顺层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究

【摘 要】 顺层瓦斯抽采钻孔施工后，受巷道卸压带裂隙及钻孔卸压圈裂隙影响，造成抽采浓度较低，抽采效果较差。针对顺层瓦斯抽采钻孔封孔现状，采用“两堵一注”带压封孔技术，封堵钻孔周围煤岩松动裂隙，提高了煤层钻孔瓦斯抽采浓度。

【关键词】 瓦斯抽采； 封孔工艺； 带压封孔

引言

瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患，因此对煤矿瓦斯进行综合治理尤为重要。目前应用较广，效果较好的技术是瓦斯预抽采措施，但是钻孔抽采浓度偏低，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，更重要的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，造成钻孔浓度偏低。针对该技术难题，提出了“两堵一注”带压封孔技术，并在方庄二矿得到了应用。

1 矿井概况

焦作煤业集团有限责任公司方庄二矿为煤与瓦斯突出矿井，其主采二1煤层为突出煤层。目前区域瓦斯治理巷道为23091下风道，该巷道长度715m，煤层顶板标高-482.5～-506.3m，煤层厚度5.2m，煤层倾角200左右，煤层稳定，结构简单。预抽煤层瓦斯措施为在巷道下帮施工煤层抽采钻孔，钻孔布置方式为双排三花眼，间距1.0m，排距0.6m，孔深80m，钻孔直径94mm，采用聚氨酯封孔，封孔深度15m，全长封孔。但是受煤层裂隙影响，导致抽采后钻孔漏气，钻孔之间相互串气，实测钻孔抽采浓度在7%左右。

低浓度钻孔原因：（1）钻孔卸压圈裂隙漏气（钻孔半径的5～10倍）；（2）巷道卸压带裂隙漏气（巷道宽度的3～5倍）；（3）煤层节理裂隙发育导流；（4）封孔充填不实漏气；（5）塌孔堵孔；（6）煤尘或水堵塞抽放管。

2 顺层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术

2.1 顺层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术原理

顺层瓦斯抽采带压封孔技术，是基于煤壁内存在的应力扰动沟通裂隙，利用带压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。

该技术利用注浆设备，以一定压力将浆液材料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，浆液在注浆压力作用下，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通道。

2.2 封孔参数确定

（1）抽采钻孔封孔采用“两堵一注”的带压封孔方式。（2）顺层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。根据实测巷道下帮卸压带宽度为9-12m，因此确定封孔长度为15m。（3）顺层钻孔的封堵段长度不少于1m，注浆段长度不少于10m。

图1 顺层钻孔带压封孔工艺示意图

2.3封孔材料选择

（1）抽采钻孔封孔选择聚氨酯化学材料与微膨胀水泥注浆材料联合封孔，满足阻燃、抗压、不收缩、不干裂的基本要求。（2）袋装聚氨酯封孔材料只能作为封堵段使用，膨胀系数不得低于10倍。（3）微膨胀水泥类注浆材料只能用于注浆段使用，要求凝结时间不超过2小时，凝结后不收缩、不干裂，强度不低于煤体强度，使用量不低于5kg/m。

2.4封孔设备选型

（1）带压封孔注浆时使用气动注浆泵，注浆设备流量不低于20L/min，额定注浆压力不低于2Mpa。（2）注浆管路应采用内径不小于12.7mm（4分管）、抗压强度不低于2MPa的高压软管，长度不低于6m。（3）注浆管路上应安装单向控制阀和4MPa压力表。

2.5钻孔封孔工序

（1）钻孔施工结束后将孔内残渣处理干净，保证封孔段顺畅。（2）使用聚氨酯封堵里、外段，同时预埋注浆管，注浆管为直径16mm的高压软管。里、外段使用袋装聚氨酯，使用量分别为8袋、4袋，两袋为一组，用透明胶布对绑固定在封孔管上，后组的起始端距前组的末端200～300mm。孔口用水泥砂浆或黄土固孔。（3）待封堵段聚氨酯材料凝固时间至少2小时后对注浆段注微膨胀封孔材料。（4）注浆压力应为0.5-1 MPa，停注以后不得拆除注浆管上的单向阀和压力表，并保证5min内压力变化不大于0.5MPa，否则应继续注浆。（5）注浆及注浆后24小时内不得完全关闭封孔管上的阀门，防止封孔材料在尚未凝固牢固时由于瓦斯压力较大而遭到破坏。注浆材料凝固24小时后方可连抽。

3 顺层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术数据分析

顺层瓦斯抽采钻孔带压封孔后及时进行连抽，并定时测量钻孔的基本抽采数据。由于孔数较多，选取1组5个孔重点观测。

由抽采浓度变化曲线图上可以看出，采用带压封孔技术后，钻孔抽采浓度大幅提高，说明带压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。

4 结论

顺层瓦斯抽采带压封孔技术基于煤壁内存在的应力扰动沟通裂隙，利用带压注浆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条件下，实现带压封孔的顺层钻孔瓦斯抽采效果比未实现带压封孔效果提高瓦斯抽放浓度30% ～ 60%，钻孔的利用率和瓦斯抽放效果显著提高，因此据有一定的推广价值。

参考文献

[1] 李广涛.煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究[J].魅力中国，2011，3： 45-46

[2] 黄鑫业，蒋承林. 本煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究[J].煤炭科学技术，2011，10：45-48

作者简介：靳新季，男，（1979-），汉族，河南焦作人，2004年毕业于河南理工大学采矿工程专业，长期从事煤矿井下生产工作，现任焦作煤业（集团）有限责任公司方庄二矿抽放队长

（作者单位：焦作煤业集团有限责任公司方庄二矿）