本發明涉及一種礦用封孔材料，特別涉及一種適用于頁巖氣和煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔的凝結可控型復合水泥基早強耐久膨脹延遲型封孔材料及其應用方法，屬于礦山開采技術領域。
背景技術：
目前，國內外在采礦封孔方面主要采用的密封材料有聚氨酯類發泡材料和普通水泥沙漿兩大類。聚氨酯材料屬于化學類灌漿材料，其操作流程簡單，封孔速度快，膨脹倍率高，對煤體裂隙有一定的封堵作用而受到歡迎。但聚氨酯產品的膨脹效果易受溫度、水分、配合比例等一系列的原因的影響，封孔長度達不到理想的密封狀態，造成密封成本高。且該類材料易燃，有一定毒性，存在安全隱患。采用水泥砂漿封孔，材料成本低、操作方便、速度快、封孔深度較長，而且注漿對孔周圍巖體的裂隙也有一定的封堵作用，封孔嚴密，效果較好。現在普遍應用的水泥砂漿雖然加入了水泥膨脹劑，但在水泥水化凝結過程中仍有一定程度的收縮，特別是當鉆孔角度較小時易在孔內上部形成‘月牙’型空隙，從而降低封孔質量和對對周圍巖體裂隙的封堵作用。膨脹劑使用不當還會造成水泥凝結快，灌漿困難，漿體在膨脹過程中開裂等問題。
近年來，關于水泥膨脹劑的選取與應用有較多研究。諸如，向硅酸鹽水泥中摻加一定比例的硫鋁酸鹽水泥，根據目前的研究成果，這種復合水泥中硫鋁酸鹽水泥的含量一般不宜超過10%，否則凝結時間太短，施工困難，且水泥水化后期漿體會發生開裂或強度降低；向硅酸鹽水泥中摻加一定比例的生石灰和石膏，水化過程發熱導致水泥水化加速，凝結時間縮短，使水泥漿體硬化與發氣不協調；制備鋁粉微膠囊以延緩鋁粉發氣，使水泥達到一定強度后發生膨脹，希望材料強度與膨脹協調發展。為了保證水泥材料的強度需要加入約10%的水性環氧樹脂，使該材料的成本大幅度提高。且鋁粉發氣滯后，與水泥的凝結時間不易匹配，給實際施工帶來困難。
技術實現要素：
采用一定配比的硫鋁酸鹽-硅酸鹽復合水泥體系，以提高水泥的早期強度且補償漿體水化收縮的性能。本發明提供一種包覆技術延緩并控制復合水泥的水化，以獲得凝結時間可控，易施工，早期強度高，膨脹持續時間長且耐久的封孔材料。
本發明采取的技術方案為：
一種凝結可控型復合水泥基封孔材料的組成體系為采用一定配比的硫鋁酸鹽-硅酸鹽復合水泥，其基本配比：硫鋁酸鹽水泥20-50%，硅酸鹽水泥30-60%，石膏4-10%，礦渣5-20%，石灰石5-20%，膨潤土3-10%，工業鋁粉或鋁膏0.02-2.00%，高效減水劑0.5-2.0%，兩種或兩種以上樹脂類高分子材料0.5-5.0%。
其制備步驟如下：
（1）將石膏，礦渣，石灰石，所選用的樹脂以及硫鋁酸鹽水泥熟料分別粉磨至0.08mm方孔篩篩余小于10%且分別單倉貯存，硅酸鹽水泥單獨貯存；
（2）將硫鋁酸鹽水泥熟料與0.5-5.0%的所選樹脂混合粉磨20~60min，制得包覆硫鋁酸鹽水泥；
（3）將20-50%的樹脂包覆硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥30-60%，石膏4-10%，礦渣5-20%，石灰石5-20%，膨潤土3-10%，工業鋁粉或鋁膏0.02-2.00%，高效減水劑0.5-2.0%混合15~40min，裝袋密封，制得凝結可控型復合水泥基封孔材料（所選用減水劑若為液體，可在施工前按0.5-2.0%比例加入水中）。
所述的高效減水劑為：聚羧酸鹽減水劑，氨基磺酸鹽減水劑，萘系減水劑，三聚氰胺減水劑。
所述的樹脂類高分子材料為：酚醛樹脂，丙烯酸樹脂，乳膠粉，羧甲基纖維素，聚丙烯酰胺，糊精。
一種凝結可控型復合水泥基封孔材料，其應用方法如下：
將所述封孔材料，采用水/灰比0.5-0.7，攪拌3-10min后即可泵送注入所要密封的孔中，漿體的初凝時間30-90min，終凝時間70-150min；膨脹倍率10-35%，3天抗壓強度15-30MPa，28天30-45MPa。鋁粉發氣完成后，隨著硫鋁酸鹽礦物的水化，硬化漿體中形成了較多的AFt和鋁膠，賦予材料較高的早期強度，補償了硅酸鹽相的水化收縮并可為材料提供微膨脹。
