3、高水材料
高水材料综合性能优异，能在较高的水灰比下迅速凝结固化，抗压强度发展较快，混合2小时即可达到1.0-2.5MPa，并且具有微膨胀性，能满足大多数苛刻的施工要求。鉴于以上诸多优点，高水材料被沿用到钻孔封孔施工中，专家学者对高水材料的性质及其封孔性能也做了系统研究。
张英华等[31]对高水材料性质进行了研究并介绍了其封孔工艺，试验表明高水材料是一种具有流动性好、凝结快、强度高、结晶微膨胀等特点的早强固化材料，采用注浆式可直接实现良好封孔。彭美勋等[32]研究了包括悬浮剂、缓凝剂及速凝剂在内的高水材料各组分对材料性能与微观结构的影响。陈洪令等[33]研究认为掺入熟料用量10％的膨润土既可以满足固化体强度要求又可以消除材料在凝结时的泌水现象。尹艳玲和高清雯[34,35]将高水材料用于油井堵水和“三软”煤层注水防尘中均取得了良好的封孔效果。孙文德等[36]将膨胀水泥与高水材料配方有机结合并加入各种外加剂，制得新型矿用封孔材料PD，并采用微胶囊化技术，使材料在缓慢凝固过程中逐渐膨胀，以抵消材料后期的干缩，取得了较好的封孔效果：瓦斯抽采体积分数从22.6％提高到36.8％，平均抽采负压从2.8KPa提高到9.1KPa，平均单孔瓦斯纯流量从9.42L/min提高到44.53L/min。郑春山等[37]运用环境扫描电子显微镜，针对封孔材料的密封性能、材料与钻孔煤壁的结合特征、材料向钻孔周边的渗透情况对比研究了PD系列材料与聚氨酯材料，发现PD系列材料内部结构严实，可以有效提高抽采负压，增大抽采瓦斯浓度值和纯瓦斯流量均值。中国矿业大学在高水材料的基础上研制出超高水材料，其水固比高达11:1，流动性优异，且具有材料凝结时间和强度可调、固结体不收缩等特点[38,39]。冯光明等[40]研究了复合外加剂和水固比对超高水材料凝结时间和强度的影响，对胶体水化的机理进行了分析，并用表面双电层理论对超高水胶凝体系的稳定性做了理论解释。丁玉等[41]进一步研究了不同水体积下超高水材料的体积应变、流变性、显微结构、稳定性等性质，认为超高水材料综合性能优异，具有较好的应用前景。
4、高分子材料
无机材料注浆封孔时由于其水化颗粒粒径较大，难以对钻孔围岩的微细裂纹进行封闭，后期收缩干裂致使钻孔漏气漏水。针对以上传统封孔材料的不足，人们开始寻求某些高分子材料替代无机材料，其中聚氨酯泡沫材料即为一个典型代表。
1848年德国首先开始研究聚氨酯，我国于1958年前后才开始研究和生产聚氨酯。真正开始将聚氨酯用于注浆封孔的国家是美国和日本，此后各国先后开展对这一领域的试验研究，发展至今取得了丰硕的成果[42,44]。王大庆等[45]采用聚氨酯注浆封孔解决了松软煤层瓦斯抽采效果不佳的问题，瓦斯抽采浓度达到90％以上。高振勇等[46]对聚氨酯的膨胀性及透气性做了介绍，并指出聚氨酯在钻孔环形空间内的膨胀倍数与环形空间长度呈指数关系。周林峰[47]将聚氨酯应用于大湾煤矿的瓦斯抽采封孔施工中，通过与水泥封孔对比发现，聚氨酯封孔具有用量少、封孔长度短、施工时间短、封孔效果优异的特点。钻孔封孔质量的好坏取决于两个重要的因素：一是封孔材料的性能，即材料的渗透性、粘结性；二是封孔长度。针对这个问题，李季等[48]对聚氨酯封孔材料的渗透性、粘结性及其合理的封孔长度做了试验分析，得出聚氨酯渗透系数较小，仅为1.00546×10(-6)cm/s，与煤的粘结强度的几何平均值为387.95KPa，聚氨酯材料可作为瓦斯抽放和煤层注水的钻孔封孔材料，并且其封孔长度大于0.976m即可。徐卫东等[49]采用新型合成树脂进行定位封孔，也克服了以上不足，取得了良好的封孔效果：钻孔平均抽放浓度提高了15％，平均瓦斯抽放流量提高了0.007㎥/min。马灵军等[50,51]针对现有瓦斯抽采钻孔封孔技术的封孔长度短、深度小、对钻孔周围裂隙带封堵较差等不足，在详细介绍化学注浆原理的基础上，引入了一种化学注浆封孔技术，即使用赛瑞封孔材料，通过手动注浆泵加压注浆，完成封孔操作，注浆量计算公式为：
