本发明涉及无机封堵材料技术领域，尤其涉及一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂及其使用方法。
背景技术：
煤矿的瓦斯抽放是治理瓦斯的根本性措施，是保证煤矿安全生产的主要手段。在瓦斯抽放中，封孔质量直接影响瓦斯的抽放效果。因而，封孔材料与封孔方法成为关键。目前国内煤矿封孔方法大部分采用加压注浆封孔法，此种封孔方法操作简单方便、同时安全可靠，一方面能使钻孔周围的裂隙得到充填，消除开孔时形成的漏气通道或裂隙，即消除初期漏气通道；另一方面能使钻孔得到可靠的支护，保证钻孔的稳定，使钻孔周围不再产生新的漏气通道或裂隙，即避免后期漏气通道的产生和发展。
比较先进的注浆材料有高分子发泡材料聚氨酯泡沫封孔料、以硫铝酸盐和铝酸盐为主料的无机封孔料。聚氨酯等有机发泡材料的主要缺陷是抗压强度低，可收缩量很大，反应剧烈，有大量反应热放出，有强烈的气味生成，对施工人员有伤害，反应速度太快，初凝时间不可调，封孔长度不易控制，而且封孔不密实，易漏气，成本较高。以硫铝酸盐和铝酸盐为主料的无机封孔料虽然克服了高分子发泡材料的强度低的缺陷，但成本太高、价格较高。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明公开了一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂，包含以下质量分数的原料：74-81%的42.5水泥、3-5%的速凝复合添加料、15-22%的膨胀复合添加料，所述速凝复合添加料包括10-15%偏铝酸盐、25-30%铝酸盐、10-15%碳酸盐、25%-35%氯化镁、余量为蒸馏水，所述膨胀复合添加料包括15-20%硫铝酸盐、20-30%铝酸盐、1-5%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、15-25%硅酸盐、1-5%纤维素醚、2-6%改性剂、1-5%高性能减水剂、余量为蒸馏水。
优选地，所述硅酸盐速凝膨胀封堵剂包含以下质量分数的原料：74-81%的42.5水泥、3-5%的速凝复合添加料、15-22%的膨胀复合添加料，所述速凝复合添加料包括10-15%偏铝酸盐、25-30%铝酸盐、10-15%碳酸盐、25%-35%氯化镁、0.7-1%的二氧化硅短纤维、1-3%玻璃微珠、余量为蒸馏水，所述膨胀复合添加料包括15-20%硫铝酸盐、20-30%铝酸盐、1-5%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、1-3%聚甲基丙烯酸乙酯、15-25%硅酸盐、1-5%纤维素醚、2-6%改性剂、1-5%高性能减水剂、余量为蒸馏水。
优选地，所述硅酸盐速凝膨胀封堵剂包含以下质量分数的原料，76%的42.5水泥、4%的速凝复合添加料、18%的膨胀复合添加料，所述速凝复合添加料包括14%偏铝酸盐、27%铝酸盐、13%碳酸盐、29%氯化镁、0.8%的二氧化硅短纤维、2%玻璃微珠、余量为蒸馏水，所述膨胀复合添加料包括17%硫铝酸盐、25%铝酸盐、3%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、2%聚甲基丙烯酸乙酯、20%硅酸盐、3%纤维素醚、4%改性剂、3%高性能减水剂、余量为蒸馏水。
优选地，所述碳酸盐为CaCO3、Ca(HCO3)2、FeCO3、MgCa(CO3)2、ZnCO3、MgCO3、Na2CO3、NaHCO3的一种或多种混合物。
优选地，所述硅酸盐为硅酸钠或石棉或长石或角闪石，粒度小于6mm。
优选地，所述改性剂为硫氧镁改性剂，纯度大于99%。
优选地，所述高性能减水剂为氨基磺酸盐减水剂，纯度大于99%。
优选地，所述硅酸盐速凝膨胀封堵剂按料水比1:0.4-0.5进行混合后使用。
优选地，所述混合在水泥搅拌机中进行, 转速为1200r/min。
一种提高瓦斯抽采封孔质量的方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：用权利要求1所述的硅酸盐速凝膨胀封堵剂对钻孔封孔段以及裂隙进行封堵；
第二步：用专用注浆泵将喷涂材料输入高压喷枪内，经过高温高压雾化后喷涂在钻孔表面区域，形成一层能隔绝空气进入钻孔周围细小裂隙中的致密薄膜。
本发明的有益效果：
(1)对井下岩壁无不利影响，在对孔壁缝隙封堵时耐久；
(2)有较高的早期强度，后期强度降低小于30%，克服了普通硅酸盐水泥早期强度低的问题，解决了硫铝酸盐和铝酸盐为主料的无机封孔料后期强度下降大的问题；
(3)加入了微量高效减水剂，其作用是在保证较好浆料流动性的基础上减少封堵剂有效配水量，从而提高了封堵料凝结后强度，同时防止收缩过大，提高抗渗性能；
