钻孔封孔质量检测仪在瓦斯治理技术中的应用

钻孔封孔质量检测仪在瓦斯治理技术中的应用

张春帅

陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿 陕西省延安市 716000

摘 要：本煤层钻孔的封孔质量对于掘进工作面的灾害治理尤为重要，同时也为后期的回采起到采前预抽的效果。为了检验本煤层瓦斯抽采钻孔封孔质量是否合格，同时也为了提高瓦斯抽采效率，在煤层瓦斯抽采钻孔正常抽采状态下，利用瓦斯抽放钻孔封孔质量检测仪测定钻孔内距孔口不同位置的瓦斯抽采参数，根据测点数据的变化规律，来判断封孔质量是否合格，为本煤层瓦斯的高效抽采提供了保障。本文通过对新设备瓦斯抽放钻孔封孔质量检测仪的仪器构成、检测原理、实际应用效果三方面的论述，希望在现场实际中能有效检测本煤层瓦斯抽采钻孔的封孔质量，及时调整和优化封孔工艺，进而提高瓦斯抽采效果。

关键词：瓦斯抽采；本煤层钻孔；封孔质量检测

0引 言

黄陵矿业一号煤矿为高瓦斯矿井，主要可采煤层为2号煤，结构较为简单，厚度0.8m～6.3m,平均厚度3.12m,倾角3～5度。煤层瓦斯含量1.48～7.9 /t，本煤层瓦斯赋存极不平衡，局部地区富集。矿井目前有8套瓦斯抽采系统，包括2套井下移动瓦斯抽采系统和6套地面瓦斯抽采系统。随着矿井的逐年开采，瓦斯涌出量也越来越大，2020年一号煤矿绝对瓦斯涌出量152.38 /min，相对瓦斯涌出量11.85 /t，抽采瓦斯总计6311万 。

瓦斯抽采是煤矿治理瓦斯的重要技术手段之一，通过瓦斯抽采可以明显降低掘进和回采时的瓦斯涌出量，缓解了矿井的通风压力，提高矿井抗灾能力，为安全生产保驾护航。在瓦斯治理中，打钻和封孔是关键的两个环节，而封孔质量的好坏直接影响到瓦斯的抽采效果，同时本煤层瓦斯抽采钻孔封孔质量的好坏也能够间接反映出该矿井所采用的封孔工艺是否成熟可靠。瓦斯抽放钻孔封孔质量检测仪该设备，基于检测钻孔在连续抽采情况下孔内流体运动规律，通过钻孔内的瓦斯浓度和氧气浓度在距离孔口某距离段的变化幅度来判断封孔质量是否合格。

1 封孔质量检测仪检测原理

1.1 仪器简介

煤层瓦斯抽放钻孔封孔质量检测仪是测定钻孔在连续抽采状态下孔内不同深度位置氧气和瓦斯浓度的变化情况，以此来检验钻孔的封孔质量并且分析出漏气通道的位置，该检测装置基于流体力学理论设计，工作原理主要有以下两方面：

（1）当钻孔封孔效果较好时，孔内的瓦斯和氧气在负压状态下在封孔段内向孔口方向做有规律的单向运动，浓度基本维持在一个稳定值，没有较大的波动。

（2）当钻孔封孔效果差时，孔内的瓦斯和氧气向孔口方向在做紊乱的运动，浓度值会发生大幅的波动，也就是说孔口至漏气位置段瓦斯浓度远低于漏气位置至孔深方向段的瓦斯浓度。

煤层瓦斯抽放钻孔封孔质量检测仪主要由主机、瓦斯参数探测管、快接三通等组成，如下图所示。

图1 封孔质量检测仪主要组件

1.2 封孔质量判断

根据管流流体力学得出，当钻孔内不同孔深（深度递减）瓦斯和氧气浓度基本维持在一个稳定值，波动幅度较小，则说明封孔质量较好；浓度值变化越明显，说明气体在做紊乱的运动，存在漏气通道，封孔质量较差。结合图 1 ，根据测定的参数，判断方法如下：

