平煤一矿丁组煤层抽采钻孔封孔质量研究

[摘 要]为检测平煤股份一矿丁组煤层抽采钻孔封孔质量和漏气通道，及时改进封孔工艺与参数，提高抽采效果，平煤股份一矿使用YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪，在平煤股份一矿丁6-32050瓦斯治理巷进行抽采钻孔封孔质量检测。

[关键词]抽采钻孔；封孔质量；瓦斯浓度；孔内负压分布

中图分类号：TD712 UDC：622 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0277-02

引言

平煤一矿丁组煤层瓦斯地质条件较为复杂，同时受当前技术水平的影响，致使井下抽采钻孔的封孔质量较差，从而导致煤层钻孔抽采瓦斯浓度普遍偏低。抽采钻孔漏气的位置和原因是多种多样的，准确判断平煤一矿丁组煤层抽采钻孔主要漏气位置与原因可以有针对性的改进封孔方法提高抽采效果。

YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪可以在钻孔正常抽采状态下测量抽采钻孔内瓦斯浓度和负压沿孔深的分布情况，判定抽采钻孔的封孔质量和漏气位置，以便改进封孔方式和封孔参数，提高抽采效果。

1 抽采钻孔漏气通道分析

目前抽采钻孔封孔方法主要有聚氨酯“两堵一注”，囊袋“两堵一注”等方法，抽采管分为整根PE管和PVC 管对接。封孔方法选择及抽采管选用都可能造成不同的漏气因素。

根据目前的注浆封孔方法和封孔工艺，结合孔内瓦斯流动分布规律和漏气通道，可将抽采钻孔漏气位置划分为4个漏气点（或漏气区域）。如图1所示

（1）封孔管内漏气通道：封孔管漏气、封孔材料漏气；（2）封孔管瓦斯入口处漏气通道：封孔材料漏气、封孔段-钻孔壁之间的空隙漏气、钻孔松动圈漏气、煤体裂隙漏气；（3）钻孔内距离封孔管瓦斯入口处0.5～1.0m漏气通道：煤体裂隙漏气；（4）钻孔深部漏气通道：钻孔深部邻近钻孔互通漏气。

2 YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪简介

2.1 检测原理

检测仪主要由主机、连接管、探测管、过滤器、三通、密封装置等组成，通过测定钻孔正常抽采状态下孔内瓦斯浓度和负压沿孔深的分布情况来判定钻孔漏气位置，其检测原理如下：

（1）在抽采负压作用下，若抽采钻孔密封质量好且钻孔周边不漏气，抽采钻孔内瓦斯浓度沿孔深的分布应是基本稳定一致的，抽采负压呈现线性衰减；

（2）如果钻孔密封质量差或者钻孔内部某一位置漏气，在抽采负压作用下，抽采钻孔内瓦斯浓度和负压沿孔深的分布将出现突变，在孔口至漏气位置区域内瓦斯浓度急剧降低，而漏气位置至孔底区域瓦斯浓度较高；

2.2 检测方法

（1）布置测点

根据抽采钻孔封孔台账（封孔管长度、密封段长度、密封段至封孔管孔口的距离），设计好特征点C2、C3的位置深度（C2位于花管与封孔管接口靠近孔口方向0.5 m处，C3位于花管与封孔管接口靠近孔底方向0.5 m处），C1距封孔管孔口2m，C4距封孔管孔口30m（若孔深达不到30 m，C4距孔底1 m即可）。特征点布置示意图见图2

（2）按照检测仪说明书对仪器进行连接并做好测定前的准备工作（密封装置的密封性能检测、正常性能检查）。

（3）关闭抽采管阀门，断开封孔管与抽采管，在封孔管孔口安上带密封装置的三通，将三通的另一端与抽采管连接。

（4）将探测管通过三通插入抽采管内，伸入到特征点C1，旋紧密封装置，并将过滤器与探测管连接好。

（5）按下采样检测转换阀，负压引射器开始工作，将C1点的瓦斯通过探测管、连接管，连续不断的抽到集气室，抽气时间不少于1min。

（6）将瓦斯浓度测量装置与主机的检测接口连接。拉起采样检测转换阀，负压引射系统被切断，在压差的作用下，集气室内的排气活塞开始工作，将集气室内的瓦斯气样经检测接口排出到瓦斯浓度测量装置，观测瓦斯浓度测量装置和负压表，记录测定结果。

