CN111911111B

CN111911111B - 一种瓦斯抽采的封孔材料及其使用方法

Info

Publication number: CN111911111B
Application number: CN202010825013.8A
Authority: CN
Inventors: 高颖; 李涛; 曹新奇; 司俊鸿
Original assignee: Liupanshui Normal University
Current assignee: Liupanshui Normal University
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2040-08-17
Also published as: CN111911111A

Abstract

本发明提供一种瓦斯抽采的封孔材料及其使用方法，涉及矿井安全工程技术领域，封孔材料包括如下重量份的原料:水泥、细砂、膨润土、硅藻土固载微生物、微生物营养液、阻燃剂、水泥外加剂5‑10份及磁化水，硅藻土固载微生物中的微生物是巴氏芽孢杆菌，该硅藻土固载微生物的制备方法为：将硅藻土与巴氏芽孢杆菌菌液按照质量/体积比为1:10g/mL进行混合，经冷冻干燥，得到的硅藻土固载微生物，微生物营养液和巴氏芽孢杆菌菌液的质量比为1‑2:1。本发明提供的一种瓦斯抽采的封孔材料及其使用方法简单易实施；减少了高分子材料的使用，更环保；不仅仅是简单的化学反应，生物化学反应安全性更高；微生物会修复大量的微孔隙、裂缝，封孔效果高，稳定性高。

Description

一种瓦斯抽采的封孔材料及其使用方法

技术领域

本发明涉及矿井安全工程技术领域，具体涉及一种瓦斯抽采的封孔材料及其使用方法。

背景技术

煤层瓦斯，又称为煤层气，自生自储地赋存于煤层之中。近几年来，随着煤矿井下开采深度的增加和开采强度的增大，地质条件越来越复杂，频发的瓦斯灾害严重地威胁着矿井工作人员的生命安全，制约着矿井生产的发展。但是，煤层气又是经济的可燃气体，是一种清洁、方便、高效的能源，其发热量为33.5～36.8MJ/m³，并且不存在环境污染问题。大力开发煤层气，既可以充分利用地下资源，又可以改善矿井安全条件和提高经济效益，并有利于改善地方环境质量和全球大气环境。因此，如何更有效地开发和利用煤层瓦斯，一直以来都是广大的科研工作者努力的方向和目标。

我国煤炭开采受瓦斯灾害威胁，不得不采取瓦斯抽采技术进行隐患防治，其中顺煤层的瓦斯抽采钻孔封孔效果直接影响瓦斯治理效果。但瓦斯抽采钻孔封孔存在一下几点问题：

1)聚氨酯等高分子化学材料造价昂贵、环境污染大；

2)以水泥为主的封孔材料的密封性较差，封孔效果差；

3)大量激烈的化学反应有引发火灾或瓦斯爆炸的可能，安全性差；

4)后续的采矿工程持续扰动会造成封孔效果降低，稳定性差。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种瓦斯抽采的封孔材料及其使用方法，该方法方法简单易实施，减少了高分子材料的使用，更环保，不仅仅是简单的化学反应，生物化学反应安全性更高，微生物会修复大量的微孔隙、裂缝，封孔效果高，稳定性高。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种瓦斯抽采的封孔材料，封孔材料包括如下重量份的原料:水泥50-70份、细砂5-15份、膨润土5-15份、硅藻土固载微生物10-40份、微生物营养液、阻燃剂5-15份、水泥外加剂5-10份及磁化水10-40份，硅藻土固载微生物中的微生物是巴氏芽孢杆菌，该硅藻土固载微生物的制备方法为：将硅藻土与巴氏芽孢杆菌菌液按照质量/体积比为1:10g/mL进行混合，搅拌30-60min后静置10min，滤出颗粒物，用生理盐水洗涤后，经冷冻干燥，得到的硅藻土固载微生物，微生物营养液和巴氏芽孢杆菌菌液的质量比为1-2:1。

进一步的，水泥为膨胀水泥，膨润土为钙基膨润土。

进一步的，微生物营养液为尿素和浓缩矿井水以质量比为1-1.2:1组成的混合物，其中，浓缩矿井水中的钙离子和镁离子总和大于1g/L，且其他重金属离子总和小于20mg/L。

进一步的，阻燃剂为添加型阻燃剂，采用卤系阻燃剂氯化石蜡，水泥外加剂包括速凝剂、发泡剂，速凝剂为铝氧熟料、碳酸钠和氧化钙按质量比1：1：0.5组成的混合物，发泡剂为牛羊角质蛋白和鸡蛋黄按质量比1：1组成的混合物。

进一步的，磁化水为浓缩矿井水在0.5T、0.8T、0.9T中磁化10-30min后制备的。

进一步的，封孔材料的使用步骤如下：

1)瓦斯抽采钻孔施工完成，并控制钻孔内环境：钻孔采用钻探设备进行扫孔，去除孔内残渣，钻孔内有积水则全部排出，并保持钻孔内空气湿度在60％～80％，另外，采用微波对钻孔内的杂菌进行清理，具体为，采用500-700W微波照射12min；