1.如果a点瓦斯浓度大幅低于 b 点，则说明封孔管有破损，存在漏气通道；

2.如果b点瓦斯浓度大幅低于 c 点，则说明封孔材料不合格，封孔质量差；

3.如果c点瓦斯浓度大幅低于 d 点，则说明封孔深度不足，应增加封孔深度；

4.如果d测点的瓦斯浓度明显较小，则说明钻孔的深部可能出现裂缝、塌孔，存在漏气通道。

2 封孔质量检测仪应用效果

案例一：某矿掘进工作面某一钻场钻孔编号 ZK-05，本煤层钻孔，孔径94mm，倾角 3°，孔深 190m，封孔深度 15m，抽采时间 30 天，抽采负压 24kPa，钻孔内不同孔深瓦斯和氧气浓度值如表 1 所示，浓度变化曲线如图 2 所示。

表1 钻孔内不同孔深瓦斯和氧气浓度值

图2 钻孔内不同孔深瓦斯和氧气浓度变化曲线

由图 2 可知，钻孔ZK-05在距孔口 15m～30m 段瓦斯浓度由 74.8%大幅降低至 29.0%，与此同时，氧气浓度由 4.2%升至14%，瓦斯和氧气的浓度在此距离段随着孔深的增加变化波动较大，则说明钻孔在该范围内存在漏气通道，对封孔质量检测仪测定的参数分析可知，该孔封孔长度不足，钻孔内存在严重漏气通道，此时封孔长度应由15m调整至25m。

案例二：某矿掘进工作面某钻场钻孔名称 ZK-07，本煤层钻孔，孔径94mm，倾角 3°，孔深 135m，封孔深度 15m，抽采时间 15 天，负压 22kPa，钻孔内不同孔深氧气和瓦斯浓度值如表 2 所示，变化趋势如图 3 所示。

表2 钻孔内不同孔深瓦斯和氧气浓度值

图3 钻孔内不同孔深瓦斯和氧气浓度变化曲线

由图 3 可知：钻孔ZK-07在距孔口 5～15m 的地方瓦斯和氧气浓度值随孔深的增加，浓度维持在50%和9%，基本没有波动幅度，则说明该孔封孔质量较好；但在 15～25m的地方瓦斯和氧气浓度值随着孔深的增加有了轻微波动，则说明此距离段存在轻微漏气通道，为了进一步提高单孔瓦斯抽采效果，封孔深度应增加至25m。

3 结术语：

（1）如果钻孔在封孔段内瓦斯及氧气浓度随着孔深的增加变化幅度较小，曲线的斜率接近零，形状呈平滑状，则说明该封孔段不存在漏气通道，该设备配合成熟的封孔工艺在矿井的瓦斯治理中具有较好的应用效果；

（2）在巷道掘进的过程中，由于破坏了煤体的原始状态使得煤体产生卸压，透气性不断增强，导致钻孔深部裂缝或者塌孔。在这种情况下，进行瓦斯抽采，钻孔内部可能会发生局部破碎，进而演变成更大的裂隙，给现场的施工造成很大的困难，此时应在封孔之前先将钻孔内的煤渣及时清理，封孔时要注意增大注浆压力，保证对孔内裂缝的封堵；当煤层中含水时，就会封堵抽采通道，降低孔口负压，影响抽采效果。基于以上问题，在钻场施工时，严格按照封孔技术措施进行封孔，同时对施工时出现的钻孔深部裂缝或者塌孔，必须采取技术措施，减弱其对封孔质量的影响。在封孔过程中要注意合理控制注浆压力、注浆材料的粘性（水灰比）、注浆量。

（3）采用该设备对井下的本煤层钻孔进行封孔效果检测，通过对检测数据分析，及时发现掘进工作面钻场中存在封孔问题的钻孔，对封孔参数进行对应调整，同时对打钻现场的封孔施工进行有效监督。

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作者简介：张春帅（1998—），男，陕西扶风人，毕业于西安科技大学采矿工程系，汉族，就职于黄陵矿业公司一号煤矿。