式中：W为注浆量；D为封孔直径；d为瓦斯抽采管直径；L为注浆管长度。
三、目前注浆封孔材料存在的主要问题
1、以水泥为主要成分的无机封孔材料，由于水化颗粒粒径较大，难以封闭微细裂纹，导致漏水漏气。单一组分封孔材料的性能，将越来越不能满足对封孔性能的要求，如粘土封孔遇水软化、水泥封孔易干缩以及不易封闭微细裂纹、化学注浆封孔成本高以及易污染等。
2、封孔材料的微膨胀性用于封堵微裂纹以及弥补材料后期干缩，然而目前在控制封孔材料膨胀速度方面的研究还不足。在封孔材料中添加膨胀药剂，可以实现材料的微膨胀性，但不加以控制的话，膨胀药剂在封孔初期就会消耗完全，对材料后期的收缩将起不到弥补作用，如何控制特殊外加剂缓慢发挥效用亟需进一步研究。
3、化学注浆封孔材料对环境和人体有一定的潜在威胁，例如异氰酸酯是聚氨酯的基本原料，对人体有严重危害。
并且封孔材料多为一次性，一次封孔失败便会造成废孔，需重新钻孔封孔，封孔成本较高，材料的可操作性和可回收利用性差。
四、结语
我国政府一贯高度重视煤矿生产安全，并把瓦斯治理作为煤矿生产安全工作的重中之重，着力遏制重、特大瓦斯事故的发生。封孔材料在预防瓦斯事故方面扮演着重要的角色，随着研究的深入进展和人们安全生产意识的提高，对封孔材料的性能势必会提出更高的要求，可以从以下几个方面展开研究：
1、尽管封孔材料经过多年研究取得了较大的进展，在预防煤矿瓦斯事故方面作出了很大的贡献，但是目前封孔材料的性能仍存在诸多的不足，单一组分封孔材料的性能将不能满足安全高效生产的要求。通过多组分复合的封孔材料的性能将更加全面，其抗渗性好、注浆性能优异、不收缩、凝结时间易于控制、适于运输和存储，封孔材料多组分间的复合技术将会成为今后研究的方向和重点。
2、微胶囊化技术是使用天然或合成的固体将气体、液体和固体包覆与封装，但这种技术目前尚不成熟，存在包覆率低、工艺复杂、成本偏高等不足，仍有待进一步研究改进。国内已有学者初步尝试应用此技术处理膨胀剂，用于控制药剂缓慢发挥效用。可以预见，随着微胶囊化机理、工艺等研究的不断深入，这种技术在外加剂处理方面将有重要的应用。
3、封孔材料对粉煤灰、矿渣等工业副产品的利用率将会不断提高，封孔材料的环保问题、耐久性问题、成本问题、回收利用问题以及针对不同施工条件开发新型封孔材料成为今后封孔材料研究的方向。
作者简介：
安徽理工大学材料科学与工程学院：王辉、王庆平、闵凡飞、陈军
参考文献：
[1]新华网．中国煤矿将进一步加大瓦斯综合治理工作力度[EB/OL].[2013-01-06].http://news.xinhuanet.com
[2]郝其林．复合型灾害矿井特厚煤层工作面注水效果分析[J]．煤矿安全，2012，43（10）：174
[3]吴金刚，李守振，郭军杰．高位钻场煤层注水防尘技术[J]．辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2012，31（5）：708
[4]史建恩．煤层瓦斯抽放防突机理研究[J]．煤炭技术，2012，31（1）：124
[5]梁燊．新型高性能矿用封孔材料的应用探讨[J]．能源技术与管理，2012（1）：84
[6]郭孟志，张向阳，孙向锋，等．顺层抽放钻孔封孔工艺[J]．煤炭科技，2012（3）：103
