一種煤巖軟化活性壓裂劑的製作方法
2023-10-18 00:52:44 5
專利名稱：一種煤巖軟化活性壓裂劑的製作方法
技術領域：
本發明屬於礦山工程技術領域，具體涉及一種適用于堅硬煤巖斷裂衝擊預防、注
水壓裂軟化，增強冒放性，提高資源採出率的煤巖軟化活性壓裂劑。
背景技術：
衝擊災害是一種採礦過程誘發的礦井地震，是礦井的一大自然災害。衝擊災害所 釋放的能量，從巖石微小裂紋破裂的10-5J，到大尺度煤巖破壞的109J，相當於芮氏規模 的-6 5級。目前我國已經成為世界上衝擊地壓災害最嚴重的國家之一。我國發生衝擊 災害礦井數量從1985年到2003年已經增長一倍，超過1000個礦井有衝擊災害威脅。每年 由於衝擊災害造成了很大的經濟損失和人員傷亡事件。但是，隨著我國礦井開採以每年20 米平均速度向深部延伸，礦井衝擊災害亦有日益嚴重的趨勢。衝擊災害的預防問題，一直 伴隨煤礦開採，經過了近百年的探索，包括我國在內的許多國家的研究和長期防治方面的 實踐與經驗，總結了一些行之有效的防治措施，其中注水預防衝擊地壓的方法簡單易行，廉 價，適用性廣，成為防治衝擊災害的首選技術措施。 目前，國內生產中採取了一定技術措施。國家煤礦安全規程規定注水率2%，但效 果不佳，主要源於煤層、巖層疏水性和軟化性問題所致。近年來事故率達到36%以上，安全 生產及採出率的提高受到嚴重限制。 面對我國不斷上升的礦山衝擊災害事故，在生產實踐中，採用了不同水基添加劑， 主要還是以有效破斷煤層、預防瓦斯、降低煤塵為指導，而對水基壓裂材料及性能與煤巖基 質的吸附潤溼性問題，及其壓裂液軟化能力、配比和破壞面定時定點控制等方面，由於種種 原因，研究不夠，面對我國煤礦生產安全實際，有待深入開發研究。 衝擊災害煤巖壓裂軟化技術實施中包括三個階段，首先，在煤巖中預先壓裂形成 符合一定要求的(節理組)破裂帶，以破壞堅硬頂板，釋放彈性變形能量；其二，通過活性壓 裂液改變煤巖基質的吸附潤溼特性和親合力，達到軟化整體煤巖結構、改變煤巖物理力學 特性的目的。其三，依靠礦山壓力和支架的反覆支撐對煤巖的破碎作用，實現衝擊煤巖體的 最大限度破碎和彈性能釋放，達到避免衝擊傾向，保護人員與設備，並釋放煤層瓦斯、降低 煤塵，延緩自燃。多年的現場應用表明，該技術在衝擊災害防治過程具有環保、安全、高效、 經濟等煤巖衝擊災害預防的特色。但是，面對不同衝擊災害類型的煤層、巖層等多種類型煤 巖，在生產實踐中，採用了不同水基添加劑，主要還是以有效破斷煤層、預防瓦斯、降低煤塵 為指導，而對水基壓裂材料的性能與煤巖基質的吸附溼潤特性問題，及其壓裂液軟化能力、 壓裂水溶液驅氣界面定時定點控制等方面，種種原因，研究不夠，面對產業化推廣，仍存在 有待深入開發研究的問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種煤巖軟化 活性壓裂劑，該軟化活性壓裂劑用於煤層注水過程中，具有"高壓壓裂，低壓軟化"的作用，
3增強煤巖層軟化性，提高注水效率，降低煤塵，預防瓦斯煤層動力災害。 為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種煤巖軟化活性壓裂劑，其特 徵在於，它是由以下質量百分比的陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽、非離子表面活性劑和 非離子表面活性劑加成物混合成復配新型表面活性劑後，再與以下質量百分比的氯化鉀、 硫酸鈉和水混合均勻製得 陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽5_35%，
非離子表面活性劑 3-30%，
非離子表面活性劑加成物 2_5%，
氯化鉀 1-5%，
硫酸鈉 1-5%，
水 45-73%。 所述非離子表面活性劑為烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚。
所述非離子表面活性劑加成物為脂肪醇與環氧乙烷縮合物。 壓裂軟化技術原理是首先，在煤巖中預先壓裂形成符合一定要求的破裂帶，以釋 放彈性變形能量；其二，通過壓裂液改變煤巖基質的吸附潤溼特性和軟化性，達到軟化煤巖 結構、弱化物理力學性質的目的；其三，依靠礦山壓力的破碎作用，實現衝擊煤巖體的最大 限度破碎和彈性能釋放，達到避免衝擊災害，提高資源回收率，釋放瓦斯、降低煤塵，延緩自 燃的目的。 本發明所依據的技術原理本發明以陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽、非離子表 面活性劑為烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚和非離子表面活性劑加成物等為主要 原料加合反應形成新的表面活性劑，其中新的表面活性劑在與無機鹽溶液組成煤巖壓裂軟 化的專用壓裂軟化液復配新型表面活性劑(CFS系列)，在不同壓力下形成壓裂作用和滲透 軟化作用，改善煤巖表面張力和水煤接觸角，阻止壓裂濾失，增強煤巖親水性和軟化性的作 用。 面對不同變質煤層的壓裂軟化，煤為極性材料，因此，復配新型表面活性劑(CFS 系列)材料具備耐酸鹼、耐硬水，同時具有良好的潤溼性、滲透性和軟化性特點，屬陰離子 或者非離子表面活性劑加合的活性液。 這一研究對煤礦開採引起的衝擊地壓、坍塌、提高採出率和注水效率、預防煤與瓦 斯突出等事故的發生、控制具有重要意義，在礦山安全生產上起得作用是難以估量的。
本發明與現有技術相比具有以下優點
1 、本發明適用於各類煤層條件下使用。 2、通過參與煤巖層注水工程，形成"高壓壓裂，低壓滲透"作用，明顯的提高煤巖層 潤溼係數和軟化係數。 3、使用本發明可改善注水性能，預防衝擊災害，降低煤塵、防止瓦斯和煤層自燃發 火等。 4、由於其壓力靈敏的特殊組分，本發明具有防壓裂漏失、增強浸潤軟化性的作用。
5、本發明綠色環保，無毒、無腐蝕，無易燃易爆性。
6、本發明使得注水施工工藝簡單，智能化全自動控制。
7、本發明與其它無機鹽具有良好的協同穩定作用。
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8、本發明在衝擊災害防治過程中具有環保、安全、高效、經濟等作用。
