煤炭工程

作者：崔　勇,尹希文,于秋鸽,樊振丽,孙晓冬

单位：1. 中煤科工开采研究院有限公司，北京 1000132. 露天煤矿灾害防治与生态保护全国重点实验室，北京 1000133. 天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013

关键词：注浆材料,钻井液,流变触变性,Zeta电位,吸附特性,

针对煤矿奥灰含水层治理过程中因注浆材料选择导致封堵效果不佳的问题，通过流变/ 触变仪、粒度分布仪、Zeta电位仪、有机碳吸附仪与等温量热仪等测试手段，从物理和化学两个角度研究了钻井液对水泥浆与黏土浆流变/触变行为的影响规律，分析了钻井液与注浆材料的相互作用机制，并通过新安煤田孟津煤矿奥灰含水层治理工程验证了不同注浆材料对钻井液的吸附封堵效果。结果发现：①钻井液显著增加水泥浆与黏土浆的流变性能（动态屈服应力、塑性黏度）及触变性，且呈现掺量依赖性。相同掺量下，黏土浆动态屈服应力比水泥浆高35%以上，触变性比水泥浆高2.5倍以上；②通过Zeta电位与吸附量分析，带正Zeta电位的水泥浆（+1.39mV）对带负Zeta电位的钻井液（-35.8mV）通过静电吸引实现高效吸附，而带负Zeta电位的黏土浆（-13.4mV）对钻井液产生静电斥力，水泥浆对钻井液的饱和吸附量（330mg/L）和吸附效率（100%）分别是黏土浆对钻井液的2.4倍和1.25倍，表明了电性匹配对吸附行为的决定性作用；③基于电性匹配特性提出水泥浆早期吸附封堵技术，实际工程监测表明，早期水泥浆吸附钻井液后孔口起压速率（0.045MPa/h）仅为黏土浆封堵体系（0. 86MPa/h）的5%，在大漏失地层（漏失速率>30m3/h）应用中堵漏响应效率提升20倍。本研究从物理与化学角度揭示了注浆材料与钻井液电性匹配、选择性吸附与流变/触变增加的相互作用机制，为煤矿奥灰含水层早期高效封堵材料设计与工程应用提供了理论依据。

来源：2026年第3期

《煤炭工程》期刊编辑部

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