矿井瓦斯抽采钻孔带压封孔技术的应用

矿井瓦斯抽采钻孔带压封孔技术的应用

张俊

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摘 要：瓦斯抽采带压定向封孔技术基于煤壁内存在的应力扰动沟通裂隙，利用速凝膨胀封孔剂和封孔器联合封孔，带压注浆定向封孔实现封堵孔壁内部煤体裂隙，加固、充填了煤体裂隙，从而达到提高瓦斯抽采效果的目的。经试验结果表明，在相同钻孔参数及封孔参数的条件下，使用速凝膨胀封孔剂和封孔器带压定点封孔的钻孔瓦斯抽采效果比未使用带压定向封孔效果明显，瓦斯抽采浓度提高20%-30%左右，钻孔的利用率和瓦斯抽放效果显著提高，因此该项技术应得到广泛使用，并长期坚持使用。

关键词：抽采钻孔；带压定向；封孔技术

1火烧铺矿矿井简介

火烧铺矿井位于贵州省六盘水市盘州市胜镜街道办境内，行政区划属盘州市，隶属于贵州盘江精煤股份有限公司。矿井始建于1966年6月，为平峒和斜井分井开拓布置，矿井设计能力180万吨/a。南起羊场坡井田羊1地质剖面线与梓木嘎井田相邻，北至上纸厂村附近的纸12地质剖面线与松山井田接壤。井田略呈南北走向。其走向长18.7kM，倾斜宽1.1～2.0kM，面积26.7kM²。现共有三个生产采区，一个开拓区。火烧铺矿属于煤与瓦斯突出矿井。

2瓦斯抽采钻孔带压定向封孔技术

2.1瓦斯抽采钻孔带压定向封孔技术原理，是基于煤壁内存在的应力扰动沟通裂隙，利用带压定向注浆方式来达到改变瓦斯抽采钻孔周围煤体特性和密封微孔裂隙的目的。

该技术利用气动注浆泵设备，以一定压力将速凝膨胀封孔剂与水按1:1比例混合后注入钻孔的封孔器中，注入的浆液先进入到封孔器两端的囊袋中（根据封孔深度的要求固定封孔器的长度，以此来达到定向封孔），使两端的囊袋鼓起，达到密封钻孔两端的作用，当注浆压力达到0.8-1.2MPa时，注浆管路预留的爆破阀门自动爆破，继续注入的浆液将有效充填两个囊袋之间的钻孔周围裂隙，当回浆管路回浑浊浆液时，观看压力表读数同时停止注浆，压力到达要求表明此时钻孔内裂隙已经得到充分封堵。速凝膨胀封孔剂压注到瓦斯抽采钻孔封孔段空间及周围孔壁煤体裂隙内部，速凝膨胀封孔剂在注浆压力作用下，可以劈裂、扩展孔壁内煤体裂隙，充填孔隙和煤体凹凸面，增大浆液扩散范围；并在大渗透压力梯度作用下深入煤体微裂隙内，并产生凝聚力，待浆液固化后，形成树枝状分布，并与煤体颗粒固结在一起，以便彻底密封空气泄入钻孔内。由于速凝膨胀封孔剂具有凝固膨胀后不吸水，膨胀系数高，凝固后微膨胀的特点，因此在停泵后，浆液凝固过程中，封孔材料将继续膨胀，充填裂隙，达到密封钻孔的目的。

2.2 封孔参数确定

（1）抽采钻孔封孔采用“两堵一注”的带压定向封孔方式。（2）抽采钻孔的封孔深度应根据巷道的卸压带宽度进行确定，且封孔段必须保证在卸压带宽度以里。我矿一般巷道卸压带宽度约为9-12m，因此确定封孔长度为20m。（3）抽采钻孔的封堵段两端长度均不少于1m，注浆段长度不少于15m，注浆段长度根据现场需要可进行调节。