2)安装封孔器：封孔器进行微波去除杂菌，具体为采用500-700W微波照射12min；

3)制作封孔材料：按比例称取封口材料原料，将各原料混合搅拌均匀后，在20分钟内将封孔材料注入封孔器，封孔完成，其中，注浆压力大于0.2MPa，终止压力大于0.4MPa。

(三)有益效果

本发明提供了一种瓦斯抽采的封孔材料及其使用方法，采用磁化水配制水泥浆，磁化作用使得水泥和水直接的接触面积增高，水化反应加快，特别是在富含各种矿化物的浓缩矿井水中，因此封孔材料水泥需要凝结速度快，早期强度高。另外，浓缩矿井水中富含的硫酸根、氯离子、钙离子等也是速凝早强离子，也有利于水化反应加快。

此外，封孔材料还需要良好的密封性，防治瓦斯外溢。常规的水泥很难达到效果，因此采用膨润土和微生物双重密封。钙基膨润土容易与碳酸根产生沉淀堵塞小孔隙。而巴氏芽孢杆菌可以分解尿素，产生碳酸根离子，进而诱导方解石沉淀，这种沉淀对水泥的孔隙和裂隙有充填作用，会使得渗透性系数下降1～2个数量级，即密封效果更好。特别是矿井水中富含钙离子和镁离子，其中镁离子较钙离子有更高的强度和密封性。且微生物反应时间长，可以有效的抵消采煤扰动的影响，稳定性大幅度提高。且生物化学反应替代单纯的化学反应减小了热能的释放，安全性大幅度提高。硅藻土的存在可以提高碱性环境下微生物的存活时间。微波消毒可以大幅度降低杂菌对营养液的竞争。此外，微生物对环境有一定的要求，有一定的湿度但不能全是水，适合微生物的工作环境。

本发明提供的一种瓦斯抽采的封孔材料及其使用方法简单易实施，减少了高分子材料的使用，更环保，不仅仅是简单的化学反应，生物化学反应安全性更高，微生物会修复大量的微孔隙、裂缝，封孔效果高，稳定性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明封孔材料使用方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

某煤矿开采3号煤层，但3号煤层瓦斯含量高，必须开展井下瓦斯抽采工作，采用常规的封孔技术多次出现漏气瓦斯超限等现象，因此采用水泥、微生物联合的封孔材料进行封孔作用如下：

所用的封孔材料如下：水泥60份、细砂10份、膨润土10份、硅藻土固载微生物20份、微生物营养液、阻燃剂15份、水泥外加剂5份及磁化水30份，水泥为膨胀水泥，膨润土为钙基膨润土，硅藻土固载微生物中的微生物是巴氏芽孢杆菌，该硅藻土固载微生物的制备方法为：将硅藻土与巴氏芽孢杆菌菌液按照质量/体积比为1:10g/mL进行混合，搅拌45min后静置10min，滤出颗粒物，用生理盐水洗涤后，经冷冻干燥，得到的硅藻土固载微生物，微生物营养液和巴氏芽孢杆菌菌液的质量比为1.5:1，微生物营养液为尿素和浓缩矿井水以质量比为1:1组成的混合物，其中，浓缩矿井水中的钙离子和镁离子总和大于1g/L，且其他重金属离子总和小于20mg/L。

其中，阻燃剂为添加型阻燃剂，采用卤系阻燃剂氯化石蜡。水泥外加剂包括速凝剂、发泡剂，速凝剂为铝氧熟料、碳酸钠和氧化钙按质量比1：1：0.5组成的混合物，发泡剂为牛羊角质蛋白和鸡蛋黄按质量比1：1组成的混合物。磁化水为浓缩矿井水在0.9T中磁化10min后制备的。

将该封孔材料应用到钻孔封孔工程中，步骤如下：

步骤一：瓦斯抽采钻孔施工完成，并控制钻孔内环境。钻孔采用钻探设备进行扫孔，去除孔内残渣，钻孔内有积水则全部排出，并保持钻孔内空气湿度在60％。另外，采用微波对钻孔内的杂菌进行清理。采用600W微波照射12min；

步骤二：安装封孔器：封孔器进行微波去除杂菌。采用600W微波照射12min；

步骤三：制作封孔材料：所有材料在一起制备，制作的材料搅拌均匀后，在20min内注入。

步骤四：注入封孔材料：注浆压力大于0.2MPa，终止压力大于0.4MPa。

步骤五：封孔完成瓦斯得到高效抽采，煤炭资源开采没有瓦斯超限发生。

实施例2：

所用的封孔材料如下：水泥70份、细砂15份、膨润土5份、硅藻土固载微生物40份、微生物营养液、阻燃剂10份、水泥外加剂10份及磁化水35份，水泥为膨胀水泥，膨润土为钙基膨润土，硅藻土固载微生物中的微生物是巴氏芽孢杆菌，该硅藻土固载微生物的制备方法为：将硅藻土与巴氏芽孢杆菌菌液按照质量/体积比为1:10g/mL进行混合，搅拌60min后静置10min，滤出颗粒物，用生理盐水洗涤后，经冷冻干燥，得到的硅藻土固载微生物，微生物营养液和巴氏芽孢杆菌菌液的质量比为2:1，微生物营养液为尿素和浓缩矿井水以质量比为1.2:1组成的混合物，其中，浓缩矿井水中的钙离子和镁离子总和大于1g/L，且其他重金属离子总和小于20mg/L。

