浆液特性对含水钻孔密封性的影响

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作者 段琳珂 郝晋伟 +4 位作者 霍中刚 韩鑫涛 底鹏举 杨伟东 李欣 《中国煤炭》 北大核心 2025年第6期82-92,共11页

根据山西高河能源有限公司瓦斯预抽钻孔抽采数据显示,水力造穴钻孔单孔平均抽采纯量约为普通钻孔的3倍,而水力造穴钻孔单孔平均抽采浓度均低于普通钻孔。为了改善含水钻孔存在的高纯量低浓度瓦斯抽采现状,通过实验对比了环保型相变凝胶(... 根据山西高河能源有限公司瓦斯预抽钻孔抽采数据显示,水力造穴钻孔单孔平均抽采纯量约为普通钻孔的3倍,而水力造穴钻孔单孔平均抽采浓度均低于普通钻孔。为了改善含水钻孔存在的高纯量低浓度瓦斯抽采现状,通过实验对比了环保型相变凝胶(EPCG)材料与普通水泥材料在浆液粘度、溶胀性、析水性以及保水性的浆液特性,分析了浆液对含水钻孔密封性的影响,并通过现场试验进行验证。研究结果表明,EPCG材料的注浆粘度为20~40 mPa·s,且在97 min达到终凝状态,在注浆过程及注浆完成后,浆液凝固过程对钻孔密封性的影响较小;水泥材料注浆粘度约为1000 mPa·s,在6 h后达到凝固状态,在注浆后凝固时间较长对钻孔密封性影响较大。在应对含水钻孔时,EPCG材料的溶胀性可以将外侵水转化为凝胶材料,并提高裂隙的封堵质量;而水泥材料受外侵水的影响会增加材料的析水率,影响材料的密封性能。EPCG具有良好的保水性,可以有效缓解外侵水的蒸发速率,在长期的抽采过程中可以降低抽采浓度的衰减速率;水泥材料凝固后,材料与水明显分离,不具备延缓水分蒸发的效果。通过现场测试,验证了EPCG材料封孔的含水钻孔比水泥材料封孔的含水钻孔拥有更高的浓度以及更低的衰减速率。 展开更多

关键词 凝胶材料 浆液特性 含水钻孔密封性 衰减速率

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钻孔密封机理及新型煤层瓦斯压力测定技术研究 被引量：46

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作者 刘三钧 林柏泉 +1 位作者 郝志勇 李全贵 《中国煤炭》 北大核心 2009年第10期96-99,共4页

以流体力学、牛顿摩擦定律等为基础,建立了钻孔密封机理模型,得出了钻孔周边缝隙流体流动及泄漏量计算公式,分析了提高钻孔密封效果的影响因素。在此基础上,研发了具有两端封闭注浆室的新型煤层瓦斯压力测定封孔技术,提高了煤层瓦斯压... 以流体力学、牛顿摩擦定律等为基础,建立了钻孔密封机理模型,得出了钻孔周边缝隙流体流动及泄漏量计算公式,分析了提高钻孔密封效果的影响因素。在此基础上,研发了具有两端封闭注浆室的新型煤层瓦斯压力测定封孔技术,提高了煤层瓦斯压力测定的准确性,实际运用取得了良好的效果。 展开更多

关键词 煤层瓦斯 压力测定 钻孔密封 封孔技术

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煤岩塑性软化及扩容特性对钻孔密封性的影响 被引量：8

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作者 郝晋伟 齐庆新 +2 位作者 舒龙勇 霍中刚 张浪 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1536-1543,共8页

