一種新型膠囊—粘液帶壓封孔的粘液配比方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型膠囊—粘液帶壓封孔的粘液配比方法，其特征在于，將漿液配制方法改進為纖維素、膨潤土、鈦酸酯偶聯(lián)劑以一定質(zhì)量分數(shù)配比再加一定體積量清水，使新粘液在流動性佳的基礎(chǔ)上兼具一定粘度，與煤層裂隙有較好的粘合性，增大封孔密合性以及膠囊與鉆孔的粘結(jié)力，使膠囊不易突出，以增強安全性能；其包括如下步驟：將漿液配制方法改進為纖維素、膨潤土、鈦酸酯偶聯(lián)劑以一定質(zhì)量分數(shù)配比再加一定體積量清水；本發(fā)明可用于利用膠囊—粘液法帶壓封孔測定煤層瓦斯壓力時，減少封閉煤層裂隙粘液流失，使煤層壓力測定誤差減小。
【專利說明】
一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及礦業(yè)工程，特別是涉及利用膠囊一粘液法帶壓封孔測定煤層瓦斯壓 力。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭作為一次性消耗能源，在未來幾十年中還會對我們的生活、工業(yè)制造、發(fā)電、 金屬冶煉等起到至關(guān)重要的作用。煤炭當(dāng)中天然伴生著瓦斯氣體。歷年因為瓦斯爆炸、煤與 瓦斯突出等事故造成的人員財產(chǎn)損失十分巨大。因此對煤層瓦斯壓力的準確測定至關(guān)重 要，而封孔的工藝以及材料的選擇便成為了測定瓦斯壓力的核心問題。
[0003] 現(xiàn)在行業(yè)中多采用的封孔方式一般有兩種。一種是以硅酸鹽水泥與膨脹水泥以一 定量配比調(diào)制成水泥砂漿，利用風(fēng)壓栗壓力通過注漿管將砂漿打入到鉆孔當(dāng)中，但是煤層 礦壓以及打鉆時鉆桿的擾動會導(dǎo)致煤層中產(chǎn)生裂隙，致使砂漿通過煤層裂隙流出到孔外， 造成鉆孔的報廢。另外一種方法是利用膠囊一粘液封孔，以封孔速度快、工藝簡單、上壓迅 速、可重復(fù)利用等優(yōu)點在我國各大煤礦得到了廣泛應(yīng)用。但是對于順層全煤孔，由于兩膠囊 之間留存的漿液會因煤層中的大量裂隙而迅速流失，并不能保持漿液的壓力。
[0004] 針對這種情況，提出一種新型配比的粘液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的羧甲基纖維素或膨潤土粘 液，并進行多組對比實驗和現(xiàn)場的實際操作，以得到最優(yōu)的粘液配比和制作方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 1.-種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法，其特征在于，將漿液配制方法 改進為纖維素、膨潤土、鈦酸酯偶聯(lián)劑以一定質(zhì)量分數(shù)配比再加一定體積量清水，使新粘液 在流動性佳的基礎(chǔ)上兼具一定粘度，與煤層裂隙有較好的粘合性，增大封孔密合性以及膠 囊與鉆孔的粘結(jié)力，使膠囊不易突出，以增強安全性能;其包括如下步驟:將漿液配制方法 改進為纖維素、膨潤土、鈦酸酯偶聯(lián)劑以一定質(zhì)量分數(shù)配比再加一定體積量清水;本發(fā)明可 用于利用膠囊一粘液法帶壓封孔測定煤層瓦斯壓力時，減少封閉煤層裂隙粘液流失，使煤 層壓力測定誤差減小。
[0006] 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法其特征在 于，膠囊一粘液封孔器主要設(shè)備有兩根直徑小于80_的膠囊，兩膠囊間連接著中空的鋼管， 通過鉆孔外連著的兩個壓力栗(漿栗和水栗），先將清水通過水管壓注入兩節(jié)膠囊中，由于 水壓的作用膠囊膨脹擠壓鉆孔以形成兩頭封堵的狀態(tài)，并將水壓顯示在水壓表上；之后通 過漿栗將漿液注入到兩膠囊之間，并由于壓力作用滲透進入煤層周邊裂隙中，以起到隔絕 氣體的作用，漿壓表顯示的是漿液壓力。
