高压注浆技术在测压钻孔施工中的应用

【摘 要】在使用粘液封孔器封孔测定瓦斯压力时，测压结果容易受封孔段岩层裂隙、含水岩层水系等因素影响。为解决该问题，提出用高压注浆密实钻孔封孔段裂隙、封堵含水层水系的方法，介绍了高压注浆处理钻孔的工艺流程和具体的施工步骤。利用该方法在丁集煤矿测定13-1煤层瓦斯压力时，经过一段时间的观察，两钻孔压力均稳定在2.0Mpa，准确地测得了丁集煤矿13-1煤层的瓦斯压力。

【关键词】瓦斯压力；高压注浆；粘液封孔器

1 引言

煤层的瓦斯压力是指煤层内吸附瓦斯与游离瓦斯处于平衡状态时游离瓦斯的压力，它是煤矿瓦斯治理工作的主要参考指标之一。准确测定煤层的瓦斯压力对于研究煤层瓦斯储量、瓦斯流动、瓦斯涌出等都具有十分重要的意义。特别是在石门及井筒揭煤前进行煤与瓦斯突出危险性预测时，必须先进行瓦斯压力的测定工作[2]。

2 瓦斯压力测定技术概况

2.1 瓦斯压力的测定方法

几十年来，国内外有关学者对煤层瓦斯压力的测定技术进行了许多研究，提出了多种测压方法，这些方法归纳起来可分为直接测定方法和间接测定方法两大类[3]。

由于瓦斯压力和地质条件、瓦斯赋存条件密切相关，瓦斯压力变化也比较大，因此，间接测定方法只能进行粗略的测定，误差较大，只用于难以直接测压的地点。为准确测定煤层的瓦斯压力，一般采用直接测定方法。

2.2 测压钻孔封孔方法及存在的问题

用直接法测定煤层瓦斯压力时，对测压钻孔密封的质量非常关键。目前测压钻孔的封孔方法有粘土封孔、水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔、粘液封孔器等。在这些封孔方法中，近年来应用比较多的是粘液封孔器封孔。

粘液封孔器封孔方法是基于“固体封液体，液体封气体”的原理而发明的。这种封孔器有两段胶囊组成，胶囊之间通过DN15镀锌钢管连接。钻孔施工完成后，把封孔器置于孔内预定位置，用手动水压泵加压使胶囊膨胀，再在胶囊之间充上一定压力粘液，并保持粘液压力始终高于瓦斯压力，即形成了“胶囊封粘液，粘液封瓦斯”的密封结构[4，5]。其结构如图1所示。该封孔器操作简单，只要事先准备充分，半小时内即可完成封孔操作，且封孔及时，瓦斯泄露少，一般情况下封口后3天左右压力即可稳定。这种方法无论是封孔的效率还是在密封效果的保证上，都明显优于上述其他几种方法。

但是，粘液封孔器也有应用的局限性，只有在封孔段岩石致密、岩性较好的条件下才能达到其应用效果。如果封孔段岩石裂隙较发育，粘液容易通过封孔段裂隙漏失，压力很难加上去导致粘液段失去密封性能。通过在淮南、平顶山等矿区的大量测压实践我们发现，影响粘液封孔器封孔效果的因素主要有：

（1）煤系地层往往构造较多，岩性松软，裂隙发育；

（2）在煤层顶、底板存在含水层的情况下，测压气室中可能有水进入，测出的压力是水压而非煤层的瓦斯压力；

（3）测压钻孔有可能处于巷道的缷压圈范围内裂隙较多，钻孔难以完全密封，或封孔后瓦斯通过缷压圈裂隙向外泄露，导致测不出压力或测出的压力数据偏小，没有准确反应煤层原始瓦斯压力等。

针对上述出现的问题，参考高压注浆技术在相关领域的工程实践，可以先用高压注浆技术处理测压钻孔，密封钻孔封孔段的裂隙，封堵含水层水系，再用胶囊粘液封孔器封孔测定瓦斯压力。

3 高压注浆技术的应用

注浆是一项工程活动，它是利用配套的机械设备，采取合理的注浆工艺，将适宜的注浆材料注入工程对象，以达到填充、加固、堵水、抬升，以及纠偏等目的。清华大学周维垣根据现场试验、取样检测试验和注浆后力学强度效果的研究分析，利用电镜扫描进行细观试验并根据注浆压力及岩溶结构运用有限元法计算岩溶受力状况，提出了高压注浆能提高岩体结构的整体性、密实性、抗渗性的机制。

根据高压注浆技术在相关领域的工程应用实践，同时为满足钻孔施工后的封孔需要，我们设计如下工艺流程处理钻孔，见图2。

4 现场应用情况

在测定丁集煤矿13-1煤层瓦斯压力时，对这种技术进行了现场的应用。根据丁集煤矿13-1煤层的特点，以及煤层瓦斯压力测定要求，本次瓦斯压力测定地点选定在1311（3）高抽巷，该处为岩石巷道，巷道底板距离煤层最小距离大于10m，无大型构造，也没有进行过打钻排放瓦斯，瓦斯压力能代表煤层原始瓦斯压力。在该测点施工两个测压钻孔，钻孔布置在两侧巷道帮上，测压钻孔均为下行孔。

在用上述高压注浆工艺处理钻孔后，即可用粘液封孔器封孔测定瓦斯压力。丁集煤矿13-1煤层瓦斯压力测定曲线如图3所示。

1#孔因瓦斯压力管道堵塞，拔出封孔器处理问题后重新封孔，造成煤层暴露后瓦斯放空时间约1小时，所以1#孔瓦斯压力上升速度较慢，40h后压力稳定在2.0MPa。2#孔钻孔施工比较顺利， 20h后瓦斯压力亦稳定在2.0MPa。

5 结束语

在丁集煤矿13-1煤层两个测压钻孔压力稳定后，打开瓦斯压力表旁边的阀门，从钻孔中涌出大量瓦斯气体，且两钻孔均喷出干燥瓦斯气体，没有水喷出，因此认定瓦斯压力的测定结果是准确的。从13-1煤层瓦斯压力的测定结果可以看出，用高压注浆处理测压钻孔，能有效地密实封孔段裂隙、封堵含水层水系，进而能够快速、准确地测定煤层瓦斯压力。

参考文献

[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.

[2]周世宁，林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

作者简介：

孙明杰（1984—），男，助理工程师，现工作于淮南矿业集团丁集煤矿抽排区。