封孔技术

封孔技术（精选10篇）

封孔技术 篇1

瓦斯抽采效果不仅取决于煤层瓦斯生成及赋存条件,而且决定于瓦斯抽采工程质量[1]。目前,我国约有65%的回采工作面的预抽瓦斯浓度低于30%,反映出预抽钻孔封孔质量差[2]。封孔质量直接影响到抽采效果,而封孔的好坏,取决于封孔材料性能和封孔技术[3]。当前焦煤公司采用的方法主要是将铝箔袋矿用合成树脂揉搓后送入孔内,树脂膨胀溢出袋外封孔,它具有发泡倍数高、封孔快捷的优点,但其封孔材料成本高,封孔后合成树脂的外衣与抽采钻孔壁相结合,未能使溢出的合成树脂充分把抽采钻孔密闭,造成大部分抽采钻孔漏气,抽采效果差。针对焦作矿区煤层赋存条件,焦煤公司科研所对封孔材料的选择及封孔设备的选型进行了大量分析试验,提出本煤层加压注浆封孔技术,并在焦煤公司演马庄矿、九里山矿进行了工业性试验。

1加压封孔基本原理

在煤层中掘进巷道,巷道周围产生了松动圈,根据岩石力学可知,松动圈的宽度为巷道半径的3～5倍。松动圈内裂隙增多,直接影响封孔效果,为了避免抽采钻孔漏气,抽采浓度低,利用封孔管两端的聚氨酯作为堵头、中间加压注瓦斯封堵材料的方式来达到改变瓦斯抽采钻孔周围煤体特性和密闭微孔裂隙的目的,以一定的压力将瓦斯封堵材料注入一个相对密闭的封孔空间及钻孔孔壁裂隙内,瓦斯封堵材料在压力的作用下,可以劈裂、扩展孔壁内煤体裂隙[4],充填封孔段及孔壁的裂隙。瓦斯封堵材料不仅沿钻孔横向产生加压效应,在纵向上也会产生加压效应,前者可以增加瓦斯封孔封堵材料的致密性,后者可以充分进入钻孔周围的裂隙中,提高了钻孔的密封性,该技术对各种要求封孔深度均可以使用[3]。具体工艺为:抽采钻孔施工完成后,用压风将孔内的残余煤屑吹干净,然后将帆布袋套在抽采管上(帆布袋内预留注聚氨酯管)两端用管卡固定,抽采管下至预定的封孔深度后,将聚氨酯通过预留注浆管送至预定的封孔位置。利用聚氨酯的膨胀特性,在封孔段内形成一个相对密闭的注浆空间。待聚氨酯完全固化后,再通过孔口预留的注浆管,用双液注浆泵将瓦斯封堵材料注进封孔段内相对密闭的空间内,待瓦斯封堵材料凝固后方可连接抽采系统。在实验室内针对聚氨酯发泡后不同时间固化后的抗压强度及承压强度,做了大量的分析试验,试验表明聚氨酯在发泡30 min后,可以承受0.5～1.2 MPa的压力,为开展加压注浆封孔试验奠定了基础。帆布袋聚氨酯+瓦斯封堵材料封孔如图1所示。

加压注浆封孔工艺流程:利用压风将钻孔内残余煤屑吹干净→帆布袋套在抽采管上→里段帆布袋两端用喉箍固定牢(帆布袋里预埋注聚氨酯管)→预埋注浆管→外段帆布袋两端用喉箍固定牢(帆布袋里预埋注聚氨酯管)→注里段帆布袋聚氨酯→注外段帆布袋聚氨酯→聚氨酯完全固化→注瓦斯封堵材料→瓦斯封堵材料凝固后连接抽采系统。

2封孔设备及材料

(1)封孔注浆泵选用2ZBQ-9/3型双液注浆泵,额定流量0～24 L/min,注浆压力0～6 MPa,可同时输送2种介质也可单独输送1种介质,具有性能稳定、结构紧凑、质量轻、移动操作维护方便的优点。