钻孔密封性是钻孔瓦斯抽采的关键基础之一,而煤岩力学特性对钻孔密封参数的选择及密封效果具有重要影响作用。因此,为准确认识钻孔围岩密封环境并深入分析煤岩塑性软化及扩容特性对钻孔密封性的控制作用,进而为钻孔密封参数的合理选择... 钻孔密封性是钻孔瓦斯抽采的关键基础之一,而煤岩力学特性对钻孔密封参数的选择及密封效果具有重要影响作用。因此,为准确认识钻孔围岩密封环境并深入分析煤岩塑性软化及扩容特性对钻孔密封性的控制作用,进而为钻孔密封参数的合理选择提供可靠的依据。基于煤岩全应力应变曲线及煤层力学参数,通过引入煤层软化系数k及扩容系数η1和η2,在构建煤岩线弹塑性力学软化“三折线”模型的基础上,依据线性Mohr-Coulomb屈服准则,对钻孔围岩弹性区、塑性软化区及塑性流动区半径、钻孔围岩径向位移以及钻孔围岩理论密封半径等参数进行理论数值解析计算,并对相应解析结果进行对比分析。同时结合钻孔成像技术及钻孔瓦斯抽采浓度数据监测等手段,综合分析塑性软化及扩容特性对煤层钻孔密封性的影响作用。研究结果表明,与理想弹塑性模型(Kastner)解相比,受塑性软化及扩容特性共同作用下的煤层钻孔围岩径向位移及理论密封半径分别增加12.93倍和2.60倍,且在构造煤层区域内钻孔缩径现象明显。在钻孔密封参数及密封材料相同的条件下,缩径现象明显的钻孔内初始平均抽采瓦斯体积分数较相邻完整钻孔降低59%,在29d考察期内平均抽采体积分数同比降低64.92%,瓦斯体积分数衰减率同比增加3倍。因此,塑性软化及扩容效应是造成钻孔初始密封性降低及后期抽采瓦斯衰减的主要原因之一,而采用Kastner方程求解获得的煤层钻孔围岩理论渗透半径及注浆压力等参数并不合理;同时,钻孔密封参数需应根据钻孔围岩特性进行区别选择。 展开更多

关键词 煤岩塑性软化 扩容效应 钻孔密封 数值解算 瓦斯体积分数

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基于微胶囊技术的瓦斯抽采钻孔密封材料研究 被引量：3

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作者 张超 范富槐 +4 位作者 李树刚 翟成 江丙友 杨朴超 曾祥真 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期72-79,共8页

煤矿瓦斯抽采钻孔密封材料的性能在改善钻孔密封质量、提高瓦斯抽采效率等方面起着至关重要的作用。为了改变传统水泥基钻孔密封材料在水化初期发生无效膨胀的问题,采用理论研究、物理试验与测试相结合的方式,提出了利用微胶囊技术延缓... 煤矿瓦斯抽采钻孔密封材料的性能在改善钻孔密封质量、提高瓦斯抽采效率等方面起着至关重要的作用。为了改变传统水泥基钻孔密封材料在水化初期发生无效膨胀的问题,采用理论研究、物理试验与测试相结合的方式,提出了利用微胶囊技术延缓密封材料膨胀时间的方法。实验确定了以乙基纤维素(EC)作为囊壁材料、蒙脱石(MMT)为囊芯材料,以相分离法制备延迟膨胀微胶囊,并通过单因素实验与响应曲面分析法(RSM)得出各关键参数之间的交互作用,结果表明各关键参数对包封率的影响程度大小排序为:搅拌速率>芯壁比>聚乙烯(PE)用量。此外,根据Design-Expert软件得出微胶囊制备的最优参数为:芯壁比为0.8,PE用量为1.5%、搅拌速率为400 r/min。最后,通过自主设计的模拟钻孔密封性能实验表明:延迟膨胀密封材料相较于普通膨胀材料具有更好的密封性能,其有效密封时间可提高60%左右。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 钻孔密封 密封材料 微胶囊 响应曲面试验

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钻孔密封段异质结构变形破坏特征试验研究 被引量：5

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作者 杨伟东 霍中刚 +1 位作者 舒龙勇 郝晋伟 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期122-128,共7页

