本文研究旨在针对瓦斯抽采过程中封孔材料的性能缺陷问题,通过以矿物掺合料取代水泥基封孔材料中的部分水泥,再通过添加多种外加剂来激发矿物掺合料活性,实现矿物掺合料的有效利用以及封孔材料的性能改善,达到满足瓦斯抽采过程中使用的封孔材料的封孔要求的目的。选用废弃粉煤灰作为矿物掺合料,大量取代水泥基封孔材料中“基”的部分—水泥。在大掺量粉煤灰水泥基封孔材料的基础上,添加最优复合早强剂和适量减水剂等其他外加剂,实现“粉煤灰—水泥”封孔材料的各项性能的改性,达到增强“粉煤灰—水泥”封孔材料的各项性能、满足日益上升的井下封孔需求以及实现废弃粉煤灰的有效利用等目的。论文首先研究了大掺量粉煤灰对水泥基封孔材料的性能影响。结果表明粉煤灰的取代会对水泥基封孔材料的各项性能产生很大影响。虽然随着粉煤灰取代量的增加封孔材料的流动性能会逐渐优化,但是封孔材料的其它各项性能均有所降低,尤其是封孔材料的早强性能以及凝结时间。考虑到井下封孔性能要求,选用粉煤灰取代量为50%,此时的封孔材料1D、3D、7D、14D、28D强度分别为3.999MPa、6.513MPa、10.408MPa、14.832MPa、21.259MPa,流动度为 122mm,初凝时间为443min,终凝时间为485min。接着在粉煤灰掺入量对封孔材料的性能影响实验基础上,通过抗压强度测试、流动度测试、凝结时间测试以及X射线衍射分析、扫描电镜分析、热重分析等分析测试手段,分别从力学、物理和微观结构这三个角度,研究氟铝酸钙、氢氧化钙、硫酸锂以及三乙醇胺单掺对“粉煤灰—水泥”封孔材料的各项性能影响并获得其最优掺量。结果表明,以上四种早强剂均能激发粉煤灰活性,有效促进“粉煤灰—水泥”封孔材料的各项性能提升。其中氟铝酸钙的最优掺量为1.5%左右,氢氧化钙的最优掺量为0.5%左右,硫酸锂的最优掺量为0.1%左右,三乙醇胺的最优掺量为0.1%左右。其1D、3D、7D抗压强度值分别相对基准组M上升了 58.1%、50.8%、33.1%,52.2%、48.9%、21.8%,29.7%、17.9%、21.1%和60.4%、39.7%、38.3%。最后,基于上述单掺实验,本文将不同早强剂最优掺量进行递进复配后掺入“粉煤灰—水泥”封孔材料中,研究其协同作用对粉煤灰的激发效果以及对“粉煤灰—水泥”封孔材料的性能改善效果。最终结果表明,最佳复配方案为“50%粉煤灰+50%水泥+0.075%聚羧酸减水剂+0.1%2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸+0.5%氢氧化钙+0.1%硫酸锂+0.1%三乙醇胺。此时对粉煤灰活性激发最好,对“粉煤灰—水泥”封孔材料性能改善最佳,其1D、3D、7D的抗压强度值分别相对基准组M上升了 152.5%、115.4%、75.8%。复合早强剂对“粉煤灰—水泥”封孔材料的性能改善效果要明显优于其某一组分的单掺对“粉煤灰—水泥”封孔材料的性能改善。图[50]表[20]参[81]