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%。     

一种早强膨胀延迟封孔材料制备及性能研究

针对矿井水泥封孔材料硬化过程体积收缩及加入膨胀剂导致强度下降的问题,基于硅酸盐水泥,以聚丙烯酰胺为囊壁,包覆铝粉形成膨胀剂微胶囊,与铝酸钠、氯化钠、硫酸钠、三乙醇胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为主要成分的复合早强剂联合使用,制备一种可达到早期强度与膨胀要求的矿用封孔材料;通过膨胀性能、抗压强度等测试,利用X射线衍射(XRD)分析法与扫描电子显微镜(SEM)等手段,研究外加剂对水泥封孔材料性能的影响。研究表明:当氯化钠掺量(占水泥质量的百分比)为0.5%、硫酸钠0.5%、三乙醇胺0.05%、AMPS1%、铝酸钠1%、铝粉微胶囊0.1%,1天抗压强度达到4.2 MPa,3天抗压强度达到6.7 MPa,膨胀时间延迟4 h,膨胀率达到19.32%,可实现强度与膨胀协调发展。     

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%。     

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。     

高位钻孔不同封孔方法质量检测及其优选

为优选出高位钻孔最佳的封孔方式，通过理论分析给出钻孔漏气6种表现形式，并推导出钻孔漏气量及漏风率的计算公式，进而基于不同钻孔深度瓦斯浓度及抽采负压的变化率确立钻孔漏气位置、漏气量、漏气率等封孔质量定量判定指标体系。结合封孔质量探测结果、操作难易程度及经济成本建立封孔方法优劣的多因素评价方法，并对聚氨酯式常压封孔（方法1）、囊袋式注浆带压封孔（方法2）、钻屑回填式注浆带压封孔（方法3）3种方法进行综合评价分析。研究结果表明:方法1～3的封孔段平均瓦斯浓度分别为5.6%，3.2%及8%，方法1对应的瓦斯浓度与抽采负压均出现突降，方法2对应的抽采负压在8～14 m出现突降，方法3则较稳定。故判定三者封孔质量为钻屑回填式＞囊袋式＞聚氨酯式，结合成本分析和操作难易综合分析确定高位钻孔的最优封孔方式为钻屑回填式注浆带压封孔。     

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。     

碳纤维混凝土的耐火性能试验测试与分析*

为研究不同碳纤维体积掺量（0，0.2%，0.6%，1%，1.5%，2%）对混凝土耐火性能的影响，考察不同温度环境下（20，60，100，300，500，800 ℃）的混凝土质量损失率与抗压强度损失率的变化情况；分析高温环境下混凝土的静置时间（0，1，3，7，12 h）对混凝土抗压强度损失率的影响。结果表明:随着碳纤维掺量的增加，混凝土质量损失率与抗压强度损失率呈现先下降后增加的趋势，其纤维掺量的拐点为1%；随着环境温度的上升，纤维混凝土的质量损失率与抗压强度损失率逐渐增加，并呈非线性增长趋势。随着静置时间的增加，混凝土抗压强度损失率逐渐增加，且呈非线性增长趋势。     

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。     

新型高效磷酸盐阻燃剂的合成及应用

以季戊四醇、三氯氧磷和三聚氰胺合成了新型高效磷酸盐阻燃剂双（2,6,7-三e-1-磷酸双环[2，2，2]辛烷-4-甲醇）磷酸三聚氰胺盐（S3）。用熔点和红外鉴定了结构。且研究了S3对乙丙橡胶（EPR）的阻燃性能，氧指数（LOI）达到31，抗强度为8.19MPa，断裂伸长率为650%。达到了电缆绝缘层材料要求。     

弱胶结软岩巷道高分子改性树脂注浆加固技术研究*

为解决弱胶结软岩胶结性差、力学强度低、遇水易软化带来的巷道围岩变形量大的问题，以王洼二矿为例，结合试验巷道围岩条件和注浆加固支护技术特点，提出高分子改性树脂注浆加固方案；并采用室内注浆加固体力学性能试验验证方案的可行性。结果表明:现场围岩单轴抗压强度平均值22.74 MPa、抗拉强度平均值0.674 MPa，高分子改性树脂注浆材料对围岩加固体单轴抗压强度影响不大，但加固体抗拉强度平均值3.07 MPa，相比原岩抗拉强度提高355.5%；现场试验顶板、两帮围岩变形量由之前的大变形逐渐控制在100 mm以内，注浆后30 d基本趋于稳定。研究结果对软岩巷道支护设计和施工具有一定的实际指导意义。     

