金属络合剂对水泥基封孔材料裂隙自修复及力学性能的影响
司磊磊1
王迎辉1
魏建平1
孔亚冬1
赵桐宇1
孙飞杨1
王志明2
1.河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454003;河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南焦作 4540032.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454003
摘要：注浆封孔质量是保障瓦斯抽采效果的关键因素,受采掘应力扰动及浆液失水收缩等影响,封孔材料容易开裂形成再生裂隙,导致抽采钻孔漏气.因此提出自修复注浆封孔思路,当抽采钻孔漏气时,封孔材料在自修复剂(主要成分为金属络合剂)的作用下可自发与环境中的水及CO2发生反应,生成CaCO3等沉淀产物,实现裂隙自愈合.然而,自修复剂会干扰封孔材料的水化反应进程,对其力学性能产生负面影响.因此在现有研究基础上,通过调节自修复剂掺量,使封孔材料保持良好自修复能力的同时,使其兼具较高的力学性能.结果表明:随着自修复剂掺量的减少,封孔材料的裂隙修复性能下降,S1试件在养护4 d时可修复最大宽度为0.88 mm的裂隙,而S2、S3试件需养护5 d时才能分别修复最大宽度0.73、0.71 mm的裂隙.但封孔材料的力学性能有所提升,抗压强度从S1试件的3.23 MPa提高到了 S2试件的4.31 MPa和S3试件的8.85 MPa.为进一步研究自修复剂对封孔材料的影响,通过SEM-EDS试验分析了封孔材料的微观形貌及元素组成,通过XRD试验分析了封孔材料的矿物组成.SEM-EDS测试结果表明:随着自修复剂掺量的减少,水化产物的生成量增加,且产物间结合更为紧密,形成连续的网状结构.XRD测试结果表明:3组试件矿物组成相同,但随着自修复剂掺量的减少,未水化熟料(3CaO·SiO2、2CaO·SiO2)的衍射峰强度减弱,水化产物(C-S-H凝胶、Ca(OH)2)的衍射峰强度增强.通过对自修复剂掺量的改变,发现自修复剂掺量为12％时,封孔材料能够兼顾自修复性能的同时,又有效提高了力学性能.研究结果对封孔材料自修复性能及力学性能调控具有重要意义.
关键词：封孔材料裂隙自修复力学性能水化产物微观结构
分类号：TD712.6(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52374194)河南优秀青年科学基金资助项目(242300421071)河南理工大学杰出青年基金资助项目(J2023-1)
论文发表日期：2025-11-30
在线出版日期：2025-12-19（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 5032-5042 )
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