新型封孔技术在煤层瓦斯压力测定中的应用

[摘 要]进入新世纪以来，我国煤炭事业取得较快的发展，煤炭能源依旧为我国主体能源。同时，煤炭安全事故依旧是制约煤炭行业发展的重要因素之一。在所有煤炭事故中瓦斯事故占有较大的比例，通过对瓦斯压力的测定，能够帮助技术人员有效的预测煤层瓦斯含量，更好的提前采取预防措施，保护矿井安全生产。文中从我国煤矿在进行瓦斯压力测定中较多使用的封孔工艺及特点论述入手，结合传统封孔方法的优点及缺点，设计一种新型的封孔装置，通过经过现场工业性实验，取得了良好的封孔效果，测量的结果准确，成功率非常高。

[关键词]煤层瓦斯；瓦斯压力；压力测定；封孔技术

中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0235-01

引言

煤矿瓦斯压力的测定是保证煤矿安全生产的关键性环节之一，其中对于瓦斯孔的封堵直接关系到瓦斯压力测定的准确性。同时根据封孔原理的差异，可以分为被动式封孔和主动式封孔两大类，前者为采用固体等相关物质来实现对于钻孔壁和管路之间空间的填充，从而防止瓦斯的泄露。而后者为将相关的液体作为封孔的物质，从而较好的解决了固体物质不能够有效填充的情况。无论采用何种方法，只有取得符合工程要求的封孔工艺，才能保证孔洞的严密性，测得较为准确的煤层瓦斯压力值，更好的帮助技术人员掌握煤层的赋存情况。

1 现阶段国内煤矿较多使用的封孔工艺及特点

1.1 水泥砂浆封孔

水泥和沙共同组成了水泥砂浆封孔材料，在具体封孔中，两者的配比以一比二为宜，同时也必须保证手握住水泥浆之后不渗水不散，其中常配有少量的石膏和速凝剂。具体封孔时采用喷浆封孔和手工封孔两种方式，封孔结束一天之后才能安装瓦斯压力测定表。该种封孔方法成本较低，容许钻孔有变形。

1.2 黄泥封孔法

黄泥材料质地一般较密，同时具有较大的粘性，材料的取得较为方便，这也是黄泥封孔在我国使用较多的原因之一，但是采用该种封孔方式当黄泥风干之后，其整体的强度和韧性均会有所下降，同时容易出现干裂现象，给封孔的质量造成直接的影响。

1.3 封孔器封孔

该封孔方法相对于其他封孔方法有着操作便捷、简单的优势，同时其也可以实现重复性使用。但是整体封孔造价较高，对于封孔钻孔的质量要求较高，不能出现塌空现象。所以，该种方法在使用推广过程中存在较大的局限性。

1.4 密封液封孔法

该种封孔方法的原理为气体被液体封住、液体被固定封住，在胶囊或者胶圈之间冲入黏液，然后给予黏液足够压力，将黏液渗入到裂隙当中，从而防止瓦斯的泄露，其成本也较高，也容易出现糊孔和塌空的情况出现。

2 新型封孔工艺及封孔装置

2.1 封孔装置研发

封孔装置主要由聚氨酯AB液、压力测量管及灌浆腔组成，其中在测量过程中将聚氨酯液体冲入到压力测量管两端，整个灌浆腔由排液管道和进液管道组成，同时对于灌浆腔长度可以根据实际的封孔要求进行针对性的调节，整个封孔装置如下图一所示：