(4)加入了少量的纤维素，使封孔剂下述各方面的性能得到重大改善：柔软性、坚固性、抗冲击性、受拉性、抗挠强度、疲劳寿命、抗磨损、收缩性、耐久性和抗气蚀作用等；
(5)该普通硅酸盐速凝膨胀封堵剂在配水成浆时，无大量热产生、不烧手，对施工人员及环境无不良影响，对瓦斯抽取系统无不良影响；
(6)原材料易得，价格较低，有效降低成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
硅酸盐速凝膨胀封堵剂的使用方法：使用该硅酸盐速凝膨胀封堵剂时料和水按1:0.4-0.5比例搅混均匀，形成泥状湿料，湿料的稠度应保证其在钻孔内能堆积成形。使用注浆泵注入瓦斯抽取钻孔，对钻孔进行密封，可用于各种地质构造条件下的仰角、平角和俯角封孔。配制浆体时，称量应准确到±1%，拌合时，最好采用水泥搅拌机搅拌。
一种提高瓦斯抽采封孔质量的方法，包括如下步骤：
第一步：用上述的硅酸盐速凝膨胀封堵剂对钻孔封孔段以及裂隙进行封堵；
第二步：用专用注浆泵将喷涂材料输入高压喷枪内，经过高温高压雾化后喷涂在钻孔表面区域，形成一层能隔绝空气进入钻孔周围细小裂隙中的致密薄膜。
实施例1
一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂，包含以下质量分数的原料：81%的42.5水泥，5%的速凝复合添加料，22%膨胀复合添加料。其中，速凝复合添加料包括15%偏铝酸盐、30%铝酸盐、15% MgCa(CO3)2、35%氯化镁和蒸馏水，膨胀复合添加料主要包括20%硫铝酸盐、35%铝酸盐、5%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、25%硅酸钠（粒度小于6mm）、5%纤维素醚、6%硫氧镁改性剂（纯度大于99%）、5%氨基磺酸盐减水剂（纯度大于99%）和蒸馏水。将该硅酸盐速凝膨胀封堵剂按料水比1:0.4在转速为1200r/min的水泥搅拌机搅混均匀，用防潮包装装袋备用，因本物料具有较强吸湿性，混合后的干料不宜长时间存放。
实施例2
一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂，包含以下质量分数的原料：74%的42.5水泥，3%的速凝复合添加料，15%膨胀复合添加料。其中，速凝复合添加料包括10%偏铝酸盐、25%铝酸盐、10% NaHCO3、25%氯化镁和蒸馏水，膨胀复合添加料主要包括15%硫铝酸盐、20%铝酸盐、1%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、15%角闪石（粒度小于6mm）、1%纤维素醚、2%硫氧镁改性剂（纯度大于99%）、1%氨基磺酸盐减水剂（纯度大于99%）和蒸馏水。将该硅酸盐速凝膨胀封堵剂按料水比1:0.5在转速为1200r/min的水泥搅拌机搅混均匀，用防潮包装装袋备用，因本物料具有较强吸湿性，混合后的干料不宜长时间存放。
实施例3
一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂，包含以下质量分数的原料：78%的42.5水泥，4%的速凝复合添加料和16%膨胀复合添加料。其中，速凝复合添加料包括11%偏铝酸盐、26%铝酸盐、11% CaCO3、25%-35%氯化镁和蒸馏水，膨胀复合添加料包括16%硫铝酸盐、26%铝酸盐、2%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、16%石棉（粒度小于6mm）、2%纤维素醚、3%硫氧镁改性剂（纯度大于99%）、2%氨基磺酸盐减水剂（纯度大于99%）和蒸馏水。将该硅酸盐速凝膨胀封堵剂按料水比1:0.45在转速为1200r/min的水泥搅拌机搅混均匀，用防潮包装装袋备用，因本物料具有较强吸湿性，混合后的干料不宜长时间存放。
实施例4
一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂，包含以下质量分数的原料：75%的42.5水泥、3%的速凝复合添加料、19%的膨胀复合添加料，所述速凝复合添加料包括10%偏铝酸盐、25%铝酸盐、10%碳酸盐、25%%氯化镁、0.7%的二氧化硅短纤维、1%玻璃微珠、余量为蒸馏水，所述膨胀复合添加料包括15%硫铝酸盐、20%铝酸盐、1%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、1%聚甲基丙烯酸乙酯、15%硅酸钠（粒度小于6mm）、1%纤维素醚、2%硫氧镁改性剂（纯度大于99%）、1%高性能减水剂（纯度大于99%）、余量为蒸馏水。将该硅酸盐速凝膨胀封堵剂按料水比1:0.4在转速为1200r/min的水泥搅拌机搅混均匀，用防潮包装装袋备用，因本物料具有较强吸湿性，混合后的干料不宜长时间存放。
实施例5
