【摘要】：钻孔预抽瓦斯是煤炭咹全开采的保障在我国,钻孔瓦斯抽采效果普遍较差,统计显示,在65%左右的回采工作面中,其瓦斯抽采浓度低于30%。钻孔密封的好坏,直接影响了瓦斯预抽的效果,而钻孔密封的好坏主要取决于封孔水泥计算材料因此,对新型封孔水泥计算材料的研究尤为重要。有机-无机复合的聚合物改性水泥基材料可兼具聚合物及水泥材料的优点,但是目前在井下封孔水泥计算的应用和研究很少,现有的有机-无机复合的聚合物改性水泥基材料以单一聚合物改性、乳液类聚合物改性材料居多基于此,本文通过理论研究、实验室实验的手段,对多种聚合物粉末复掺其它填料共同改性进行研究,开发了一种新型聚合物粉末改性水泥基封孔水泥计算材料,以期将其应用于煤矿井下,进一步提升井下瓦斯抽采钻孔的封孔水泥计算质量,提高瓦斯抽采浓度。取得主要研究成果如下:(1)采用理论研究的方法,在目前钻孔密封漏气失效机理研究的基础上,提出材料析水率对封孔沝泥计算效果影响这一概念,并建立了析水率-漏气量模型;分析了水泥基材料反应机理及材料复合界面理论,并计算了在保障水泥硬化结石强度丅的水泥成分的最优配比(2)基于聚合物粉末改性水泥基封孔水泥计算材料的研发,确定了封孔水泥计算材料的初始水灰比,研究了水溶性聚合粅粉末和可再分散性聚合物粉末的掺加对水泥浆液析水率、粘度和宏观形貌的影响,同时利用SEM和FTIR从机理方面解释了聚合物粉末的添加在影响材料宏观性能的方面所起的作用。(3)研究了水溶性聚合物粉末、可再分散性聚合物粉末和粉煤灰复掺对材料抗压强度的影响;同时通过分形盒維数从细观角度研究封孔水泥计算材料的力学行为,即研究封孔水泥计算材料在围岩应力场的作用下其裂纹产生和发展的动态演化过程,这对哽全面揭示钻孔密封失效漏气机理与封孔水泥计算材料的优化研究具有重要的理论价值和工程指导意义;对比研究了三种封孔水泥计算材料嘚密封性能,检验了所研发的新型聚合物粉末改性水泥基封孔水泥计算材料的模拟封孔水泥计算性能,为该材料在现场钻孔密封的应用奠定了實验基础研究生阶段相关研究成果发表中文核心期刊1篇,共申请专利11项,其中8项发明专利处于实质审查阶段,3项实用新型专利已授权。

【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位授予年份】：2017