油气管道维抢修密封卡具的安全检测与应用

针对油气管道维抢修所使用密封卡具在使用过程中存在安全隐患的问题,提出了1种密封卡具的安全检测方法,并设计了检测平台。检测平台主要由管段夹持装置、密封卡具组件、实验管段、液压注剂系统以及压力测量系统等构成;检测方法包括密封卡具的出厂强度检验、密封性能测试以及安全施工压力测试,通过检测来确保施工过程中密封卡具的安全稳定性及密封作业的成功率;在新疆油田采油一厂进行了现场应用,对泄漏管段进行现场勘测后设计加工了适用的密封卡具,对该卡具进行了室内安全检验,并依据注剂式密封技术的相关标准在现场实施了带压密封作业。研究结果表明:所加工密封卡具的强度、密封性能安全可靠,现场安全注剂压力不应超过22 MPa,管道未发生二次破坏,密封效果良好。     

水下连接器试压帽结构动态仿真及密封性分析

为解决水下连接器现有力学模型过于简化，预紧力加载不够合理，密封性能分析结果不够准确的问题，基于ABAQUS有限元模拟提出了新的动态接触分析方法，针对水下连接器试压帽双头螺柱结构，探究了安装和试压工况中该结构形式的密封特性及其与等效拧紧力矩的非线性关联。研究结果表明:在塑性失效设计准则范围内，2种工况下密封环的Mises值最大为399.4 MPa；安装工况下，随预紧力的增加，密封环上、下锥面最大接触应力先增大后略微减小；1 145 Nm螺栓拧紧力矩可完成安装工况，并能在试压工况中保证各部件不被弹开；试压工况下，随试验内压的增加，密封环上锥面最大应力缓慢增加，下锥面最大接触应力几乎不变，最终2值近似相等约为850 MPa，密封宽度合理。     

新型气体灭火剂对飞机用橡胶材料的腐蚀性能研究

为研究氢氟烯烃(HFOs)与氢氟氯烯烃(HCFOs)灭火剂对于飞机用橡胶密封材料的腐蚀性,通过实验研究6种新型气体灭火剂(R1234yf,R1234ze,R1234ze-E,R1233xf,R1233zd,R1336mzz-E),对目前飞机用4种橡胶O型圈(硅橡胶VMQ,氟橡胶FKM,氟硅橡胶FVMQ和丁腈橡胶NBR)...     

集输油环境氟橡胶O形圈老化行为实验研究*

为研究氟橡胶O形圈在集输油环境中的老化行为特征，以长庆油田使用的氟橡胶O形圈(位于非金属复合管连接接头处)为研究对象，采用宏观与微观相结合的方法，通过挂片实验分析氟橡胶O形圈在不同介质（采出油，采出水）、温度（25，50 ℃）、压力条件（0.1,4,6 MPa）下老化后的形貌、质量、拉伸性能及硬度。结果表明:采出油、采出水均能引起O形圈发生溶胀，从而降低O形圈的强度、韧性、硬度；采出水引起的溶胀显著高于采出油更易导致O形圈表面产生坑洞缺陷；渗透速率随温度升高而急剧增加，压力对渗透速率的影响不明显；硬度降低较小，最大降幅为4.17%。结合现场服役813 d的密封圈SEM形貌，证实集输介质渗透会引起氟橡胶圈溶胀、导致表面产生坑洞等缺陷。     

下向进路回采钢筋混凝土假顶稳定性分析

〗为确保下向进路采场高效安全回采,采用ABAQUS的损伤塑性模型对下向进路钢筋混凝土假顶进行稳定性分析,得到假顶的应力与位移分布规律,分别从假顶的应力分布、变形量对不同进路尺寸及假顶厚度的影响进行比较分析。结果表明,进路假顶产生的最大拉应力（089MPa）小于混凝土层的抗拉强度（127MPa）;最大压应力（416 MPa）小于混凝土层的抗压强度（119MPa）;假顶底部最易被拉裂位置为偏离假顶中央(05~1)m处;钢筋承载了大部分拉应力,受拉性能得到充分利用。在进路尺寸为3m×3m或者4m×3m时假顶厚度取06m,进路尺寸为4m×4m时假顶厚度取08m,假顶最大拉应力值均未超过混凝土的抗拉强度值,此时假顶较为稳定,便于进路维护与提高回采强度。研究结果对下向进路采场的安全生产提供技术保障。     

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%。