[0007] 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法其特征在 于，考慮到對微小裂隙進行密封的設(shè)計要求，所配置的新型粘液以較高溫度的水為溶劑，將 纖維素、膨潤土與鈦酸酯偶聯(lián)劑以一定質(zhì)量分數(shù)配比制成粘液。
[0008] 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法其特征在 于，新型粘液具有以下特點：1)新型粘液具有良好的黏性;2)具有良好的流動性;3)配置比 較方便簡單，符合井下作業(yè)的要求;4)封孔材料兼具了膨潤土和羧甲基纖維素的優(yōu)良特性； 5)由于偶聯(lián)劑的存在增強了材料的界面性能，使之與煤層中的裂隙具有更大的粘合力;鈦 酸酯偶聯(lián)劑具有粘合性、濕潤性優(yōu)點，并且兼具防銹、抗氧化、阻燃特性，在井下作業(yè)中具有 良好的實用性;6)改善了膨潤土沉淀分層的狀態(tài)。
[0009] 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法其特征在 于，新型粘液的成分以膨潤土為主，配以一定量的羧甲基纖維素和鈦酸酯偶聯(lián)劑的混合物， 膨潤土的主要所用為吸附性和膨脹性，并且能改善纖維素粘液的粘度，增加流動性;鈦酸酯 偶聯(lián)劑可以提尚濕態(tài)粘液的黏合力并增強界面性能；纖維素在保持一定粘度的基礎(chǔ)上，起 到了保持水分和黏合的作用。
[0010] 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法其特征在 于，通過對所需封孔材料的反復(fù)的實驗，并結(jié)合現(xiàn)場操作經(jīng)驗和有效性，保持了新型粘液的 黏度，流動性，膨脹性，和煤層裂隙的黏合性優(yōu)點，最終確定了新型粘液的配比為:膨潤土的 質(zhì)量:鈦酸酯偶聯(lián)劑的質(zhì)量:纖維素的質(zhì)量=1:0.5:0.1，再加入5倍于其體積的清水，最后 配置好的新型粘液符合井下注漿的要求。
【具體實施方式】
[0011] 1膠囊一粘液封孔法的基本原理
[0012]膠囊一粘液封孔器主要設(shè)備有兩根直徑小于80mm的膠囊，兩膠囊間連接著中空的 鋼管，通過鉆孔外連著的兩個壓力栗(漿栗和水栗），先將清水通過水管壓注入兩節(jié)膠囊中， 由于水壓的作用膠囊膨脹擠壓鉆孔以形成兩頭封堵的狀態(tài)，并將水壓顯示在水壓表上。之 后通過漿栗將漿液注入到兩膠囊之間，并由于壓力作用滲透進入煤層周邊裂隙中，以起到 隔絕氣體的作用，漿壓表顯示的是漿液壓力。
[0013] 2膠囊一粘液封孔器測定瓦斯壓力失效原因分析
[0014] 實際現(xiàn)場操作時通過水栗先將兩根膠囊中填充滿水利用較大的壓力使膠囊膨脹 以封堵住兩端，再通過漿栗打入粘液，由于壓力的作用使?jié){液流入煤層裂隙中以填滿兩膠 囊之間的空隙。這種封孔工藝原理類似于"兩堵一注"帶壓封孔方法，但由于膠囊一粘液封 孔器需要多次使用，且測定壓力時間周期較短，所以其使用的粘液必須具備較長時間的流 動性和黏性，這就造成了現(xiàn)場實際應(yīng)用時并不能達到很好的封堵煤層裂隙的效果，漿液在 煤層裂隙中會迅速流失，漿壓無法保持，從而測定的瓦斯壓力達不到預(yù)期值。
