钠（氯化钙）为无机组分,模拟井下高湿环境,通过正交试验,考察了两种有机无机复合早强剂的制备。并通过SEM,TG和XRD等手段着重研究了两种复合早强剂水化3d对封孔水泥抗压强度的影响。结果表明,当氯化钠复合早强剂组分为氯化钠3%,三乙醇胺0.05%,聚羧酸0.3%,AMPS1%时;氯化钙复合早强剂组分为氯化钙1.5%,三乙醇胺0.04%,聚羧酸0.2%,AMPS1%时早强效果最好,抗压强度比基准组分别提高了328%和217%。     

微胶囊包覆膨胀剂对煤矿封孔水泥膨胀性能的影响研究

针对当前矿用水泥封孔材料中膨胀剂的膨胀能效发挥不足,会导致瓦斯抽采过程中封孔材料干缩漏气的现象,基于微胶囊缓控释放原理和材料“膨胀-强度协调发展”机理,运用微胶囊复合技术制得微胶囊UEA膨胀剂。借助SEM、XRD等测试手段,详细研究了几组水泥浆的膨胀性能。结果表明,基准组发生体积收缩;膨胀剂未处理组膨胀率峰值和终值较低;潮湿环境处理组膨胀能损失较大;微胶囊处理组具有延迟膨胀现象,较未处理膨胀剂组延迟2.5h,膨胀率终值较膨胀剂未处理组和潮湿环境处理组分别提高3.33‰和11.06‰。     

新型硫酸锂复合早强剂对煤矿封孔水泥早强效果的影响研究

为缩短煤矿封孔注浆材料的候凝时间,以煤矿注浆封孔硅酸盐水泥为研究对象,在Li2SO4单掺早强效果研究的基础上,将锂盐与有机物进行复配。通过正交实验考察了高湿环境中不同组成和配比下,Li2SO4复合早强剂对于封孔水泥早强效果的影响。结果表明,Li2SO4与聚羧酸和三乙醇胺复配新拌混凝土后流动性良好,当该复配早强剂的组成为硫酸锂1.0%,聚羧酸0.03%,三乙醇胺0.3%,掺量为胶体总质量的1.3%时,可使注浆封孔水泥早期强度提高最为显著,1d抗压强度提高到556%,3d抗压强度提高到157%。     

高流态封孔注浆材料力学性能及水化机制

为提高深部矿井煤层气抽采效率,针对目前常见的封孔注浆材料存在的高分子封孔材料价格昂贵易燃、普通水泥材料渗透性差、粉煤灰等膏体材料强度不足等问题,采用超细水泥为基料研发一种高流态封孔注浆材料。通过对高流态封孔注浆材料开展力学性能试验研究、结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等一系列试验的结果,揭示新型高流态封孔注浆材料水化机制。结果表明：高流态封孔注浆材料在水化初期就生成大量的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)晶体;随着水化反应的持续,水化产物的凝胶粒子充填材料中的孔隙。与普通水泥封孔注浆材料相比,材料的水化反应更迅速、更充分、整体结构致密,比普通水泥封孔注浆材料抗压强度提高3.68%,更有利于保持瓦斯抽采钻孔的稳定性,提高瓦斯抽采效率。     

SDS对瓦斯预抽孔封孔材料性能的影响

为提高煤矿瓦斯预抽孔的封孔质量,以无水硫铝酸钙、石灰、石膏为主要原料开发新型瓦斯预抽孔封孔材料;测定十二烷基硫酸钠(SDS)对封孔材料的凝结时间、强度等特性的影响;用扫描电镜(SEM)观察SDS对水化反应产物微观形貌的影响;根据料浆滤液中离子浓度的变化,探讨SDS影响封孔材料性能的化学机制。结果表明:加入SDS导致封孔材料浆液的表面张力降低、凝结时间缩短;硬化过程中膨胀应力增加;6和24 h单轴抗压强度略有增加而3天后单轴抗压强度显著降低;水化反应早期速率加快;水化产物的晶体尺寸更小;SDS通过引入气泡的物理作用和增加料浆液相中氢氧根和铝含量影响封孔材料性能。     