其中1为测压表，2为阀门，3为测压管道，4为排液管道，5为进液管道，6为聚氨酯A液体进液管道，7为聚氨酯B液进液管道，8为喷液装置，9为橡胶带。

2.2 封孔原理及材料

封孔装置内部的液体主要为聚氨酯液体，在压风装置的作用下将聚氨酯AB液体压到钻孔两端的橡胶带中进行雾化处理，在雾化的过程中聚氨酯AB液体得到了充分的反应，反应之后橡胶袋开始膨胀，整个膨胀的效果能够达到最初的二十倍，能够在较短时间内将封孔的管道固定在钻孔中。整个过程不仅降低了对于聚氨酯的浪费同时也防止了聚氨酯对于孔道的堵塞，最终在钻孔中形成了由聚氨酯AB液体组成的封闭空间。当聚氨酯AB液体凝固一定时间之后，再向灌浆腔中冲入膨胀性的材料，实现对于钻孔的最终性封堵。

对于灌浆腔中冲入的材料为膨胀性水泥砂浆，其初次凝固之后，体积发生膨胀，膨胀力与地应力相接近，能够在封孔段形成高压应力区，该膨胀力有两方面的作用，首先为在膨胀力的作用之下能够实现对于钻孔周边裂隙的进一步压密，更进一层的减少漏气情况发生。其次为在膨胀力的作用下能够更好的降低所测量煤层的透气性。

2.3 带压封孔工艺

带压封孔工艺为整个封孔的关键。具体施工工艺为首先在所要测定的地点进行钻孔操作，钻孔结束之后，将内部残留的碎屑吹干净，然后技术人员将封装的装置放入到钻孔内部，这个过程中应保证排液管道在上方竖直，将B液存储罐与封孔装置的AB液连接管安装好，打开出液阀门，打开井下压风管路阀门开始向AB液封孔腔注液，橡胶袋膨胀，封堵钻孔两端。当橡胶带膨胀被固定之后，将进液管道和排液管道相连接，然后将准备好的浆液冲入到注浆区域，整个冲浆结束应当以排液口有浆液益处为标准。关闭排液管的阀门进入带压封孔阶段，根据确定好的注浆压力，带压注浆约五分钟之后便可以结束。然后等浆液全部凝固之后，技术人员应连接煤层瓦斯压力测定表，进行煤层瓦斯压力的测定。整个带压封孔工艺的示意图如下图二所示：

3 工业性实验分析

云南某煤矿主要开采煤层为石炭二叠纪煤层，煤层厚度为2.1m--3.5m，平均厚度为2.8m，全区基本可采。本煤层相对瓦斯涌出浓度为9.87立方米每吨，绝对瓦斯涌出浓度为21.5立方米每吨，属于高瓦斯煤层，在进行煤层开采之前必须进行瓦斯压力的测定。

为了测定本设计新型封孔装置的封孔效果，将本设计封孔装置与传统的常用水泥浆封孔装置进行对比使用，在该煤层进行了工业性的实验，在该矿运输大巷内部水平方向布置了四个测点，设置了四组，每组两个钻孔，两个钻孔分别用该封孔装置进行封孔操作和水泥浆封孔装置，更好的对比瓦斯压力的测定效果。当钻孔施工结束之后，对1、3、5、7号钻孔使用水泥浆封孔装置进行测量，对于2、4、6、8孔采用该方法进行瓦斯压力的测定。各个钻孔位置及测结果如表一、表二所示：

从表二中可以看出在1、2、4、5、6、8钻孔中均测量得到了瓦斯压力，其中1孔和2孔的瓦斯压力相同，5孔和6孔的压力相差不大，这说明该种方法对于测定煤层中瓦斯压力是可行的。在7号钻孔测定时，出现了由于水泥浆液封堵不严而造成测定瓦斯压力失败的结果，8号钻孔的压力值为0.4兆帕，有效的测定了煤层瓦斯压力。

通过对比分析发现，采用新型的煤层瓦斯压力测定装置，整体的密封效果较好，成功率也较高，同时我们可以发现6号钻孔和8号钻孔为向下竖向的钻孔，但是也取得良好的测量效果，可以发现，该种新型的封孔技术适用的范围是非常广泛的，特别是对于煤矿井下的复杂地质情况，采用该封孔技术能够取得良好的封孔效果。

参考文献

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