(2)注浆管选用市场上常见的铝塑管。

(3)选用散装聚氨酯,其发泡时间为2～3 min,发泡倍数8～15倍。

(4)选用瓦斯封堵材料封孔,其主要性能为:①水灰比大。使用时水灰比按1.0∶1.0～2.0∶1.0控制。②凝结硬化快。凝结时间30～60 min,并可根据不同的使用要求调整。③细度细。比表面积大于600 cm2/g,具有较好的流动性和填缝效果。④固化体微膨胀,膨胀率≥0.02%,堵漏抗渗性好。⑤满足抽采需要快。1∶1水灰比时2 h强度可达1 MPa以上,24 h强度可达3 MPa以上,后期强度持续增长,2 h即可接管实施瓦斯抽采。⑥具有“裂隙修复”功能,该封孔材料固化体在水中长期浸泡强度不会降低,反而会继续升高,在受压后出现的微细裂隙能够“自修复”。

3工业性试验

3.1试验地点概况

演马庄矿27131运输巷工作面上部为27111工作面(正在回采),下部为未采区,工作面左侧为F147断层,走向N69°E—N79°E,倾向南,落差16 m,右侧为F204-1断层,走向N116°E,倾向北,落差10 m左右,2条断层均为正断层。煤层厚度平均4.07 m,煤层倾角最小为7°,最大为13°,瓦斯含量为13.88～16.45 m3/t,煤层透气性系数为0.300～0.457m2/(MPa2·d),煤层硬度f值为0.5～1.5。该工作面属煤与瓦斯突出危险工作面,煤尘无爆炸性,煤层不自燃,煤层层理节理较发育,绝对瓦斯涌出量为2 m3/min。

九里山矿16031运输巷煤层平均厚5.07 m,瓦斯含量为15.15～33.19 m3/t,煤层透气性系数为0.200～0.457 m2/(MPa2·d)。该地区上部临近马坊泉断层,上部工作面顶板相对破碎。另外,受马坊泉断层牵引,很可能会伴生一些小的断裂构造。此次试验所封抽采孔开口位于巷道下帮煤壁中部,距煤层顶板1.2 m左右,距巷道底板0.8 m左右,巷道顶板有淋水。

3.2封孔试验

演马庄矿27131运输巷自2011年12月16日至2012年1月12日共封35个抽采孔,两端1.5 m帆布袋聚氨酯中间注瓦斯封堵材料的封孔12个,合成树脂封孔10个,封孔段注15 m波雷因封孔13个。根据地测科探煤记录,该试验段处于薄煤带,煤厚约3 m。试验钻孔基本参数为:215#、217#、218#、219#、221#、223#、224#、226#、228#钻孔深70 m,216#孔深50 m,225#孔深60 m;钻孔倾角-11°;封孔深度15 m。

九里山矿16031运输巷2012年1月16—19日共封抽采孔12个,均采用里段3 m帆布袋,外段1 m帆布袋,中间注瓦斯封堵材料。该试验段顶板淋水,压力大,其中有4个试验孔跨在钻场两帮,封孔期间多数钻孔变形及孔内有水,试验钻孔基本参数为:39#、40#、43#、44#钻孔深101 m,41#钻孔深99 m,45#钻孔深93 m,46#钻孔深104 m,47#钻孔深103 m,49#钻孔深100 m,51#钻孔深80 m,52#钻孔深104 m;钻孔倾角-14°,封孔深度15 m。

3.2.1加压注浆封孔

采用两端各1.5 m帆布袋中间注瓦斯封堵材料封孔工艺,里封孔管全长18 m(1.5 m花管),在15 m处用喉箍把帆布袋两端固定牢靠(帆布袋里预留注聚氨酯管),5～6 m处固定注浆管,孔口以里1.5 m处用喉箍把帆布袋两端固定牢靠(帆布袋里预留注聚氨酯管),里段注聚氨酯2 kg(主要考虑注浆泵及注浆管内的损耗),外段注聚氨酯1 kg,待聚氨酯完全固化后注瓦斯封堵材料,瓦斯封堵材料凝固后,连接主抽采管,连抽后所测钻孔抽采参数见表1。

从表1可以看出,用两端1.5 m帆布袋里注聚氨酯中间注瓦斯封堵材料后,抽采浓度均在90%以上,只有216#钻孔浓度稍低,为94.1%,平均浓度为97.6%。平均纯量为138 m3/d。

采用里段3 m帆布袋、外段1 m帆布袋中间注瓦斯封堵材料的封孔方法,与两端各1.5 m帆布袋的封孔方法基本相同。聚氨酯完全固化后,连接主抽采管,待浓度大幅度降低时,再对抽采钻孔加压注浆,注浆前、后测定抽采浓度见表2。