[0015] 現(xiàn)在國內(nèi)各大礦區(qū)使用的粘液配比一般成分比較單一，使用比較多的有兩種：（1) 羧甲基纖維素加水配漿(2)膨潤土加水配漿。但是由于羧甲基纖維素溶于水的過程比較緩 慢，一般需要十小時以上才能完全溶解于70°C以上的水中，否則便形成大顆粒較多的顆粒 懸濁液，既無法滿足漿液所要求的黏度，且對井下打漿作業(yè)產(chǎn)生了很大的影響。而且通過張 攀等研究發(fā)現(xiàn)，羧甲基纖維素粘液的粘度會隨著時間的增長而降低，由于黏度的降低不能 充分的填堵煤層裂隙，使測壓效果大打折扣。膨潤土由于具有良好的吸附性，膨脹性，造漿 性等優(yōu)點也常用于膠囊一粘液封孔器中粘液的配置，并且膨潤土易溶于水，且其水溶液的 流動性極佳，有利于井下打漿作業(yè)。但是由于膨潤土的水溶液在靜置狀態(tài)下容易沉淀分層， 形成明顯的"液一固"分層狀態(tài)，且黏性較低，對于封堵裂隙并不能起到很好的作用。
[0016] 3新型粘液的配比
[0017] 考慮到對微小裂隙進行密封的設(shè)計要求，所配置的新型粘液以較高溫度的水為溶 劑，將纖維素、膨潤土與鈦酸酯偶聯(lián)劑以一定質(zhì)量分數(shù)配比制成粘液，新型粘液具有以下特 點：1)新型粘液具有良好的黏性;2)具有良好的流動性;3)配置比較方便簡單，符合井下作 業(yè)的要求;4)封孔材料兼具了膨潤土和羧甲基纖維素的優(yōu)良特性;5)由于偶聯(lián)劑的存在增 強了材料的界面性能，使之與煤層中的裂隙具有更大的粘合力。鈦酸酯偶聯(lián)劑具有粘合性、 濕潤性等優(yōu)點，并且兼具防銹、抗氧化、阻燃等特性，在井下作業(yè)中具有良好的實用性;6)改 善了膨潤土沉淀分層的狀態(tài)。
[0018] 新型粘液的成分以膨潤土為主，配以一定量的羧甲基纖維素和鈦酸酯偶聯(lián)劑的混 合物，膨潤土的主要所用為吸附性和膨脹性，并且能改善纖維素粘液的粘度，增加流動性； 欽酸酯偶聯(lián)劑可以提尚濕態(tài)粘液的黏合力并增強界面性能等;纖維素在保持一定粘度的基 礎(chǔ)上，起到了保持水分和黏合的作用。
[0019] 通過對所需封孔材料的反復(fù)的實驗，并結(jié)合現(xiàn)場操作經(jīng)驗和有效性，保持了新型 粘液的黏度，流動性，膨脹性，和煤層裂隙的黏合性等優(yōu)點，最終確定了新型粘液的配比為： 膨潤土的質(zhì)量:鈦酸酯偶聯(lián)劑的質(zhì)量:纖維素的質(zhì)量=1:0.5:0.1，再加入5倍于其體積的清 水，最后配置好的新型粘液符合井下注漿的要求。
[0020] 5現(xiàn)場實際應(yīng)用實驗
[0021] 此次試驗選位置取某礦五盤區(qū)8#煤層一號回風(fēng)巷井底，標(biāo)高+540m。共計施工三個 鉆孔，鉆孔參數(shù)見表1。三孔中孔距離超過20m，且處于相近的同一煤層，根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)現(xiàn) 鉆孔均有微小裂隙發(fā)育。1#、2#、3#鉆孔分別使用羧甲基纖維素粘液，膨潤土粘液，新型粘液 進行打漿封孔，每隔十小時觀察一次漿壓栗壓力表的讀數(shù)，共計觀察70小時后的所得數(shù)據(jù) 見表2。
[0022] 表1鉆孔參數(shù) [0023]
[0024] 表2壓力記錄表
[0025]
[0026] 實際現(xiàn)場使用時需要多次對漿液進行打壓，但為保證實驗效果，只在第一天進行 注漿，此后幾天進行觀察。由表1可以看出：
[0027] 1)1#和2#粘液在鉆孔中的流失較快，一般十幾小時甚至幾小時粘液便會流失滲透 到煤層裂隙中去，瓦斯由于少了液體的封堵，也容易從孔隙中擴散，所以所測得的瓦斯壓力 偏差較大。
[0028] 2)所配置的新型粘液在實際操作時具有打壓順暢，快速的優(yōu)點，且在實際測壓時 能起到很好的封堵煤層裂隙的作用，所測煤層瓦斯壓力符合預(yù)期壓力值。
[0029] 3)3#鉆孔粘液壓力的衰減速度要遠小于1#、2#鉆孔，在井下施工作業(yè)時減少了工 作量，節(jié)約了成本。