下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
具體實施方式
實施例1 按各原料的質量百分比進行稱量後，將陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽5%、非 離子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚30%和脂肪醇與環氧乙烷縮合物 5%混合形成復配新型表面活性劑，然後再與氯化鉀2%、硫酸鈉3%和水55%混合，充分攪
拌，使各組分混合均勻，標定即可製得成品煤巖軟化活性壓裂劑。
實施例2 按各原料的質量百分比進行稱量，將陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽10%、非離 子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚20%和脂肪醇與環氧乙烷縮合物 3%混合形成復配新型表面活性劑，然後再與氯化鉀5%、硫酸鈉2%和水60%混合，充分攪
拌，使各組分混合均勻，標定即可製得成品煤巖軟化活性壓裂劑。
實施例3 按各原料的質量百分比進行稱量，將陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽20%、非離 子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚3%和脂肪醇與環氧乙烷縮合物2% 混合形成復配新型表面活性劑，然後再與氯化鉀1%、硫酸鈉1%和水73%混合，充分攪拌， 使各組分混合均勻，標定即可製得成品煤巖軟化活性壓裂劑。
實施例4 按各原料的質量百分比進行稱量，將陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽25%、非離 子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚20%和脂肪醇與環氧乙烷縮合物 2%混合形成復配新型表面活性劑，然後再與氯化鉀3%、硫酸鈉5%和水45%混合，充分攪
拌，使各組分混合均勻，標定即可製得成品煤巖軟化活性壓裂劑。
實施例5 按各原料的質量百分比進行稱量，將陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽30%、非離 子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚5%和脂肪醇與環氧乙烷縮合物4% 混合形成復配新型表面活性劑，然後再與氯化鉀1%、硫酸鈉2%和水58%混合，充分攪拌， 使各組分混合均勻，標定即可製得成品煤巖軟化活性壓裂劑。
實施例6 按各原料的質量百分比進行稱量，將陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽35%、非離 子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚10%和脂肪醇與環氧乙烷縮合物 2%混合形成復配新型表面活性劑，然後再與氯化鉀1%、硫酸鈉2%和水50%混合，充分攪 拌，使各組分混合均勻，標定即可製得成品煤巖軟化活性壓裂劑。 以上實例製得煤巖活性劑可在各類煤層條件下使用，改善注水性能，自然吸水率 增加1 2% ;煤巖硬度係數下降32 58%左右；預防衝擊災害，降低煤塵、防止瓦斯和煤 層自燃發火等效果；綠色環保，無毒、無腐蝕，無易燃易爆性；使得注水施工工藝簡單，智能 化全自動控制。 使用注意事項本發明的用量如下(煤巖活性劑的加量是指煤巖活性劑和水的質量百分比) 1、硬度為2.5左右的普通硬煤軟化，溫度在2(TC左右，煤巖活性劑的加量應在 0. 05%。 -0. 2%。之間。 2、複雜煤巖層在300 400米埋藏深度的時候，煤巖活性劑的加量應在 0. 1%。 -0. 2%。之間。 3、加入的方法智能自動化控制加入注水井液中。 以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明 技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬於本發明技術方 案的保護範圍內。
權利要求
一種煤巖軟化活性壓裂劑，其特徵在於，它是由以下質量百分比的陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽、非離子表面活性劑和非離子表面活性劑加成物混合成復配新型表面活性劑後，再與以下質量百分比的氯化鉀、硫酸鈉和水混合均勻製得陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽 5-35％，非離子表面活性劑 3-30％，非離子表面活性劑加成物2-5％，氯化鉀1-5％，硫酸鈉1-5％，水45-73％。
2. 根據權利要求1所述的一種煤巖軟化活性壓裂劑，其特徵在於所述非離子表面活 性劑為烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚。
3. 根據權利要求1所述的一種煤巖軟化活性壓裂劑，其特徵在於所述非離子表面活性劑加成物為脂肪醇與環氧乙烷縮合物。
全文摘要
本發明公開了一種煤巖軟化活性壓裂劑，該煤巖軟化活性壓裂劑是由陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鹽、非離子表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚和非離子表面活性劑加成物脂肪醇與環氧乙烷縮合物混合形成復配新型表面活性劑，然後再與氯化鉀、硫酸鈉、水按一定的比例混合成系列專用煤巖軟化活性壓裂劑。本發明可用於提高注水效率，預防頂板煤層衝擊，大幅度降低煤巖層硬度係數，增強煤層冒放性，提高資源採出率，降低煤塵、防止瓦斯和煤層自燃發火等。
文檔編號C09K8/76GK101781553SQ201010107229
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者鄧廣哲 申請人:西安科技大學