瓦斯抽采PC-CAS基封孔材料优化及其膨胀作用分析*

为了研制以硅酸盐/铝酸盐水泥、生石灰、生石膏为主的PC-CAS基封孔材料，采用正交试验优化材料配比、开展膨胀力研究，并用扫描电镜观测料-煤胶结形貌。研究结果表明:材料的最优配比为A2B2C4，其具备优良的流动性、强度及致密性，造浆量达2 100 mL/kg；PC-CAS基材料具有显著的膨胀性，其膨胀力随时间先增大而后趋于稳定，并且该膨胀力随着径向约束的提高而增大；相比于FP材料，PC-CAS基材料产生的膨胀力能够显著降低材料-煤岩界面的空隙并在一定程度上压密煤体内部的裂隙；该材料产生的膨胀力可压密封孔段围岩、提高封孔质量，并为后期“二次注浆”提供保压条件。工业试验结果表明，采用PC-CAS基材料进行封孔可显著改善抽采效果，将原有平均浓度10.11%提升至20.08%。     

煤壁应力峰值动态移动诱发封孔漏气机理研究

基于有效应力原理分析了煤体吸附瓦斯对煤体强度的影响,提出应用煤体单轴抗压强度衰减比k_σ表征瓦斯压力变化对煤体强度的影响;应用数值分析方法研究了煤体瓦斯抽采前后煤壁前方煤体应力、屈服破坏范围的变化。结果表明,抽采期间,煤壁前方煤体应力峰值处于"动态移动"状态,致使煤壁前方的屈服破坏区间同时发生移动,水泥封孔段由受压转为应力卸载状态而发生膨胀破坏,在封孔段水泥与煤壁之间形成松动漏气通道,孔外空气将沿该漏气通道进入孔内,使抽采浓度降低。为提高带压封孔方法的封孔效果,应科学判定抽采前期煤体应力峰值区间,并考虑抽采期间煤体"应力峰值移动"的影响,在应力峰值区间适当向两侧延伸封孔段长度,注重封孔器材和封孔材料的研制和选择。     

基于瓦斯抽采关键封孔参数及新型封孔材料应用研究

针对煤层瓦斯抽采封孔参数选取不合理,传统封孔材料封堵钻孔周边裂隙效果差等主要问题,采用数值模拟、实验室试验及工程实践等多种手段,分析不同封孔方式的漏气效果,研究封孔时效性对瓦斯抽采的影响,完成最优实验配比及性能测试,验证了现场瓦斯抽采效果。结果表明:全封孔方式抽采效果优于半封孔,合理控制封孔时效性,钻孔周边围岩破坏减少,封孔效果提高;正交试验确定材料最优配比即复合早强剂0.3%、复合缓凝剂0.5%、膨胀剂0.03%、水灰比1.2;试样周围充斥着交叉、贯通的“网状结构”钙矾石,且呈现多而密的粗棒状结构;材料具备塑性变形特性,持续变形量大;与矿方原封孔材料相比,新型封孔材料封孔后瓦斯抽采浓度提高193.3%,抽采周期明显延长,抽采效果显著提高。     

氢氧化钠对瓦斯抽采钻孔新型封孔材料性能的影响

为了提高煤矿瓦斯抽采钻孔的封孔质量,采用硫铝酸盐水泥、石灰、石膏等原料研制出新型钻孔封孔材料,并进行性能测试试验。测定不同氢氧化钠含量下封孔材料的凝结时间、膨胀率和强度等宏观性能;通过测量料浆的温度和pH值,分析氢氧化钠对封孔材料早期水化反应速度的影响,用扫描电镜(SEM)观察不同氢氧化钠含量时反应产物的微观形貌。结果表明:随着氢氧化钠含量的增加,封孔材料的凝结时间缩短,膨胀率和强度增加;氢氧化钠导致水化反应早期速度加快和封孔材料水化产物的晶体尺寸更小,说明适量加入氢氧化钠可改善封孔材料的性能。     

