聚合改性固废基高流态低渗封孔材料研究
刘扬1
苏嘉豪2
周浩3
孙亮1
田富超1
赵海波1
刘浩1
王春光1
1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁 抚顺 113122;煤矿灾害防控全国重点实验室,辽宁 抚顺 1131222.中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁 抚顺 113122;煤矿灾害防控全国重点实验室,辽宁 抚顺 113122;煤炭科学研究总院,北京 1000133.抚顺泰和煤炭开发有限公司,辽宁 抚顺 113122
摘要：针对煤矿瓦斯抽采中传统封孔材料抗压强度低、渗透率高及稳定性差等问题,通过固废资源化利用与纳米-化学协同改性技术,开发了一种多元相变凝胶复合固废基封孔材料,新材料在流动性、渗透性、稳定性 3 项指标上实现综合优化.多元相变凝胶的主料由丙烯酸盐-羧甲基纤维素钠构成,辅料包括聚氧硅烷交联剂和硅酸钠,聚丙烯酰胺(PAM)作为交联反应的促进剂,无水氧化镁作为引发剂,葡萄糖酸钠与硫酸铝用于调节凝胶凝固速度,膨润土作为防析水剂.在化学改性中,聚氧硅烷与主料缩合形成硅氧桥键,提升耐温性;硅酸钠水解生成硅氧四面体动态交联网络,增强高盐高湿环境耐久性;聚丙烯酰胺通过氢键锁定水分,抑制水化收缩开裂;物理改性方面,MgO颗粒通过静电相互作用形成物理交联点,提升弹性模量;PAM分子链可以迅速发生结晶,形成高度有序的结构,增强凝胶的强度,纳米SiO2 与煤矸石粉构建"微-纳双尺度"填充体系.通过凝结时间与流动性优化封孔料添量配比,对材料渗透率、抗压强度、微观结构进行测试.结果表明:材料流动性达 220 mm,初凝时间 480 min,终凝时间 580 min,28 d抗压强度达 7.5 MPa,渗透率降至 5.21×10-18 m2;SEM分析表明,纳米SiO2 与C-S-H凝胶协同填充微裂隙,材料密实抗压,兼具高性能与低成本优势,适配钻孔高压泵送施工,可有效延长钻孔寿命.
关键词：瓦斯抽采多元相变凝胶固废利用纳米-化学协同改性封孔材料
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重大科技专项资助项目(2024ZD1003902)河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室开放基金资助项目(WS2023B06)华能集团总部科技资助项目(HNKJ23-H9)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 90-102 )
英文信息