本技术公开了一种矿用微胶囊自修复封孔材料及制备方法,所述封孔材料由如下重量配比的原料制备而成:囊壁15~18份、囊芯2~4份。该封孔材料以1,4‑丁二醇二缩水甘油醚稀释后的双酚S型环氧树脂为囊芯,合成表面覆盖有硅烷偶联剂的微胶囊,再分散到水泥基材料中,得到自修复微胶囊水泥基封孔材料。一旦水泥基材料产生损伤或钻孔周围注浆处再次产生裂隙时,微胶囊破裂释放出囊芯修复剂,参与固化反应封闭微细裂纹,实现无需探测裂缝确切位置的主动修复,从而延长材料服役期限。本发明封孔材料成本低廉、操作简便、具备良好的耐高温高压性能,可用于煤层注水钻孔、致裂钻孔等各类钻孔的封孔作业及煤层裂缝孔洞的封堵,具有广泛的适用性。
背景技术
煤炭是我国的基础能源和重要工业原料,煤炭安全生产是保护矿工生命和健康、促进煤炭工业可持续发展的关键。然而,在进行煤层瓦斯抽采、水力化措施防灾、封堵裂隙等过程中均会出现钻孔材料失效现象,封孔材料的性质决定钻孔密封质量的好坏,进而影响瓦斯抽采与注水效率及煤层裂隙封堵与围岩裂缝填充。
现阶段广泛使用的煤矿封孔材料主要分为粘土(黄泥)材料、高分子材料、高水速凝固体材料(高水材料)及水泥基材料四类。粘土(黄泥)材料优点是成本低廉、可获得性强,但粘性大,易与钻孔内壁之间形成空腔,造成孔内漏气,目前基本处于被淘汰的边缘;高分子材料主要有聚氨酯膨胀材料,其施工简便、膨胀率大、封孔迅速,但存在抗压强度低、成本较高、有毒且固化后容易收缩等问题;高水材料是一种能够快速凝结固化的固体材料,具有抗渗性强、固化时间短、流动性好等优越性,缺点是填充材料强度不足、成本较高、使用寿命短;“两堵一注”带压注浆封孔法是目前煤矿广泛使用的钻孔封孔工艺,其中水泥基材料是最常用的注浆封孔材料,但其早期强度不高、凝固后会收缩并产生裂缝、干燥后不易封闭微细裂纹,从而使得外界空气在抽采负压作用下由内部孔隙进入钻孔,形成漏气通道,影响密封钻孔质量。
中国专利CN113636789A公开了《煤矿井下瓦斯抽采封孔材料及其制备方法》,具有较好的保水性和吸水性,初次封孔后能够与钻孔壁形成致密结合体封堵裂隙。但长时间抽采会出现钻孔周围煤体漏气、已经封堵的围岩产生再生裂隙的现象。中国专利CN111911111A公开了《一种瓦斯抽采的封孔材料及其使用方法》,以膨润土、硅藻土固载微生物、微生物营养液等多种组分为原料,减少了高分子材料的使用,并且微生物会修复大量的微孔隙,封孔效果较好,稳定性较高。但该材料依赖于巴氏芽孢杆菌的生物活性,不适用于含水量较高的煤层,且微生物反应周期较长,需定位裂缝位置后才能启动修复过程。
现有封孔材料普遍存在早期强度低、成本较高、易收缩产生裂隙及有害人体健康等缺陷,并不适用于煤矿井下高温高湿的工作环境,且通常不具备快速自修复功能。一旦封孔材料本体、封孔材料与抽采管路间隙、钻孔周围注浆处再次产生裂隙时,无法在特定位置对微细裂纹及内部裂缝进行修复,造成钻孔密封失效,严重威胁煤矿安全生产和矿工身心健康。因此,提供一种成本低廉、综合性能好、密封性优异、能够自动修复细微裂缝的封孔材料显得尤为必要和迫切。
实现思路