由表2看出,采取加压注浆封孔后,平均抽采浓度由39.9%提高到82.2%,最大单孔抽采浓度提高了65.7倍,平均抽采浓度提高了2.1倍;采用加压注浆后可使88.9%钻孔瓦斯抽采浓度超过50%,使55.5%钻孔瓦斯抽采浓度超过90%,大幅度提高了瓦斯抽采浓度。

3.2.2合成树脂封孔

采用合成树脂封孔方法,在封孔管15 m处绑1组合成树脂后,依次间隔1.0～1.5 m绑1组合成树脂,绑至孔口以里1 m处为止,15 m封孔段一共用合成树脂20袋,连抽后测试瓦斯抽采参数见表3。

从表3可以看出,用合成树脂封孔后,70%的钻孔抽采浓度在90%以上,仅有2个抽采钻孔浓度稍低(50%～60%),平均浓度为87.9%,平均纯量为55 m3/d。

3.2.3波雷因封孔

采用波雷因封孔方法,在封孔管15 m处绑1组合成树脂作为堵头,将铝塑管下至15 m处,使用气动注浆泵(2ZBQ-9/3型)注波雷音材料,注波雷因时,边注边退注液管,待注液管退至孔口1 m时,停止注液,实现15 m全段封孔。待波雷因固化后连接主抽采管,连抽后测试瓦斯抽采参数见表4。

从表4可以看出,用波雷因封孔后,77%的钻孔抽采浓度在90%以上,平均浓度为89.7%,平均纯量为83 m3/d。

4效果分析

对同一地区3种不同封孔工艺的钻孔抽采钻孔进行了长期的数据测定,绘制的3种封孔工艺的抽采浓度及瓦斯纯量变化趋势如图2、图3所示。

由图2可以看出,经过4个多月的钻孔瓦斯抽采,加压注浆封孔钻孔的平均抽采浓度均在85%以上,衰减速度较慢;波雷因封孔钻孔的平均抽采浓度均在80%以上,平均抽采浓度稍微比加压注浆封孔低些,衰减速度和加压注浆封孔相近;合成树脂封孔的钻孔,初期平均抽采浓度在85%以上,但抽采1个月后降至55%,衰减较快,抽采浓度不及加压注浆封孔和波雷因封孔。

从图3可以看出,0～40 d的平均抽采负压为20.4 kPa时,3种封孔工艺的抽采瓦斯纯量均呈递次衰减;40～80 d平均负压为26.9 kPa时,3种封孔工艺的抽采纯量也随抽采负压的增大而趋于稳定;80～120 d平均负压为48.5 kPa时,随抽采负压大幅度提升,加压注浆和波雷因封孔的钻孔抽采纯量均呈上升趋势,而合成树脂封孔的钻孔则呈现下降趋势,分析认为:合成树脂所封的抽采钻孔,在高负压的连续抽采下,致使钻孔周围的裂隙相互沟通,造成串气漏气,抽采纯量降低,而使用加压注浆和波雷因封孔工艺则是把整个封孔段加压注实,避免了钻孔周围的裂隙沟通。由对比可知,加压注浆封孔钻孔的平均抽采瓦斯纯量为63 m3/d,高于波雷因封孔钻孔平均纯量(56 m3/d)及合成树脂封孔钻孔平均纯量(36 m3/d)。封孔连抽4个多月,加压注浆封孔抽采瓦斯纯量分别是波雷因封孔和合成树脂封孔的1.13,1.75倍,反映出加压注浆封孔效果优于其他2种封孔方式。

5封孔成本

采用合成树脂封孔,每孔20袋,材料费为500元/孔;用波雷因封孔,每孔约18 kg,材料费600～700元/孔;用加压注浆封孔,材料费为350～450元/孔。通过4个多月的试验分析认为,单纯使用合成树脂封孔,初始抽采浓度大多在80%～90%,抽采1个月后衰减较快,封孔成本也高于加压注浆封孔。波雷因封孔与加压注浆封孔的抽采效果接近,但是封孔费用较高。综合3种封孔方法,加压注浆封孔在抽采效果和封孔成本上均优于其他2种方法,不但降低了封孔成本,而且提高了抽采效果,值得推广应用。

6结论

(1)加压注浆封孔技术较其他方法使瓦斯抽采浓度提高了20%～40%,抽采纯量提高了1.13～1.75倍,有效提高了抽采钻孔的封孔质量,保证了瓦斯抽采效果,缩短了抽采周期,同时降低了封孔成本,确保了矿井持续发展,取得了显著的经济效益。

(2)采用预留注浆管,在抽采浓度大幅度降低时加压注浆封孔的方式,使钻孔平均抽采浓度提高了2.1倍,钻孔抽采时间相对延长,有效提高了钻孔利用率。且该方式操作较简单,适合较大范围的推广使用。

参考文献

[1]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,2011,39(10):45-48.