户外耐烃类火灾膨胀型隧道防火涂料的制备及性能研究

针对隧道防火要求,开发一种可用于户外环境下保护隧道混凝土结构的耐烃类火灾的NPD型膨胀隧道防火涂料,并对硅丙乳液和纳米二氧化钛(TiO2)用量对涂料性能的影响进行了讨论。结果表明:硅丙乳液和纳米TiO2的加入提高了防火涂料的粘结强度和耐水性能,其中分别添加质量百分数为25%、09%的硅丙乳液和纳米TiO2后涂料的性能达到最优。添加质量百分数为25%硅丙乳液后,涂料的粘结强度和耐水极限分别达到020MPa和14天;而添加09%的纳米TiO2后涂料的粘结强度提高到035MPa,耐水极限达到24天,耐火     

基于磁化水的全尾砂胶结充填体强度研究

针对某矿山全尾砂充填体抗压强度低,水泥用量大的现状,将磁化水引入全尾砂胶结充填料浆的配浆试验,通过均匀布点理论优选出最佳磁化条件,探究了磁化水-全尾砂充填体的7天、14天、28天抗压强度的变化规律以及磁化水对水泥活性的影响。研究结果表明:在磁感应强度B=1000-2000Gs,水循环流速V=1.4-2.0m/s,磁化时间T=10-20min时,磁化水-全尾砂充填模块的7天抗压强度提高19%-28%,14天抗压强度提高17%-25%,28天抗压强度提高13-15%。     

MPP协同MF@ADP阻燃低密度聚乙烯性能研究*

为提高低密度聚乙烯（LDPE）阻燃性能和阻燃LDPE复合材料的力学性能与抑烟性能,采用原位聚合法制备三聚氰胺-甲醛（MF）树脂包覆二乙基次磷酸铝（ADP）的MF@ADP微胶囊,再引入三聚氰胺聚磷酸（MPP）与MF@ADP进行协效复配,熔融共混制备阻燃LDPE复合材料。通过氧指数、热重分析、力学测试和烟密度测试等研究复合材料的阻燃、力学和抑烟性能。研究结果表明:MF@ADP微胶囊能改善阻燃剂与复合材料之间的相容性,与MPP复配构成的磷-氮膨胀阻燃体系能有效提高LDPE的抑烟性能;当MF@ADP∶MPP的质量比为2∶1时,材料的LOI达到了30.6%,垂直燃烧测试达到UL-94 V0级,拉伸强度为11.8 MPa,且形成的P/N/O高聚物炭层稳定性更高,可减少LDPE燃烧释放的烟雾量。     

ZIF-8/BC协同膨胀阻燃聚丙烯性能研究

为提高聚丙烯(PP)阻燃性能,以三聚氰胺磷酸盐为酸源兼气源、双季戊四醇为碳源构成膨胀阻燃体系,添加不同比例的类沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)与生物质炭(BC)制备的杂化材料(ZIF-8/BC)为协效剂,制备无卤膨胀阻燃PP复合材料,研究材料的燃烧性能、力学性能和热稳定性等。结果表明:所构成的膨胀阻燃体系能有效提高PP的阻燃性能,未添加ZIF-8/BC时氧指数可达31. 4%,拉伸强度为17. 37 MPa; ZIF-8/BC的加入使复合材料氧指数有所降低,但能提高复合材料的力学性能,添加ZIF-8∶BC质量比为1∶2的ZIF-8/BC,材料氧指数、拉伸强度分别为27. 2%、19. 87MPa; ZIF-8/BC的添加能提高复合材料的残炭量,且该量随BC含量增加而增大,ZIF-8/BC协效剂有利于形成致密炭层结构和抑制烟气释放。     

复合膨胀材料研发及其在瓦斯抽采中应用的试验研究

为提高瓦斯抽采钻孔的密封效果,通过普通硅酸盐水泥、硫铝酸钙水泥、自制高倍率膨胀剂等材料的复配,研发出一种膨胀率高、速凝、高强度的钻孔密封材料。实验室测试材料的流动度、凝固时间、抗压强度等性能指标;在井下现场同常见的钻孔密封材料开展钻孔密封的对比试验。实验室测试结果表明:该材料适合瓦斯抽采钻孔的密封;在井下穿层钻孔密封试验中,该材料密封的钻孔比应用马丽散材料密封的钻孔瓦斯抽采体积分数可提高18%~24%,抽采速率可提高50%~80%。井下顺层钻孔密封试验结果表明:使用该材料,在2个月内平均瓦斯抽采体积分数达71.3%,比普通硅酸盐水泥密封的钻孔平均提高约17.4%。     