瓦斯抽采钻孔密封段是由煤-水泥-抽采管组成的异质结构体,为了研究钻孔密封段煤-水泥异质结构的变形破坏特征,采用Vallen AMSY-6声发射信号采集系统和TAW-2000高温岩石三轴伺服试验机相结合的方法,对煤单体、水泥单体及煤-水泥组合试件... 瓦斯抽采钻孔密封段是由煤-水泥-抽采管组成的异质结构体,为了研究钻孔密封段煤-水泥异质结构的变形破坏特征,采用Vallen AMSY-6声发射信号采集系统和TAW-2000高温岩石三轴伺服试验机相结合的方法,对煤单体、水泥单体及煤-水泥组合试件进行了单轴载荷作用下的变形破坏全过程声发射试验。试验结果表明:煤-水泥组合试件的峰值应力介于煤单体试件和水泥单体试件之间,煤单体试件的强度是水泥单体试件强度的2.1倍;煤-水泥组合试件及煤单体试件的体应变突降点后伴随着声发射振铃计数的激增,而水泥单体试件的声发射指标增长较为平缓,且不同试件都在应力峰值处声发射指标达到最大值,煤-水泥组合试件的振铃计数峰值约为水泥单体试件振铃计数峰值的112倍;煤-水泥组合试件及煤单体试件的应力应变曲线表现出峰后的脆性变形特征,而水泥单体试件的应力应变曲线则表现出峰后的塑性变形特征,煤-水泥组合试件的破坏形态为剪切破坏,煤单体试件的破坏形态为"X"状共轭剪切破坏和拉伸破坏,水泥单体试件的破坏形态为拉伸破坏。现阶段我国煤矿瓦斯抽采钻孔封孔材料大多选取水泥基封孔材料,钻孔密封段煤-水泥异质结构的强度同时受到煤体和水泥材料性质的影响;井下水泥基封孔材料选取时,可优先选取凝固后与煤岩体强度差异较小的水泥基封孔材料。 展开更多

关键词 抽采钻孔 钻孔密封段 声发射 异质结构 变形破坏

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本煤层瓦斯抽采钻孔合理密封深度确定 被引量：11

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作者 李树刚 包若羽 +2 位作者 张天军 张超 张磊 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2019年第2期183-188,216,共7页

为了确定本煤层瓦斯抽采钻孔的合理密封深度,进而改善本煤层瓦斯抽采钻孔的封孔效果,提出了瓦斯抽采钻孔合理密封深度的综合判定办法。通过理论分析钻孔周围煤体应力分布和破坏情况,并利用ZKXG30K矿用钻孔窥视仪直观确定了抽采钻孔内部... 为了确定本煤层瓦斯抽采钻孔的合理密封深度,进而改善本煤层瓦斯抽采钻孔的封孔效果,提出了瓦斯抽采钻孔合理密封深度的综合判定办法。通过理论分析钻孔周围煤体应力分布和破坏情况,并利用ZKXG30K矿用钻孔窥视仪直观确定了抽采钻孔内部情况,根据数值模拟法和现场钻屑法的实测结果,初步确定了井下工作面瓦斯抽采钻孔的合理密封深度,最终结合五阳矿53105工作面现场试验应用的验证,确定了五阳矿53105工作面较理想的钻孔密封深度为14m.研究成果为本煤层瓦斯抽采钻孔高效密封提供了依据。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 钻孔密封 合理密封深度 本煤层

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易失稳瓦斯抽采钻孔加固技术数值模拟研究 被引量：7

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作者 张超 李树刚 +2 位作者 林海飞 张静非 杨会军 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期73-77,共5页

针对松软煤层瓦斯抽采钻孔稳定性差、钻孔形变较大、钻孔及周围煤体漏风严重等造成钻孔密封难的技术难题,提出了预先采用加固技术来提高松软煤层瓦斯抽采钻孔的稳定性,合理的解决钻孔高效密封的现实难题。首先,阐述了易失稳瓦斯抽采钻... 针对松软煤层瓦斯抽采钻孔稳定性差、钻孔形变较大、钻孔及周围煤体漏风严重等造成钻孔密封难的技术难题,提出了预先采用加固技术来提高松软煤层瓦斯抽采钻孔的稳定性,合理的解决钻孔高效密封的现实难题。首先,阐述了易失稳瓦斯抽采钻孔加固技术的基本原理。其次,利用FLAC3D模拟软件对比分析了松软煤层、硬质煤层在不同固孔材料固化后钻孔周围位移场变化。研究表明:采取固孔措施后的钻孔相比措施前等值线分布稀疏,梯度较小,不同位置处的煤体的位移量差别较小。钻孔形成后,顶部位移量均大于底部位移量,左右两帮的位移量基本相同,有效的降低钻孔周边煤体的位移变化量,增强钻孔稳定性,为钻孔的高效密封提供了保障。 展开更多