【主權(quán)項】
1. 一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法，其特征在于，將漿液配制方法改進 為纖維素、膨潤土、鈦酸酯偶聯(lián)劑以一定質(zhì)量分數(shù)配比再加一定體積量清水，使新粘液在流 動性佳的基礎(chǔ)上兼具一定粘度，與煤層裂隙有較好的粘合性，增大封孔密合性以及膠囊與 鉆孔的粘結(jié)力，使膠囊不易突出，以增強安全性能;其包括如下步驟:將漿液配制方法改進 為纖維素、膨潤土、鈦酸酯偶聯(lián)劑以一定質(zhì)量分數(shù)配比再加一定體積量清水;本發(fā)明可用于 利用膠囊一粘液法帶壓封孔測定煤層瓦斯壓力時，減少封閉煤層裂隙粘液流失，使煤層壓 力測定誤差減小。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法其特征在于， 膠囊一粘液封孔器主要設(shè)備有兩根直徑小于80mm的膠囊，兩膠囊間連接著中空的鋼管，通 過鉆孔外連著的兩個壓力栗(漿栗和水栗），先將清水通過水管壓注入兩節(jié)膠囊中，由于水 壓的作用膠囊膨脹擠壓鉆孔以形成兩頭封堵的狀態(tài)，并將水壓顯示在水壓表上；之后通過 漿栗將漿液注入到兩膠囊之間，并由于壓力作用滲透進入煤層周邊裂隙中，以起到隔絕氣 體的作用，漿壓表顯示的是漿液壓力。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法其特征在于， 考慮到對微小裂隙進行密封的設(shè)計要求，所配置的新型粘液以較高溫度的水為溶劑，將纖 維素、膨潤土與鈦酸酯偶聯(lián)劑以一定質(zhì)量分數(shù)配比制成粘液。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法其特征在于， 新型粘液具有以下特點：1)新型粘液具有良好的黏性;2)具有良好的流動性;3)配置比$父方 便簡單，符合井下作業(yè)的要求;4)封孔材料兼具了膨潤土和羧甲基纖維素的優(yōu)良特性;5)由 于偶聯(lián)劑的存在增強了材料的界面性能，使之與煤層中的裂隙具有更大的粘合力;鈦酸酯 偶聯(lián)劑具有粘合性、濕潤性優(yōu)點，并且兼具防銹、抗氧化、阻燃特性，在井下作業(yè)中具有良好 的實用性;6)改善了膨潤土沉淀分層的狀態(tài)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法其特征在于， 新型粘液的成分以膨潤土為主，配以一定量的羧甲基纖維素和鈦酸酯偶聯(lián)劑的混合物，膨 潤土的主要所用為吸附性和膨脹性，并且能改善纖維素粘液的粘度，增加流動性;鈦酸酯偶 聯(lián)劑可以提尚濕態(tài)粘液的黏合力并增強界面性能；纖維素在保持一定粘度的基礎(chǔ)上，起到 了保持水分和黏合的作用。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型膠囊一粘液帶壓封孔的粘液配比方法其特征在于， 通過對所需封孔材料的反復(fù)的實驗，并結(jié)合現(xiàn)場操作經(jīng)驗和有效性，保持了新型粘液的黏 度，流動性，膨脹性，和煤層裂隙的黏合性優(yōu)點，最終確定了新型粘液的配比為:膨潤土的質(zhì) 量:鈦酸酯偶聯(lián)劑的質(zhì)量:纖維素的質(zhì)量= 1:0.5:0.1，再加入5倍于其體積的清水，最后配 置好的新型粘液符合井下注漿的要求。
【文檔編號】C09K8/514GK106085392SQ201610533545
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】賈進章, 趙濤, 王偉, 崔鐵軍
【申請人】遼寧工程技術(shù)大學(xué)