将该封孔材料应用到钻孔封孔工程中，步骤如下：

步骤一：瓦斯抽采钻孔施工完成，并控制钻孔内环境。钻孔采用钻探设备进行扫孔，去除孔内残渣，钻孔内有积水则全部排出，并保持钻孔内空气湿度在80％。另外，采用微波对钻孔内的杂菌进行清理。采用700W微波照射12min；

步骤二：安装封孔器：封孔器进行微波去除杂菌。采用700W微波照射12min；

实施例3：

所用的封孔材料如下：水泥50份、细砂5份、膨润土15份、硅藻土固载微生物10份、微生物营养液、阻燃剂10份、水泥外加剂5份及磁化水15份，水泥为膨胀水泥，膨润土为钙基膨润土，硅藻土固载微生物中的微生物是巴氏芽孢杆菌，该硅藻土固载微生物的制备方法为：将硅藻土与巴氏芽孢杆菌菌液按照质量/体积比为1:10g/mL进行混合，搅拌30min后静置10min，滤出颗粒物，用生理盐水洗涤后，经冷冻干燥，得到的硅藻土固载微生物，微生物营养液和巴氏芽孢杆菌菌液的质量比为1:1，微生物营养液为尿素和浓缩矿井水以质量比为1.1:1组成的混合物，其中，浓缩矿井水中的钙离子和镁离子总和大于1g/L，且其他重金属离子总和小于20mg/L。

将该封孔材料应用到钻孔封孔工程中，步骤如下：

步骤一：瓦斯抽采钻孔施工完成，并控制钻孔内环境。钻孔采用钻探设备进行扫孔，去除孔内残渣，钻孔内有积水则全部排出，并保持钻孔内空气湿度在70％。另外，采用微波对钻孔内的杂菌进行清理。采用500W微波照射12min；

步骤二：安装封孔器：封孔器进行微波去除杂菌。采用500W微波照射12min；

本发明实施例1-3制备后的封孔材料与常规的水泥封孔材料相比，渗透性下降了1～2个数量级，达到10^-8cm/s～10^-9cm/s，且现场实测采矿工程扰动后仍然能够保持该数量级，说明材料的密封性和稳定性较传统封孔材料好。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种瓦斯抽采的封孔材料的使用方法，其特征在于，该封孔材料包括如下重量份的原料:水泥50-70份、细砂5-15份、膨润土5-15份、硅藻土固载微生物10-40份、微生物营养液、阻燃剂5-15份、水泥外加剂5-10份及磁化水10-40份，所述硅藻土固载微生物中的微生物是巴氏芽孢杆菌，该硅藻土固载微生物的制备方法为：将硅藻土与巴氏芽孢杆菌菌液按照质量/体积比为1:10g/mL进行混合，搅拌30-60min后静置10min，滤出颗粒物，用生理盐水洗涤后，经冷冻干燥，得到的硅藻土固载微生物，所述微生物营养液和巴氏芽孢杆菌菌液的质量比为1-2:1；

所述封孔材料的使用步骤如下：

1）瓦斯抽采钻孔施工完成，并控制钻孔内环境：钻孔采用钻探设备进行扫孔，去除孔内残渣，钻孔内有积水则全部排出，并保持钻孔内空气湿度在60%~80%，另外，采用微波对钻孔内的杂菌进行清理，具体为，采用500-700W微波照射12min；

2）安装封孔器：封孔器进行微波去除杂菌，具体为采用500-700W微波照射12min；

3）制作封孔材料：按比例称取封口材料原料，将各原料混合搅拌均匀后，在20分钟内将封孔材料注入封孔器，封孔完成，其中，注浆压力大于0.2MPa，终止压力大于0.4MPa。

2.如权利要求1所述的瓦斯抽采的封孔材料的使用方法，其特征在于，所述水泥为膨胀水泥，所述膨润土为钙基膨润土。

3.如权利要求1所述的瓦斯抽采的封孔材料的使用方法，其特征在于，所述微生物营养液为尿素和浓缩矿井水以质量比为1-1.2:1组成的混合物，其中，浓缩矿井水中的钙离子和镁离子总和大于1g/L，且其他重金属离子总和小于20mg/L。

4.如权利要求1所述的瓦斯抽采的封孔材料的使用方法，其特征在于，所述阻燃剂为添加型阻燃剂，采用卤系阻燃剂氯化石蜡，所述水泥外加剂包括速凝剂、发泡剂，所述速凝剂为铝氧熟料、碳酸钠和氧化钙按质量比1：1：0.5组成的混合物，所述发泡剂为牛羊角质蛋白和鸡蛋黄按质量比1：1组成的混合物。

5.如权利要求1所述的瓦斯抽采的封孔材料的使用方法，其特征在于，所述磁化水为浓缩矿井水在0.5T、0.8T、0.9T中磁化10-30min后制备的。