2.3封孔材料选择

（1）抽采钻孔封孔选择速凝膨胀封孔剂和封孔器联合封孔，满足阻燃、抗压、不收缩、不干裂的基本要求。（2）速凝膨胀封孔剂封孔材料作为充填两端囊袋以及中间段封堵使用，膨胀系数高。凝结时间短在1小时左右，凝结后不收缩、干裂，强度高。

2.4封孔设备选型

（1）带压封孔注浆时使用气动注浆泵，注浆设备流量满足注浆要求，额定注浆压力不低于2MPa。（2）注浆管路应采用Φ16高压软管，注浆管长度满足封孔要求，根据实际需要准备。（3）注浆管路上应安装单向控制阀和压力表。

2.5带压定向封孔工序

（1）钻孔施工结束后将孔内残渣处理干净，保证钻孔通畅。（2）封孔前，认真核实抽采钻孔的实钻参数：钻孔深度、钻孔煤岩情况、钻孔瓦斯浓度、孔内是否易塌孔等特性。（3）检查确认封孔管、封孔材料、注浆设备是否齐全、完好。（4）根据封孔设计要求，在φ50mm封孔管两端铺设封孔器达到定向封孔的目的；另在φ50mm封孔管上方铺设一根回浆管（以下行孔为例），回浆管末端超过注浆管上端囊袋封孔装置10cm位置即可。（5）注浆材料和水按质量比1:1进行配比，并且搅拌均匀，注浆过程中不停的搅拌。（6）采用气动注浆泵将封孔剂注入孔中，注入的浆液先进入到两端的囊袋中，使两端的囊袋鼓起，达到密封钻孔两端的作用，当注浆压力达到0.8--1.2MPa时，注浆管路预留的爆破阀门自动爆破，继续注入的浆液将有效充填钻孔周围裂隙，当回浆管路回浑浊浆液时，停止注浆。（7）注浆后1小时内不得完全打开进行负压抽，防止封孔材料在尚未完全凝固遭受抽采负压大而破坏。注浆材料凝固2小时后方可连管抽。

附图：“两堵一注”带压定向注浆封孔示意图

3瓦斯抽采钻孔带压封孔技术数据分析

瓦斯抽采钻孔采用带压定向封孔凝固后及时进行连抽，并定时测量钻孔的基本抽采数据。经过大量的实验数据，典型的在火烧铺矿23128瓦斯治理巷采用该封孔工艺后单孔浓度达到60%-90%，主管最高达到70%，长期保持在50%-60%左右。同时从抽采浓度变化可以看出，采用带压定向封孔技术后，钻孔抽采浓度大幅提高，说明带压定向封孔可以有效的改变瓦斯抽采钻孔周围煤体特性，达到密封微孔裂隙的目的。

附图：23128瓦斯治理巷瓦斯抽采管路浓度参数表

4结论

为实现煤矿安全生产，而煤矿井下瓦斯一直是安全生产的重大隐患，因此对煤矿瓦斯进行综合治理显得尤为重要。目前最有效的措施就是施工钻孔抽采瓦斯，但普通钻孔抽采浓度偏低，严重影响煤层瓦斯抽采效果。造成钻孔抽采浓度偏低的因素有很多，不仅取决于煤层瓦斯赋存状况，还取决于瓦斯抽采工程质量，特别是当抽采钻孔封孔效果满足不了抽采要求时，会使钻孔封堵不严，钻孔漏气，造成钻孔浓度降低，抽采效果差。针对该技术难题，提出“两堵一注”带压定向封孔技术，并在贵州盘江精煤股份公司火烧铺矿得到了应用。

参考文献:

[1] 袁河津.〈煤矿安全规程〉专家解读.北京：中国矿业大学出版社,2011.

[2]张铁岗：煤矿瓦斯治理综合技术，煤炭工业出版社，2005-1-1。

[3] 程远平.煤矿瓦斯防治理论与工程应用. 北京：中国矿业大学出版社,2010-12.