煤炭科学技术

作者：王志明, 冯涵坤, 关坤, 孙玉宁, 刘志成, 李刘申,

关键词：瓦斯抽采, 封孔, 裂隙封堵, 水凝胶, 黏度演化, 浆液漏失,

为实现瓦斯抽采钻孔漏气裂隙的有效动态封堵，防止负压驱动下浆液在裂隙中漏失，以羧甲基纤维素钠（SCMC）与钠基膨润土（Bent）为主料，通过引入系列添加剂制备了SCMC-Bent基封孔水凝胶，并测试了该水凝胶黏度的演化过程。然后通过开展负压作用下的浆液运移实验，研究了SCMC-Bent基水凝胶在煤颗粒间裂隙网中的运移及漏失特性。最后测试了SCMC-Bent基封孔水凝胶pH演化过程，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）及X射线衍射（XRD）表征了其微观结构，进而揭示SCMC-Bent基水凝胶黏度演化的微观机制。研究表明：①在恒温条件下，SCMC-Bent基水凝胶的黏度随时间呈现“先上升、后降低” 趋势；水料比越大，SCMC-Bent基水凝胶的黏度越低、越早发生后期黏度下降。②水料比越高的水凝胶在裂隙网络中运移越快，但负压作用下却越早发生漏失；相较其他水料比，水料比10∶1的水凝胶在负压抽气第24天仅运移41 mm，更容易长时间密封漏气裂隙。③ SCMC-Bent基水凝胶内部的蒙脱石层结构随时间先增多后减少，存在中间产物（SCMC-CXP）插入蒙脱石层间的现象，SCMC-CXP插入量随时间先增多后减少并随水料比增大而减少；蒙脱石层与层间SCMC-CXP形成了类似“三明治”的夹层结构，在水凝胶体系中逐渐形成了由蒙脱石层、层间SCMC-CXP、层外SCMC-CXP组成的三维网络。④三维网络结构的形成是造成SCMC-Bent基水凝胶黏度前期升高的原因；但随时间持续，中蒙脱石层结构减少且SCMC-CXP大分子链断裂，导致了三维网络结构消散进而致使水凝胶黏度降低；另一方面，高水料比削弱了SCMC-CXP在蒙脱石层间的插入量及大分子间的相互作用、增强了三维网络结构的过水能力，进而导致水凝胶黏度下降。

来源：2024年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

查看煤炭科学技术杂志2024年第10期