关键词 钻孔失稳 加固技术 瓦斯抽采 钻孔密封

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瓦斯抽采漏气失效钻孔修复技术研究 被引量：11

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作者 熊伟 《矿业安全与环保》 北大核心 2020年第1期80-83,共4页

针对瓦斯抽采钻孔周围煤岩体裂隙贯通和封孔材料失效导致漏气,造成钻孔抽采瓦斯浓度和纯流量大幅度下降并无法达到抽采预期目标的问题,分析了造成钻孔漏气的主要原因,提出一种具有普适性的失效钻孔修复技术,即通过数值模拟分析得到应力... 针对瓦斯抽采钻孔周围煤岩体裂隙贯通和封孔材料失效导致漏气,造成钻孔抽采瓦斯浓度和纯流量大幅度下降并无法达到抽采预期目标的问题,分析了造成钻孔漏气的主要原因,提出一种具有普适性的失效钻孔修复技术,即通过数值模拟分析得到应力增高区和原岩应力区的交界位置,并在此处施工环形缝槽,辅以“两堵一注”带压注浆封孔工艺,对失效钻孔进行修复处理。现场试验结果表明:失效钻孔修复后,平均抽采瓦斯浓度提高3倍以上,平均抽采瓦斯纯流量提高50%以上,并有效延长了钻孔服务寿命。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 钻孔密封 钻孔漏气 失效钻孔 修复技术 水力割缝

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瓦斯抽采钻孔围岩漏气流场分析及漏气位置测定研究 被引量：8

9

作者 郝晋伟 舒龙勇 +2 位作者 齐庆新 霍中刚 杨伟东 《煤炭工程》 北大核心 2019年第5期143-147,共5页

钻孔密封段漏气是降低钻孔抽采瓦斯浓度的主要原因。为分析钻孔围岩漏气流场分布特征并指导漏气位置确定,利用FLUENT软件对钻孔围岩漏气流场进行模拟分析,得出了不同钻孔密封条件下的围岩漏气分布及强度特征;同时,开发了钻孔束管式定点... 钻孔密封段漏气是降低钻孔抽采瓦斯浓度的主要原因。为分析钻孔围岩漏气流场分布特征并指导漏气位置确定,利用FLUENT软件对钻孔围岩漏气流场进行模拟分析,得出了不同钻孔密封条件下的围岩漏气分布及强度特征;同时,开发了钻孔束管式定点甲烷浓度检测装置,并给出了相应的漏气位置判定模型,并在现场进行试验分析。研究结果表明,钻孔密封深度和煤壁裂隙对钻孔密封段漏气具有明显控制作用,且高河能源W4301回风巷瓦斯抽采钻孔漏气主要由钻孔密封深度和长度不足及钻孔间距较小所致,增加钻孔密封长度后,平均单孔瓦斯抽采浓度可增加3～5倍,该研究成果对于快速分析钻孔漏气特性,并制定出相应的合理提浓措施具有重要的意义。 展开更多

关键词 瓦斯浓度 抽采钻孔 漏气流场 甲烷浓度检测装置 钻孔密封长度

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基于钻孔漏气位置检测的二次注浆堵漏提浓技术研究 被引量：3

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作者 周建伟 高保彬 +2 位作者 张永斌 陈立伟 李阳 《矿业安全与环保》 北大核心 2021年第5期54-58,共5页