[2]王兆丰.我国煤矿瓦斯抽放存在的问题及对策探讨[J].焦作工学院学报:自然科学版,2003,22(4):241-246.

[3]王圣程,庞叶青,张云峰,等.抽采钻孔带压注浆封孔技术的研究与应用[J].煤矿安全,2011,42(6):4-6.

[4]陶云奇.中岭煤矿采煤工作面瓦斯抽放技术研究[D].贵阳:贵州大学,2006.

封孔技术 篇2

《煤层瓦斯抽放钻孔封孔技术研究》

学号：js12120002 姓名：李海鉴

煤层瓦斯抽放钻孔封孔技术研究

李海鉴

(中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221008)

摘要：瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本性措施。本文比较和研究了目前煤矿封孔工艺，为提高瓦斯抽采效果提供了依据。关键词：矿井瓦斯；抽放；封孔 中图分类号: TD

煤与瓦斯突出是严重影响煤矿生产安全的重大因素之一，瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理与利用的根本措施和主要途径,钻孔瓦斯抽采效果的好坏,除了钻孔的合理布置,主要是钻孔孔口的封孔质量。

常规的瓦斯抽采钻孔封孔技术包括采用有机材料或无机材料直接封堵、封孔器封堵。而直接封堵法包括粘土人工封孔、机械注水泥砂浆封孔、发泡聚合材料封孔。现在研究的很多种封孔放法结合了各种封孔技术优点，采用两种或多种技术组合使用，使封孔效果得到改善。同时从一次封孔研究到二次封孔技术，使封孔技术更加丰富，提高了抽采效率。

1、粘土人工封孔

常用粘土为黄泥或水泥团，粘土封孔法对封孔的材料要求不高,而且所花费的成本也很低,但是对封孔的工艺要求却很高。其受限于钻孔长度和粘土的软硬度,很难将钻孔封的密闭不透气,稍有一个环节的疏忽都可以导致其钻孔封闭不实。粘土封孔方法封孔长度较短，黄泥遇水变软，密实性不好，容易漏气。采用黄泥、水泥团人工封孔，钻孔密封质量差、作业时间长、劳动强度大，现场已很少采用。

2、机械注水泥砂浆封孔

水泥砂浆封孔法是在孔口处安好截止装置后,将水泥砂浆用注浆泵压入钻孔,可以封孔段较长的钻孔。其封孔材料在注入时为液态,等其凝固后为固态,能较好的封闭钻孔周围的一些裂隙和解决粘土法封孔难以解决的一些难题,从而能较好的封实钻孔。用一根回浆管即可检验其封孔长度,操作比较简单省时。

机械注浆虽可大大缩短封孔时间，但是目前的机械注浆设备笨重，加大了工人的劳动强度和搬运时间。对于倾斜钻孔可以保证封孔质量，但是对于近水平或缓倾斜煤层不适用。水泥短时间内不能硬化固结，并且凝固后易收缩导致漏气，从而使封孔后瓦斯浓度衰减比较快。

3、发泡聚合材料封孔

采用发泡聚合材料聚氨酯(马丽散)封孔，由于聚合材料发泡倍数高、质量轻，具有工艺简单、密封可靠、封孔迅速等特点而得到了广泛应用。然而目前化学聚氨酯封孔技术主要是采用徒手封孔，封孔长度只有3～5 m，不能有效封堵钻孔瓦斯抽采松动裂隙带，瓦斯抽采浓度不高，钻孔抽采寿命不长，甚至对操作不熟练的封孔工人，由于聚氨酯发泡反应快，一般在2～4min完成，抽采钻孔往往很难成功封孔而造成废孔。发泡聚合材料封孔其封孔材料成本高，操作要求高。