一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂，包含以下质量分数的原料：79%的42.5水泥、5%的速凝复合添加料、16%的膨胀复合添加料，所述速凝复合添加料包括15%偏铝酸盐、30%铝酸盐、15%碳酸盐、35%氯化镁、1%的二氧化硅短纤维、3%玻璃微珠、余量为蒸馏水，所述膨胀复合添加料包括20%硫铝酸盐、30%铝酸盐、5%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、3%聚甲基丙烯酸乙酯、25%石棉（粒度小于6mm）、5%纤维素醚、6%硫氧镁改性剂（纯度大于99%）、5%高性能减水剂（纯度大于99%）、余量为蒸馏水。将该硅酸盐速凝膨胀封堵剂按料水比1:0.5在转速为1200r/min的水泥搅拌机搅混均匀，用防潮包装装袋备用，因本物料具有较强吸湿性，混合后的干料不宜长时间存放。
实施例6
一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂，包含以下质量分数的原料：76%的42.5水泥、4%的速凝复合添加料、18%的膨胀复合添加料，所述速凝复合添加料包括14%偏铝酸盐、27%铝酸盐、13%碳酸盐、29%氯化镁、0.8%的二氧化硅短纤维、2%玻璃微珠、余量为蒸馏水，所述膨胀复合添加料包括17%硫铝酸盐、25%铝酸盐、3%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、2%聚甲基丙烯酸乙酯、20%长石（粒度小于6mm）、3%纤维素醚、4%硫氧镁改性剂（纯度大于99%）、3%高性能减水剂、余量为蒸馏水。将该硅酸盐速凝膨胀封堵剂按料水比1:0.5在转速为1200r/min的水泥搅拌机搅混均匀，用防潮包装装袋备用，因本物料具有较强吸湿性，混合后的干料不宜长时间存放。
实施例7
一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂，包含以下质量分数的原料：77%的42.5水泥、3%的速凝复合添加料、17%的膨胀复合添加料，所述速凝复合添加料包括12%偏铝酸盐、26%铝酸盐、11%碳酸盐、26%氯化镁、0.8%的二氧化硅短纤维、2%玻璃微珠、余量为蒸馏水，所述膨胀复合添加料包括16%硫铝酸盐、22%铝酸盐、2%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、1%聚甲基丙烯酸乙酯、17%角闪石（粒度小于6mm）、2%纤维素醚、3%硫氧镁改性剂（纯度大于99%）、2%高性能减水剂（纯度大于99%）、余量为蒸馏水。将该硅酸盐速凝膨胀封堵剂按料水比1:0.42在转速为1200r/min的水泥搅拌机搅混均匀，用防潮包装装袋备用，因本物料具有较强吸湿性，混合后的干料不宜长时间存放。
实施例8
一种硅酸盐速凝膨胀封堵剂，包含以下质量分数的原料：78%的42.5水泥、5%的速凝复合添加料、18%的膨胀复合添加料，所述速凝复合添加料包括14%偏铝酸盐、28%铝酸盐、14%碳酸盐、33%氯化镁、0.9%的二氧化硅短纤维、2%玻璃微珠、余量为蒸馏水，所述膨胀复合添加料包括18%硫铝酸盐、27%铝酸盐、4%烯丙醇聚氧乙顺酐共聚物、2%聚甲基丙烯酸乙酯、23%石棉（粒度小于6mm）、4%纤维素醚、5%硫氧镁改性剂（纯度大于99%）、3%高性能减水剂（纯度大于99%）、余量为蒸馏水. 将该硅酸盐速凝膨胀封堵剂按料水比1:0.46在转速为1200r/min的水泥搅拌机搅混均匀，用防潮包装装袋备用，因本物料具有较强吸湿性，混合后的干料不宜长时间存放。
对比例1：
一种无机速凝膨胀封堵剂，包含以下质量分数的原料：30-70%硫铝酸盐，10-50%铝酸盐，5-40%粉煤灰，2-20%石膏，0.5-10%石灰，0.1-2%FDN减水剂、0.01-0.5%柠檬酸、0.5-3%元明粉、0.02-0.2%氯化锂。将该无机速凝膨胀封堵剂按料水比1:0.4在转速为1200r/min的水泥搅拌机搅混均匀，用防潮包装装袋备用，因本物料具有较强吸湿性，混合后的干料不宜长时间存放。
初凝时间是指从水泥加水到开始失去塑性的时间，而终凝时间是指从加水到完全失去塑性的时间。分别测试本发明实施例4的硅酸盐速凝膨胀封堵剂和对比例1的无机速凝膨胀封堵剂，将其实验结果列于表1：
由表1数据可看出，上述两种封堵剂都能够产生微膨胀，且凝结时间适中，能与孔壁牢固结合，能够满足矿用封孔要求。本发明的硅酸盐速凝膨胀封堵剂的初凝时间为15-25min，终凝时间为40-60min，膨胀系数≥0.03%，抗压强度6h≥7MPa ，24h≥13MPa。本发明的硅酸盐速凝膨胀封堵剂的抗压强度有一定程度提高。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。