为了提升瓦斯抽采钻孔密封效果,研发了钻孔漏气位置检测与孔内二次注浆堵漏装置,并在余吾煤业本煤层掘进预抽钻孔进行试验研究,在检测钻孔漏气位置的基础上明确了合理的孔内注浆深度,然后对孔内进行二次注浆堵漏,并对二次注浆堵漏钻孔... 为了提升瓦斯抽采钻孔密封效果,研发了钻孔漏气位置检测与孔内二次注浆堵漏装置,并在余吾煤业本煤层掘进预抽钻孔进行试验研究,在检测钻孔漏气位置的基础上明确了合理的孔内注浆深度,然后对孔内进行二次注浆堵漏,并对二次注浆堵漏钻孔的瓦斯浓度(甲烷体积分数,下同)变化情况进行了分析。结果表明:抽采钻孔中漏气位置对瓦斯浓度影响较大,瓦斯浓度由钻孔底部至孔口呈现出下降的趋势,瓦斯浓度越小,表明漏气越严重;在距孔口16~17 m位置漏气最为严重,距孔口18~19 m位置漏气相对减少,综合考虑将孔内二次注浆深度定为16~19 m;孔内二次注浆堵漏试验钻孔中瓦斯浓度在30%以上的钻孔占58.8%,抽采瓦斯浓度达到15%~30%的钻孔占23.5%,表明孔内二次注浆堵漏技术能够有效提高钻孔抽采瓦斯浓度。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 钻孔密封 抽采失效 漏气检测 二次注浆 堵漏

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瓦斯抽采钻孔喷涂式封孔技术 被引量：5

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作者 孔维一 赵和平 +1 位作者 刘泉霖 周鑫 《工矿自动化》 北大核心 2021年第12期19-24,共6页

瓦斯抽采钻孔封孔质量是影响瓦斯抽采及消突效果的关键因素。针对当前被动式封孔质量差、钻孔抽采瓦斯浓度低,主动式封孔过程繁琐等问题,提出了一种瓦斯抽采钻孔喷涂式封孔技术。钻孔施工完成后,将气动深孔离心喷杯式高转速喷头送入钻... 瓦斯抽采钻孔封孔质量是影响瓦斯抽采及消突效果的关键因素。针对当前被动式封孔质量差、钻孔抽采瓦斯浓度低,主动式封孔过程繁琐等问题,提出了一种瓦斯抽采钻孔喷涂式封孔技术。钻孔施工完成后,将气动深孔离心喷杯式高转速喷头送入钻孔预设位置,同时启动封孔材料预热系统,待喷涂式封孔材料温度稳定在70~80℃时,打开气动式吸料泵,将封孔材料吸入并通过喷头混合喷出,使其固化于钻孔内壁;通过四象限位滑道结构系统引导喷头自孔底向孔口移动,完成喷涂式封孔作业;在钻孔口用聚氨酯发泡材料固定2.0~3.0 m的PVC堵头,而后连接抽采系统即可。现场应用效果表明:新型喷涂式封孔材料具有液态速凝、密封性好、黏结性强、阻燃、高韧性、高强度等优点,可在瓦斯抽放钻孔内快速反应、固化,并生成高强度、高韧性的阻燃密封薄膜;利用喷涂式封孔工艺及装置能实现煤层钻孔自动化密封;与聚氨酯封孔技术相比,采用喷涂式封孔技术后瓦斯抽采体积分数提高了19%,单孔封孔成本节约了53%,单孔封孔时间节省了50%。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 钻孔密封 喷涂式封孔 非膨胀型封孔材料 自动化封孔

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瓦斯抽采中新型封孔材料及工艺的应用研究 被引量：43

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作者 孙文德 李子全 +1 位作者 周军 林传兵 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2012年第4期60-63,共4页

