矿用多能效水泥基封孔材料的实验研究

发布时间：2017-05-12 07:17

  本文关键词：矿用多能效水泥基封孔材料的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国煤矿瓦斯灾害频发,瓦斯治理形势严峻。瓦斯抽采和多数瓦斯治理措施均需通过实施钻孔来实现,钻孔封孔质量直接影响钻孔能效的发挥。目前,我国煤矿常用的封孔材料常常不能满足实际封孔要求,直接影响钻孔瓦斯抽采效率和瓦斯治理措施的有效实施,威肋煤矿安全生产。水泥基封孔材料是目前我国煤矿用量最大,应用最为广泛的封孔材料之一。针对水泥基封孔材料存在：井下高湿环境下凝固时间长、早期强度低,易收缩产生裂隙和抗冲击性能差的问题,对其进行改性处理,将在很大程度上改善我国煤矿钻孔封孔质量的形势,具有十分重要的现实意义。本文主要进行了以下实验研究： 针对水泥基封孔材料在煤矿高湿环境条件下凝固时间长,早期强度低的问题,对一种新型硫酸锂复合早强剂进行研究。借助SEM、DTA等测试手段,利用正交实验研究了高相对湿度情况下,不同组成和配比下硫酸锂复合早强剂对封孔水泥早期强度的影响。当复配早强剂的组成为硫酸锂1.0%,聚羧酸0.3%,三乙醇胺0.03%,掺量为胶体总质量的1.3%时,测试结果表明,1d抗压强度为空白组的556%。硫酸锂早强剂并不改变水化产物种类,能促进水泥水化膜的破裂,加速水泥诱导期的结束,提高封孔水泥早期强度。 针对水泥基封孔材料易收缩变形,产生裂隙的问题,对一种常用的水泥膨胀剂进行改性研究。基于微胶囊包裹技术和水泥“强度-膨胀协调发展”理念,对该种膨胀剂进行微胶囊包裹,以乙基纤维素为囊壁材料,控制芯/壁质量比为5:1,水浴温度75℃,利用油相分离法制得微胶囊膨胀剂。实验组较基准组膨胀率终值提高25.58‰。借助SEM、XRD等测试手段,对微胶囊及改性水泥的微观形态和水化产物进行分析,得出乙基纤维素膜层缓控释放膨胀剂参与水化反应,改性水泥中钙矾石结构密实,膨胀能得到合理利用。 为提高深孔预裂爆破水泥基封孔材料抗冲击性能,采用水性环氧树脂改性封孔水泥。采用SEM等测试手段,通过试验得出水性环氧树脂E-51的合适掺量为10%,实验组抗冲击性能为基准组的2.25倍。环氧树脂在水泥环境中形成网状固化物,提高了水泥各部分之间的联结能力以及界面间的凝聚力,提高抗冲击性能。 将早强、微膨胀和抗冲击改性组分复配处理,得到矿用新型多能效水泥基封孔材料。该封孔材料配方为：水泥100%+水60%+硫酸锂1%+聚羧酸0.3%+三乙醇胺0.03%+膨胀型微胶囊15%+水性环氧树脂10%+固化剂5%。其1d抗压强度是基准组的260%；膨胀率终值为3.8‰,较基准组提高25.3‰；抗冲击性能为基准组的200%。
【关键词】：煤矿瓦斯 钻孔密封 水泥基封孔材料 复合早强剂 膨胀剂 抗冲击
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 注释说明清单8-15
• 1 绪论15-25
• 1.1 我国煤矿事故概况15-17
• 1.2 封孔材料的性能对比17-18
• 1.3 封孔存在主要问题18-19
• 1.4 水泥基封孔材料及外加剂研究现状19-23
• 1.5 主要研究内容及技术路线23-25
• 2 封孔水泥早强性能的实验研究25-45
• 2.1 水泥早强剂研究历史25-27
• 2.2 矿用注浆封孔水泥早强剂实验27-29
• 2.2.1 实验材料及主要实验仪器28
• 2.2.2 实验方法的选择28-29
• 2.3 实验过程29-30
• 2.4 实验结果与分析30-42
• 2.4.1 硫酸锂掺量对水泥1d强度的影响30-31
• 2.4.2 减水剂掺量对水泥浆流动性的影响31
• 2.4.3 正交试验及极差分析31-35
• 2.4.4 协同效应分析35-37
• 2.4.5 微观结构分析37-39
• 2.4.6 水泥DTA分析39-40
• 2.4.7 硫酸锂早强机理40-42
• 2.6 本章小结42-45
• 3 微胶囊改性膨胀剂对封孔水泥膨胀性能的影响45-57
• 3.1 水泥膨胀剂的研究现状45-46
• 3.2 微胶囊化46-49
• 3.2.1 微胶囊化技术47
• 3.2.2 微胶囊化方法47
• 3.2.3 微胶囊化步骤及尺寸影响因素47-49
• 3.3 微胶囊改性膨胀剂实验49-50
• 3.3.1 微胶囊的制作49-50
• 3.3.2 膨胀性能的测试50
• 3.4 实验结果与分析50-56
• 3.4.1 微胶囊微观形态50-51
• 3.4.2 微胶囊改性水泥膨胀性能分析51-52
• 3.4.3 改性膨胀水泥微观结构52-53
• 3.4.4 改性膨胀水泥XRD分析53-55
• 3.4.5 膨胀强度协调发展分析55-56
• 3.5 本章小结56-57
• 4 封孔水泥抗冲击改性及多能效复合研究57-71
• 4.1 环氧树脂改性水泥的特点57-58
• 4.2 水性环氧树脂改性水泥试验58-60
• 4.2.1 实验材料及主要仪器58
• 4.2.2 实验方法58-60
• 4.3 实验结果与讨论60-64
• 4.3.1 树脂种类及掺量改性水泥抗冲击性能的影响60-61
• 4.3.2 树脂掺量对抗压强度与弹性模量的影响61-62
• 4.3.3 抗冲击改性水泥微观电镜分析62-64
• 4.4 复合配方研究64-69
• 4.4.1 实验材料及实验方法64-65
• 4.4.2 复合改性水泥抗压强度测试与分析65-66
• 4.4.3 复合改性水泥膨胀性能测试与分析66-67
• 4.4.4 复合改性水泥抗冲击性能研究67-68
• 4.4.5 复合改性水泥微观结构分析68-69
• 4.5 本章小结69-71
• 5 结论及展望71-73
• 5.1 本文主要结论71-72
• 5.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 作者简介及读研期间主要科研成果79

【参考文献】

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本文编号：359158