矿山开采相似材料配比及力学试验研究

为使相似材料更贴近现场岩性特点,提高相似材料模拟试验研究精度,采用"砂石+石膏+水泥"三种原料进行配比试验,制作不同配比的试件进行力学性能测试。通过抗压、拉强度及相应的应力-应变曲线分析相似材料的力学性能及破坏特征,并对相似材料试验各阶段中的误差来源进行分析。结果表明:1)试件的平均抗压强度随砂石比例增大而减小,加入适量的水泥会增大试件的抗压强度,改变"砂石+石膏+水泥"的配比可以获得较为灵活多样的相似岩层特性;2)试件的抗压、拉强度随砂石骨料粒径增大而增大;3)利用棍棒捣实和敲打振动可以满足砂浆的压实要求,采用称砣式静力压实后反而使试件的抗压强度降低;4)针对相似材料制作过程的每个阶段,可提出减少误差的相应方法与措施。     

磷石膏基保温砂浆的制备与性能研究

为了实现磷石膏的高附加值资源化利用,研究了CaO掺量、细度与砂浆性能之间的关系,利用预处理后的磷石膏,对磷石膏基保温砂浆进行配合比设计,分析胶凝材料组成、轻质骨料掺量、外加剂种类等因素对磷石膏基保温砂浆性能的影响规律,制备磷石膏基保温砂浆,并测试其性能.结果表明:通过在磷石膏中加入CaO及粉磨处理,可以提升磷石膏砂浆的强度,减少礴石膏中可溶性磷、氟对磷石膏砂浆的不良影响;磷石膏基保温砂浆的强度主要来源于磷石膏的硬化和水泥的水化;制备的磷石膏基保温砂浆的抗折强度达到2.1 MPa,抗压强度达到6.5 MPa,导热系数达到0.073 W/(m· K),满足保温砂浆的使用要求.     

磷矿粉-水泥固化Zn污染土工程特性试验研究

为揭示磷矿粉-水泥固化Zn污染土的工程性质,通过含水量、干密度、p H值测试和无侧限抗压强度试验,研究了两种固化土的物理力学性质随Zn质量分数和养护龄期的变化规律,探讨了重金属Zn对不同固化剂固化效果的影响,同时分析了固化土抗压强度与物理性质指标间的相关关系。结果表明:磷矿粉-水泥固化剂(PMC)固化Zn污染土的效果优于水泥固化土;PMC固化土的含水量变化率高于水泥固化土的,少量Zn可促进水化反应的进行,Zn质量分数大于0.5%时水化反应受到明显阻滞;PMC固化土的干密度比同条件下水泥固化土提高约6%,其p H值低于水泥固化土的,且集中在8.0~9.5;PMC主要通过吸附作用固化重金属,固化土的应力-应变特征为"软化"型,重金属Zn使得水泥固化土的应力-应变特征由"脆性"向"韧性"转变。     

铝粉超细化对KClO3/Al/S配方药剂特性的影响

为研究铝粉超细化后对烟火药剂性能的影响,将普通铝粉和纳米铝粉分别与氯酸钾、硫黄粉按照零氧平衡的同一配比(17%Al+63%KClO3+20%S)配制成烟火药剂,分别用0#样品和1#样品表示。用ARC、WL-1型落锤仪和MGY-1型摆式摩擦感度仪等试验装置从热安全性、撞击感度和摩擦感度等方面进行对比试验。结果表明,与含普通铝粉的0#样品相比,含纳米铝粉的1#烟火药剂热分解的初始反应温度明显降低(118.67℃<123.3℃),反应到达最大温升速率所需的时间明显延长(4.94min>0.13 min),反应所能达到的最高压力明显降低(2.77 MPa/g<3.14 MPa/g),反应动力学因子明显降低(361.85 kJ/mol<409.41 kJ/mol),撞击感度明显下降(12%<100%)。这说明铝粉粒径对药剂的性能有一定的影响。纳米铝粉的加入在加速烟火药剂反应进程的同时,可有效降低其反应的激烈程度、压力危险性和撞击危险性,即铝粉超细化后可以有效改善烟火药剂的性能,提高其安全性。