为解决杉木树煤矿瓦斯抽采钻孔封孔质量差、抽采负压小、抽采效果差等问题,采用了新型矿用封孔材料PD及封孔工艺。该材料采用了微胶囊化技术,使得该材料的浆体在缓慢凝固的过程中体积逐渐膨胀,并渗透到钻孔周边微裂隙,形成对钻孔周围裂... 为解决杉木树煤矿瓦斯抽采钻孔封孔质量差、抽采负压小、抽采效果差等问题,采用了新型矿用封孔材料PD及封孔工艺。该材料采用了微胶囊化技术,使得该材料的浆体在缓慢凝固的过程中体积逐渐膨胀,并渗透到钻孔周边微裂隙,形成对钻孔周围裂隙的封堵;该材料应用过程中,辅以膨博封孔剂作为注浆堵头,从而形成两端封堵中间注浆的"两堵一注"的封孔工艺。应用结果表明,与传统封孔工艺相比,抽采孔平均瓦斯体积分数从22.6%提高到了36.8%;平均抽采负压从2.8 kPa提高到9.1 kPa;平均单孔瓦斯纯流量从9.42 L/min提高到44.53 L/min。 展开更多

关键词 新型矿用封孔材料PD 膨博封孔剂 钻孔密封 抽采效果

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深部高突煤层压-冲接替式强化增透技术及实践 被引量：4

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作者 王超杰 杨洪伟 +2 位作者 李晓伟 魏民涛 高向阳 《矿业安全与环保》 北大核心 2022年第5期53-58,共6页

面对深部开采引发的复杂工况,高应力低透突出煤层瓦斯高效治理与突出防治工作依然存在巨大挑战。以河南薛湖煤矿为工程背景,构建水力化动压致裂与冲孔(压—冲)接替式煤层区域强化增透技术,提出分时介入抽采钻孔动态密封方法。试验结果表... 面对深部开采引发的复杂工况,高应力低透突出煤层瓦斯高效治理与突出防治工作依然存在巨大挑战。以河南薛湖煤矿为工程背景,构建水力化动压致裂与冲孔(压—冲)接替式煤层区域强化增透技术,提出分时介入抽采钻孔动态密封方法。试验结果表明:相比水力动压致裂增透技术,采用压—冲接替式增透技术可以使有效抽采半径增加近1倍,单孔抽采瓦斯纯流量平均提高了3.5倍;采用非凝固浆液分时介入抽采钻孔密封技术,单孔抽采瓦斯浓度得到较大幅度提升,能长时间稳定在30%左右。实现了低透高突煤层的瓦斯高效、长时抽采,有力保障了矿井安全高效生产,可为深部高突煤层精准防突理论与技术的发展提供借鉴。 展开更多

关键词 低透突出煤层 突出防治 煤层增透 水力压裂 水力冲孔 局部构造 钻孔密封

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复合膨胀材料研发及其在瓦斯抽采中应用的试验研究 被引量：3

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作者 任青山 艾德春 郭明涛 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期86-90,共5页

为提高瓦斯抽采钻孔的密封效果,通过普通硅酸盐水泥、硫铝酸钙水泥、自制高倍率膨胀剂等材料的复配,研发出一种膨胀率高、速凝、高强度的钻孔密封材料。实验室测试材料的流动度、凝固时间、抗压强度等性能指标;在井下现场同常见的钻孔... 为提高瓦斯抽采钻孔的密封效果,通过普通硅酸盐水泥、硫铝酸钙水泥、自制高倍率膨胀剂等材料的复配,研发出一种膨胀率高、速凝、高强度的钻孔密封材料。实验室测试材料的流动度、凝固时间、抗压强度等性能指标;在井下现场同常见的钻孔密封材料开展钻孔密封的对比试验。实验室测试结果表明:该材料适合瓦斯抽采钻孔的密封;在井下穿层钻孔密封试验中,该材料密封的钻孔比应用马丽散材料密封的钻孔瓦斯抽采体积分数可提高18%~24%,抽采速率可提高50%~80%。井下顺层钻孔密封试验结果表明:使用该材料,在2个月内平均瓦斯抽采体积分数达71.3%,比普通硅酸盐水泥密封的钻孔平均提高约17.4%。 展开更多

关键词 钻孔密封 穿层钻孔 钙矾石 瓦斯体积分数 马丽散

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