本文创新点
为了固结煤层中钻孔周围的裂隙，以聚二甲基硅氧烷、含氢硅油、聚丙烯纤维和秸秆纤维为原料，制备一种用于煤岩裂隙固结的弹性胶结材料；表征了聚丙烯纤维和秸秆纤维在弹性胶结材料中的微观形貌；分析了不同掺量的聚丙烯纤维和秸秆纤维对弹性胶结材料力学性能的影响；结果表明弹性胶结材料具有良好的粘结性、力学强度和弹性，并且能在瓦斯抽采过程中维持保持钻孔稳定。
作者简介鲁义教授鲁义，江西新干人，博士，教授，博士生导师，现任湖南科技大学资源环境与安全工程学院副院长。主持国家自然科学基金3项、湖南省杰出青年科学基金项目、湖南省重点研发计划1项、中国博士后特别资助/面上项目各1项、湖南省自然科学基金项及企业委托课题10余项；在能源与安全行业领域顶级期刊发表论文60余篇，授权发明专利40项，出版专著部，获省部科技奖励8项；研发的“浆泡材料防灭火成套技术”取得了显著的经济、社会、生态效益，被中国教育报，中国煤炭报，人民网、光明网等媒体报道。先后获湖南省杰青、湖湘青年英才、湖湘青年科技创新人才，中国高校矿业石油与安全工程领域优秀青年科技人才，湖南科技大学青年五四奖章等荣誉称号。00年，因对江西萍乡安源煤矿复采近距离煤层工作面火灾治理做出突出贡献（减少经济损失约1.4亿元），被授予安源建矿1年来首位“荣誉矿工”称号。
研究方向煤自燃与瓦斯复合灾害防治
主要成果（1）研发了防控高温煤岩裂隙的浆泡材料及产生装备，提出了浆泡材料的耐热、传热、隔热、凝结、裂隙流动、力学特性的测试方法，实现了成套技术的工业化现场应用。（）提出了瓦斯与煤自燃共生灾害信息采集模式，构建了耦合信息库、风险信息库和预控效果库，建立了基于多源信息耦合的、融风险辨识、监测、评估、预测、预警、对策于一体的瓦斯与煤自燃共生灾害风险预控系统。（3）揭示了抽采钻孔周围塑性区变形过程中煤岩破裂放电对预混瓦斯气体的电离效应，提出了抽采钻孔最佳塑性区范围的方法，并发明了粉煤原位固结改性的纳米微泡材料技术，实现了松软煤层瓦斯高效安全抽采。作者
鲁义１,２，谷旺鑫１，丁仰卫３，李修磊３，李亮３
单位
1.湖南科技大学资源环境与安全工程学院；.湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室；3.山东鲁泰控股集团有限公司鹿洼煤矿扫码阅读全文摘要为了固结煤层中钻孔周围的裂隙，以聚二甲基硅氧烷、含氢硅油、聚丙烯纤维和秸秆纤维为原料，制备一种用于煤岩裂隙固结的弹性胶结材料，通过扫描电子显微镜和颗粒分析仪观察聚丙烯纤维和秸秆纤维在弹性胶结材料中的微观形貌，通过万能试验机研究不同掺量的聚丙烯纤维和秸秆纤维对弹性胶结材料力学性能的影响。研究结果表明：掺入一定量的聚丙烯纤维和秸秆纤维可以增强弹性胶结材料力学性能，随着聚丙烯纤维和秸秆纤维掺量的增加，弹性胶结材料的力学性能变差，聚丙烯纤维-秸秆纤维的最优掺量为0.6％～1％；聚丙烯纤维可以作为连接材料桥接弹性胶结材料内部不连续的区域，同时，聚丙烯纤维表面粗糙，可以黏结更多的胶体，增大聚丙烯纤维脱胶的阻力；当秸秆纤维掺量为0.5％和1％时，秸秆纤维在材料中的分散情况较好，而当掺量1.5％时，材料中的秸秆纤维开始出现团聚现象，当掺量为％时，团聚现象严重；弹性胶结材料与煤体有良好的粘结性，能够将松散的煤体黏结在一起，构成一个整体，具有一定的力学强度；加固煤体模块在力的加载过程中，逐渐变形，但加固后的煤体并未被压溃，依然保持良好的完整性；现场试验表明，随着抽采时间的增加，瓦斯混合流量缓慢下降，并未出现瓦斯混合流量剧烈波动或下降的现象，证明在抽采过程中，钻孔未发生失稳问题，钻孔孔壁保持完整。
研究背景
在高瓦斯松软煤层中，通过钻孔抽采瓦斯是降低瓦斯压力，消除煤与瓦斯突出灾害，同时实现瓦斯资源清洁利用的有效手段之一。但是在高瓦斯松软煤层中施工钻孔或利用钻孔抽采瓦斯过程中，受地应力和瓦斯压力的影响，极易发生喷孔、堵孔、塌孔等钻孔孔壁失稳问题。钻孔失稳将导致钻孔成孔率降低，钻孔深度不足，影响后续的瓦斯抽采效率，甚至诱发工作面煤与瓦斯突出事故。
