瓦斯抽采SCMC-Bent基封孔水凝胶漏失特性及黏度演化机制

TD712; 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...

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Published in煤炭科学技术 Vol. 52; no. 10; pp. 103 - 113
Main Authors 王志明, 冯涵坤, 关坤, 孙玉宁, 刘志成, 李刘申
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454000 01.10.2024
河南理工大学深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室,河南焦作 454001
河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454002%河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454000%山西省地质勘查局二一二地质队有限公司,山西长治 046000%河南省地质局矿产资源勘查中心,河南郑州 450012
Subjects
裂隙封堵
borehole sealing
hydrogel
封孔
黏度演化
浆液漏失
viscosity evolution
水凝胶
fracture blockage
slurry loss
瓦斯抽采
gas extraction
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ISSN0253-2336
DOI10.12438/cst.2024-0796

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Summary:TD712; 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.③SCMC-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.
ISSN:0253-2336
DOI:10.12438/cst.2024-0796