新型矿用钻孔密封材料的研究

论文摘要

钻孔密封是煤矿瓦斯压力测定和瓦斯抽放中一项极其重要的技术工艺,封孔质量是决定瓦斯压力测定准确性、瓦斯抽放量和抽放率的关键。针对目前矿用钻孔密封材料的局限性,本论文从反应机理、合成方法、影响因素等角度对钻孔密封材料进行了研究,合成出了水溶性密封基材和油溶性密封基材,并对材料的抗静电性能、阻燃性能、膨胀性能以及力学性能进行了研究。本文主要进行了以下研究工作:（1）设计合成路线,考察原料配比、反应温度等因素对反应的影响规律。通过实验得出水溶性密封基材的最佳配比为MDI:N330:N303:磷酸:催化剂比值为85.0:14.0:8.0:0.2:1.1。油溶性密封基材的最佳配比为MDI:N330:N303:催化剂=48:19:29:1。密封基材的最佳制备温度为85℃,其抗压强度48h后达到最高。（2）对材料的组成对密封材料性能的影响进行了研究,得出水的最佳掺量为3%,催化剂最佳掺量为1.5%。通过调节各种聚醚多元醇与异氰酸酯的配比,进行反应可以制得不同性能的密封材料。通过在制备封孔材料时加入一定量的填料可以实现所需材料物理力学性能的补强。（3）考虑到现场的实际情况,如存在静电,需要阻燃等特性,我们对材料进一步优化,针对矿用材料的特点设计了相应的抗静电试剂HC-1、阻燃剂HZ-1和延迟剂催化剂HY-1,使材料电阻率可以降至108Ω·cm,氧指数达到35%。对合成出的材料进行了工业性试验及应用研究。通过试验,证明开发出的延迟膨胀型矿用钻孔密封材料HPY-1,具有良好的气密性,反应时间可调,抗压强度达到5～10MPa,有一定的弹性和变形性,抗静电、阻燃,并具有良好的流动性,保持流动性的时间可以达到15min以上,可以渗透到0.1mm以下的微细裂隙。为长距离深孔施工提供了保证,能够满足不同矿用条件的特殊施工要求。利用该材料进行瓦斯抽放和封孔测压具有投入费用较低、实际操作简单,封孔效果好等优点。同时也证明风压注浆封孔技术应用于瓦斯测压和瓦斯抽放是可行、可靠和有效的。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外技术现状
• 1.3 研究内容和技术路线
• 2 原材料与性能测试方法
• 2.1 主要原材料
• 2.2 测试方法
• 2.2.1 膨胀率
• 2.2.2 抗压强度
• 2.2.3 拉伸粘结强度
• 2.2.4 阻燃性
• 2.2.5 抗静电性
• 2.2.6 化合物结构测试
• 2.2.7 材料微观结构
• 2.3 本章小结
• 3 密封基材的合成
• 3.1 实验原理
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 水溶性密封基材
• 3.2.2 油溶性密封基材
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 水溶性预聚体密封基材实验结果与数据分析
• 3.3.2 油溶性预聚体密封基材实验结果与数据分析
• 3.4 本章小结
• 4 矿用密封基材组成与性能关系的研究
• 4.1 密封基材膨胀性能研究
• 4.1.1 密封基材组成对膨胀性能的影响
• 4.1.2 膨胀率与反应时间的关系
• 4.1.3 膨胀性能与反应温度的的关系
• 4.2 密封基材力学性能的研究
• 4.2.1 原料组成对密封基材力学性能的影响
• 4.2.2 反应时间与抗压强度的关系
• 4.2.3 反应温度与抗压强度的关系
• 4.2.4 填料对预聚体抗压强度的影响
• 4.3 密封基材阻燃性能的研究
• 4.3.1 阻燃机理
• 4.3.2 实验部分
• 4.3.3 实验结果与数据分析
• 4.4 密封基材抗静电性能的研究
• 4.4.1 抗静电剂的作用机理
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 延迟膨胀型矿用钻孔密封材料的制备及应用研究
• 5.1 材料制备
• 5.2 性能测试及分析
• 5.2.1 基本性能测试
• 5.2.2 应力一应变关系
• 5.2.3 发泡速度测试
• 5.2.4 红外测试
• 5.2.5 表面形貌测试
• 5.3 工业性试验
• 5.3.1 试验地点概况
• 5.3.2 施工方法及施工工艺
• 5.3.3 施工效果
• 5.4 本章小结
• 6 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集