目前，井下常采用注浆材料来固化钻孔周围的裂隙，保证钻孔孔壁稳定，因此，国内外对煤体固化材料的研究也得到了迅速发展。黄志安等以水泥和聚合物乳液为原料，复配出一种用于煤体加固、黏结性能好、力学性能强、成本低的复合浆液；王强等研制了一种改性液，并对加入了改性液的水泥基注浆材料的物理力学性能进行了试验；谢春鹏等研制了新型“聚氨酯-水玻璃”双液注浆材料，并进行了注浆材料加固煤体模型试验；张钧祥等以树脂、交联剂和发泡剂等原料，制备出一种力学强度高、黏度低，膨胀性能好的新型高分子材料，并开展了堵漏模拟试验；刘小鹏以煤岩钻屑为原料，配以其他材料制备出一种复合材料，并通过正交试验得到了复合材料的最优配比；杨政鹏等以硅酸盐和有机乳液为原料，制备出了复合浆液，并对其性质进行了测试，发现复合浆液与煤体有良好的黏结性。
综上所述，现有的注浆材料大多数是水泥基材料或高分子材料，存在脆性大、耐久性差、容易收缩、弹性差等问题，在钻孔周围应力和瓦斯压力的反复作用下，容易发生位移断裂，形成裂缝，影响固化效果。基于此，以聚二甲基硅氧烷为基料，制备出一种用于煤层裂隙固结的弹性胶结材料，该材料兼具弹性好和煤固结体力学强度较高的优点，能够将松散煤体黏结起来，对防治钻孔失稳问题具有借鉴意义。
内容概要
1弹性胶结材料预防钻孔失稳原理
图1弹性胶结材料预防钻孔失稳示意弹性胶结材料制备与性能测试.1主要材料及仪器试验中所用到的原料包括：聚二甲基硅氧烷，含氢硅油，二丁基二月桂酸锡，聚丙烯纤维，秸秆纤维，纤维素酶。试验中所用到的仪器包括：STAF3（WDW-C）型万能材料试验机、UTP-型电子精密天平、BT型颗粒分析仪、JSM-LV型扫描电子显微镜。
.弹性胶结材料的制备１）制备弹性胶结材料。２）制备试样。.3性能测试拉伸强度和断裂伸长率按GB/T58-测试，弹性模量由5％应变下的应力-应变曲线的斜率计算得出；压缩性能按GB/T-测试；透气性按GB/T-测试；采用JSM-LV型扫描电子显微镜观察弹性胶结材料断面形貌；采用BT型颗粒分析仪观察秸秆纤维在弹性胶结材料中的分散情况。3试验结果分析
3.1单因素试验
图弹性胶结材料拉伸性能随聚丙烯纤维掺量的变化
图3不同聚丙烯纤维掺量的弹性胶结材料压缩应力应变曲线
图4聚丙烯纤维微观结构
图5弹性胶结材料拉伸性能随秸秆纤维掺量的变化
图6不同秸秆纤维掺量的弹性胶结材料压缩应力应变曲线
图7不同掺量秸秆纤维在基体中的分散情况
3.多因素试验
表1试验因素与水平
表不同水平弹性胶结材料力学性能试验结果
3.3弹性胶结材料加固煤体测试
表3不同聚丙烯纤维-秸秆纤维掺量下煤体加固测试结果
图8加载与卸载过程4工程应用
4.1施工概况
图9钻孔布置示意
图10注浆工艺示意
4.瓦斯抽采效果分析
图11瓦斯混合流量变化
结论
１）掺入聚丙烯纤维和秸秆纤维能够达到增强弹性胶结材料力学强度的目的；随着聚丙烯纤维和秸秆纤维掺量的增加，两者在胶体中的分散性变差导致弹性胶结材料的力学性能变差，聚丙烯纤维-秸秆纤维的最优掺量为0.6％～1％。
２）弹性胶结材料加固煤体测试表明：新型弹性胶结材料与煤体有良好的黏结性，能够将松散的煤体黏结在一起，构成一个整体，具有一定的力学强度；加固煤体模块在力的加载过程中，逐渐变形，但依然保持良好的完整性；当力卸载后，加固煤体模块的高度逐渐恢复至试验前的一半左右。
３）在浦溪井54底板巷对弹性胶结材料进行试验，结果表明，随着抽采时间的增加，钻孔的瓦斯流量逐渐下降，但下降速度缓慢，证明在抽采过程中，钻孔未发生失稳问题，钻孔孔壁保持完整。
引用格式鲁义，谷旺鑫，丁仰卫，等.固结软煤层瓦斯抽采钻孔周围裂隙的弹性胶结材料研制［J］.煤炭科学技术,0,50（）：19-.LUYi,GUWangxin,DINGYangwei，etal.Developmentofelasticcementedmaterialforconsolidatingcracksaroundthedrillingholesingasdrainageinsoftcoalseams［J］.CoalScienceandTechnology，0，50（）：19-.END责任编辑：郭鑫
整理：黄小雨
审核：常琛往期推荐王国法院士等6位最新综述丨王国法院士全面总结煤矿智能化最新技术进展
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