本文選題：瓦斯抽采封孔 + 自膨脹封孔材料�。� 參考：《安徽理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：瓦斯抽采作為煤礦瓦斯治理最根本最有效的方法,從上世紀(jì)50年代一直沿用至今。但我國(guó)絕大多數(shù)礦井存在瓦斯抽采效率不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。瓦斯抽采效率不達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素之一就是封孔質(zhì)量,而封孔質(zhì)量好壞又取決于封孔材料。本文以煤礦瓦斯抽采鉆孔的封孔材料為研究對(duì)象,針對(duì)現(xiàn)有封孔材料存在凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、早期強(qiáng)度低、容易開(kāi)裂等問(wèn)題,對(duì)封孔材料的復(fù)合配方進(jìn)行研制并測(cè)定相關(guān)性能。首先,以水泥為主,與石膏、氧化鈣、膨潤(rùn)土、二氧化硅等多種添加劑復(fù)合,研制出了一種新型礦用自膨脹封孔材料,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究給出了該材料的8組配方配比。在此基礎(chǔ)上,采用線(xiàn)性權(quán)重法對(duì)這8組配方制備成的封孔材料的膨脹率、滲透率、泌水率、1d抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)定,并對(duì)所占權(quán)重進(jìn)行排名。結(jié)果顯示,配方A的所得權(quán)重最大,即配方A為最優(yōu)配比,水泥、石膏、氧化鈣、膨潤(rùn)土、二氧化硅、纖維素分別為46.5%、30%、20%、0.8%、5.5%、0.2%。然后,利用X射線(xiàn)衍射儀和同步熱分析儀分別分析分析配方A水化產(chǎn)物的晶體和水化產(chǎn)物的分解過(guò)程,得到不同齡期下的XRD圖譜和水化產(chǎn)物的種類(lèi),從而掌握其早強(qiáng)速凝的機(jī)理。一方面,各組分相互作用,水化過(guò)程得到促進(jìn),鈣礬石不斷生成并相互交錯(cuò)搭連,形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu);另一方面,抑制膨脹劑的水化速度,減少裂隙產(chǎn)生,并且由二氧化硅去填充所產(chǎn)生的微小裂隙,使得整體的水化產(chǎn)物既發(fā)生膨脹又致密,增強(qiáng)骨架。接著,對(duì)自膨脹封孔材料的滲透特性和力學(xué)特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明:滲透率隨著齡期的增加而降低并趨于穩(wěn)定;在不同進(jìn)口壓力條件下,滲透率隨著進(jìn)口壓力的增大而呈現(xiàn)先較小后增大的趨勢(shì),在0.5MPa至0.6MPa時(shí)滲透率最低;在不同的圍壓下,其滲透率隨著圍壓的增大而減小。其靜態(tài)抗壓強(qiáng)度相比普通水泥,提高幅度明顯。1d后抗壓強(qiáng)度是普通水泥的3.22倍,28d后仍達(dá)1.59倍,具有穩(wěn)定的強(qiáng)度表現(xiàn)。采用SHPB實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行單軸沖擊壓縮實(shí)驗(yàn),獲得了實(shí)驗(yàn)波形,處理數(shù)據(jù)后得到應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn),表明材料具有明顯的應(yīng)力硬化特性。最后,采用自膨脹封孔材料對(duì)五輪山煤礦瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行實(shí)驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明,該材料封孔效果顯著,優(yōu)點(diǎn)突出,使用后的單孔瓦斯抽采濃度較普通水泥提高3%～35%,是一種具有廣闊應(yīng)用前景和推廣價(jià)值的新型礦用封孔材料。
[Abstract]:Gas drainage, as the most fundamental and effective method for gas control in coal mines, has been used since 1950's. But most of the mines in our country have the problem that the efficiency of gas drainage is not up to the standard. The sealing quality is one of the key factors that the gas drainage efficiency is not up to standard, and the sealing quality depends on the sealing material. Aiming at the problems of long setting time, low early strength and easy cracking in the existing sealing materials, the compound formula of sealing materials was developed and the related properties were measured. Firstly, a new type of mineral self-expansion sealing material was developed by combining cement with gypsum, calcium oxide, bentonite, silica and other additives. On this basis, the expansion ratio, permeability, bleeding rate of 1 day compressive strength and fluidity of the sealing materials were determined by linear weight method, and the weight was ranked. The results showed that the weight of formula A was the largest, that is, formula A was the best proportion, cement, gypsum, calcium oxide, bentonite, silicon dioxide and cellulose were 46.5%. Then, X-ray diffractometer and synchronous thermal analyzer were used to analyze the crystal and the decomposition process of hydration products of formula A, respectively, and the XRD patterns and kinds of hydration products at different ages were obtained. Therefore, the mechanism of its early strong solidification can be grasped. On the one hand, the interaction of components promotes the hydration process, and ettringite is constantly formed and interlaced with each other to form a stable skeleton structure; on the other hand, it inhibits the hydration rate of the expansion agent and reduces the formation of fissures. And the tiny fissure produced by silicon dioxide depadding makes the whole hydration product expand and dense and strengthen the skeleton. Then, the permeability and mechanical properties of self-expansion sealing materials are studied. The results show that the permeability decreases and tends to be stable with the increase of age, the permeability decreases first and then increases with the increase of inlet pressure under different inlet pressure, and the permeability is the lowest in the range of 0.5 MPA to 0.6 MPA. At different confining pressures, the permeability decreases with the increase of confining pressure. The static compressive strength of the cement is 1.59 times higher than that of the ordinary cement. The compressive strength of the cement is 3.22 times than that of the ordinary cement for 28 days. The strength of the cement is stable. The uniaxial shock compression experiment was carried out with SHPB system. The experimental waveform was obtained, and the stress-strain curve was obtained after processing the data, which indicated that the material had obvious stress-hardening characteristics. Finally, the self-expansion hole sealing material is used to test the gas drainage borehole in Wulunshan Coal Mine. The field application results show that the sealing effect of the material is remarkable, and the advantages of the material are outstanding. Compared with ordinary cement, the concentration of single hole gas drainage is increased by 3% 35%, which is a new type of sealing material with wide application prospect and popularizing value.
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TD712.6

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本文編號(hào)：2009528