本發明采用分別粉磨技術，在硫鋁酸鹽水泥與樹脂共同粉磨的過程中，微細的樹脂顆粒通過吸附作用附著在硫鋁酸鹽水泥熟料的礦物顆粒表面，起到一定包覆作用。施工過程密封料與水接觸后，包裹在熟料顆粒表面的樹脂與水作用形成交織狀包覆膜。由于包覆膜對熟料礦物顆粒的隔離作用，延長了易水化的硫鋁酸鈣礦物的水化時間，針狀水化硫鋁酸鈣礦物（AFt）和鋁膠的形成量得到有效緩釋控制，賦予密封材料在封孔中持續微膨脹。一般的密封材料，鋁粉發氣完成后膨脹即基本結束。該控釋水化密封材料，隨著水泥水化過程的延續，包覆膜被緩慢破壞，硫鋁酸鈣礦物得以緩釋水化，硬化漿體中形成的AFt和鋁膠增加，賦予材料較高早期強度的同時補償了硅酸鹽相的水化收縮，并可為材料提供微膨脹，使得該封孔材料能夠持續耐久使用。
具體實施方式
下面結合具體實施例來說明本發明的實質。有必要在此指出的是：這些實施例僅用于證實本發明而不用于限制本發明的范圍。
實施例1
（1）一種凝結可控型復合水泥基封孔材料的制備
①將石膏，礦渣，石灰石，所選用的樹脂以及硫鋁酸鹽水泥熟料分別粉磨至0.08mm方孔篩篩余小于10%且分別單倉貯存，硅酸鹽水泥單獨貯存；
②將磨細的硫鋁酸鹽水泥熟料與兩種或兩種以上的樹脂類高分子材料（酚醛樹脂，丙烯酸樹脂，乳膠粉，羧甲基纖維素，聚丙烯酰胺，糊精）共3.6%混合粉磨30min，制得包覆硫鋁酸鹽水泥；
③將35%的樹脂包覆硫鋁酸鹽水泥與38.7%硅酸鹽水泥，6%石膏，10%礦渣，6%石灰石，3%膨潤土，0.3%工業鋁粉，1.0%萘系減水劑混合25min，裝袋密封，制得凝結可控型復合水泥基封孔材料。
（2）一種凝結可控型復合水泥基封孔材料的應用方法
將上述（1）制得的封孔料與60%水混合，攪拌均勻（即可泵送注入所要密封的孔中），標準條件下測試漿體的初凝時間(h:min)：1:06；終凝時間(h:min)：1:35；膨脹倍率25%；標準條件下養護，3天和28天齡期強度分別為：15.6MPa和44.8 MPa。
（3）山西某煤礦對“一種凝結可控型復合水泥基封孔材料”的井下應用試驗
選擇井下長8m孔徑94mm的鉆孔一組（3個），計算出所需漿體量。將上述（1）制得的封孔料與60%水在混料桶中混合并攪拌均勻，用注漿泵注入鉆孔中（孔兩端用聚氨酯材料封堵）并保壓至2 MPa，停止注漿，定時觀察測量瓦斯抽采濃度。結果顯示，該密封材料密封效果良好，15d的平均抽采濃度為79.5%；30d為76.6%；60d為65.2%。說明該密封材料不僅密封效果好，而且具有良好的穩定性與持續性。
實施例2
（1）一種凝結可控型復合水泥基封孔材料的制備
①將磨細的硫鋁酸鹽水泥熟料與兩種或兩種以上的樹脂類高分子材料（酚醛樹脂，丙烯酸樹脂，乳膠粉，羧甲基纖維素，聚丙烯酰胺，糊精）共3.3%混合粉磨30min，制得包覆硫鋁酸鹽水泥；
②將45%的樹脂包覆硫鋁酸鹽水泥與34%硅酸鹽水泥，7%石膏，5%礦渣，5%石灰石，3%膨潤土，0.2%工業鋁粉，0.8%三聚氰胺減水劑混合25min，裝袋密封，制得凝結可控型復合水泥基封孔材料。
（2）一種凝結可控型復合水泥基封孔材料的應用方法
上述（1）制得的封孔料與60%水混合，攪拌均勻，標準條件下測試漿體的初凝時間(h:min)：0:56；終凝時間(h:min)：1:20；膨脹倍率23%；標準條件下養護，3天和28天齡期強度分別為：19.6MPa和43.9 MPa。
（3）山西某煤礦對“一種凝結可控型復合水泥基封孔材料”的井下應用試驗
選擇井下長8m孔徑94mm的鉆孔一組（3個），計算出所需漿體量。將上述（1）制得的封孔料與60%水在混料桶中混合并攪拌均勻，用注漿泵注入鉆孔中（孔兩端用聚氨酯材料封堵）并保壓至2 MPa，停止注漿，定時觀察測量瓦斯抽采濃度。結果顯示，該密封材料密封效果良好，15d的平均抽采濃度為78.6%；30d為73.5%；60d為63.2%。說明該密封材料不僅密封效果好，而且具有良好的穩定性與持續性。