（7）重复步骤（5）～（6），再次测量C1点的瓦斯浓度和负压；如果两次测量的瓦斯浓度相差不大于4%，则将测量结果平均后作为C1点的测量结果；如果相差大于4%，则重新取样，再重复进行两次测量。

（8）切断过滤器与探测管的连接，加长探测管，重复以上步骤（4）～（7），依次进行特征点C2、C3、C4的瓦斯浓度和负压的测量。

2.3 判定方法

将C1、C2、C3、C4的瓦斯浓度分别记为n1、n2、n3、n4，特征点之间的漏气量比例计算如下：

①C1、C2特征点之间的漏气量比例为：

②C2、C3特征点之间的漏气量比例为：

③C3、C4特征点之间的漏气量比例为：

根据瓦斯浓度测量和漏气量比例结果，综合分析判定抽采钻孔的密封质量和漏气位置：

①若特征点C1的瓦斯浓度明显低于特征点C2，则表明由钻孔封孔管向钻孔内漏气；

②若特征点C2的瓦斯浓度明显低于特征点C3，则表明由封孔密封段向钻孔内漏气，钻孔密封不严，密封质量差；

③若特征点C3的瓦斯浓度明显低于特征点C4，则表明煤体或岩体向钻孔内漏气，存在裂隙带漏气通道，封孔深度不足；

④若特征点C4的瓦斯浓度明显偏小，则表明抽采钻孔的深部存在漏气通道或原始瓦斯浓度偏低。

3 现场测试

3.1 矿区概况

平煤股份一矿位于平顶山矿区的中部，于1959年简易投产，历经40余年的发展建设，现已成为年产商品煤400万t的大型矿井。丁5-6煤层为该矿的主采煤层之一。该矿丁6煤层为突出煤层，矿井为突出矿井。

本次检测钻孔选择定为平煤股份一矿丁6-32050瓦斯治理巷顺层抽采钻孔，丁6-32050工作面位于三水平丁二采区东翼中部，西起三水平丁二皮带下山，向东至丁6煤层薄煤带，南邻丁6-32030工作面。工作面机、风巷、及瓦斯治理巷呈平行布置，风巷与机巷沿空送巷中对中9m。瓦斯治理巷与风巷中对中70m，与设计机巷中对中80m，净煤柱75m。

3.2 测点钻孔参数

本次检测在丁6-32050瓦斯治理巷选取3个顺层抽采钻孔，根据钻孔台账得知钻孔深度为95m，封孔管长度为15m，封孔段长度为10m，封孔方式为聚氨酯封孔。根据钻孔台账布置的特征点如表1

3.3 检测结果

布置好特征点以后，按2.2所述步骤进行测试，测试结果见图3与表2 3

根据检测结果分析可知：

（1）丁6-32050瓦斯治理巷加13#抽采钻孔C3的瓦斯浓度明显低于特征点C4，则表明煤体或岩体向钻孔内漏气，存在裂隙带漏气通道，封孔深度不足。

（2）丁6-32050瓦斯治理巷加17#抽采钻孔C3浓度下降不大，C2浓度下降明显，表明由封孔密封段向钻孔内漏气，钻孔密封不严，密封质量差。

（3）丁6-32050瓦斯治理巷加12#抽采钻孔C2浓度下降不大，C1浓度下降明显，表明由钻孔封孔管向钻孔内漏气。

（4）综合分析认为，检测区域部分抽采钻孔主要漏气通道来源于钻孔密封段和煤体，需进一步改进优化封孔工艺和封孔材料，提高钻孔密封段的封孔质量。

（5）检测结果同时表明，YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪可以判定抽采钻孔的封孔质量和漏气位置，为改进封孔方式和封孔参数、提高抽采效果提高科学依据，检测结果可靠，在瓦斯抽采矿井中具有重要的应用价值和指导意义。

4 结论

本文以YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪在平煤股份一矿的应用为核心，阐述了抽采钻孔的漏气机理与漏气通道，准确的判定了该矿丁组煤层抽采钻孔的主要漏气位置与机理，为确定合理封孔深度、试验高抽采率的封孔工艺提供了科学依据

作者简介

李红伟（1972-），男，河南虞城人，现在平煤股份一矿防突科工作。