4、封孔器封孔

封孔器封孔法一般用于岩层致密和服务时间不长的岩孔, 主要包括摩擦式封孔器和水

力膨胀式封孔器两大类。封孔时先将封孔器放入钻孔封孔位置, 再通过留在钻孔外的专门机械机构使内、外管相对运动, 挤压封孔器前端的胶皮胀圈, 使之在径向膨胀进而将钻孔封堵严密。封孔器膨胀系数大, 封孔质量可靠, 还可以重复利用, 是一种理想的封孔装置。但是由于其昂贵的成本和价格, 目前并没有得到普及应用。

5、聚氨酯封孔器封孔

该方法使用三种化学药液,按一定比例进行配比,将配好的药液均匀涂抹在麻袋上,涂抹的同时迅速把麻袋缠绕在封孔器上,再把封孔器送入抽放钻孔孔口内,此时依靠聚胺脂发生化学反应而膨胀,从而达到钻孔封孔的目的。

缺点： 药液配比必须适中,一旦配比不适中,将不能实现封孔目的,导致材料的浪费。2 药液发生膨胀需要一定时间,一般在60 min以上,8 h 班最多可完成6个钻孔,不能实现快速封孔,且孔口有残留膨胀物。封孔后受到顶板的挤压易出现裂缝,导致钻孔漏气,降低抽放效果。钻孔封孔长度有限,一般封孔器的长度仅为3 m ,封孔段仅为800 mm～1 000 mm。实践证明,封孔段距离应不小于5 m。由于不能实现长距离封孔,导致钻孔抽放负压较低,最大只能达到9.3kPa～10.9kPa。钻孔封孔段易出现导通通道,尤其是全锚支护的巷道。

6、囊袋式注浆封孔

囊袋式注浆封孔法是考虑到国内现行封孔技术的缺陷,结合国外封孔技术的经验和国内情况提出的一种成本适中、能显著改善抽采效果的封孔方法。它改变了过去人们普遍认为的瓦斯抽采钻孔难以实现注浆封孔的常规看法。同时,这种封孔方法一方面能使钻孔周围的裂隙得到充填,消除开孔时形成的漏气通道(裂隙);另一方面能使钻孔得到可靠的支护,保证钻孔的稳定性,使钻孔周围不再产生新的漏气通道(裂隙)。

囊袋式注浆封孔法的关键技术是孔内一次性囊袋注浆装置。该装置通过2个囊袋封堵1 段钻孔,2个囊袋之间有1段塑料管,塑料管上开设有钻孔注浆口,先向囊袋注浆,通过囊袋膨涨后封堵封孔段钻孔,然后囊袋内的浆液通过钻孔注浆口向2个囊袋之间的钻孔注浆,并形成注浆压力使浆液向钻孔壁渗透。

囊袋式注浆封孔法的装置结构新颖、构思巧妙,能够顺利的进行现场施工,封孔效果较聚氨酯封孔法有显著的提高,是提高煤层瓦斯抽采浓度的有效方法。

7、带压注浆封孔技术

由于煤层内存在大量的构造裂隙,尤其是在受采动影响较大的煤体内,裂隙发育程度更高。同时在钻机打钻的过程中,加剧了煤体的破坏程度,使裂隙贯穿煤帮和钻孔,如果封孔不严实,在负压状态下,空气由煤帮和钻孔周边进入孔内,会导致抽采浓度短期内下降到10%以下。带压注浆封孔技术把钻孔两端堵住,中间一段注入封孔剂,封孔深度可达8m,超过巷道的裂隙带。封孔剂在密闭的空间膨胀时,产生一定的压力,可进入钻孔壁周围的裂隙中,加强了与孔壁的粘合度。

为了有效改善封孔质量,提高抽采浓度，中国矿业大学研发了赛瑞封孔剂及配套封孔设备KSZB160-2矿用手动注浆泵。

优点： 在现场使用带压注浆封孔技术比原封孔技术瓦斯抽采浓度平均提高了40%左右，高浓度维持周期长，一次封孔后一般可达2个月，单孔平均多抽瓦斯量约为1036．8m3(按抽2个月算)。带压注浆封孔技术，增加了封孔深度，实现了封孔技术由手工向机械的转换，提高了抽采钻孔的封孔质量，保证了瓦斯抽采效果，延长了钻孔瓦斯抽采期，取得显著的经济效益与社会效益。赛瑞封孔剂的发泡倍数为4～5倍，发泡倍数适中，材料的密实度满足封孔的要求，在不会漏气的情况下又节省材料。赛瑞封孔材料在发泡的过程中可以渗入孔壁的裂隙中，增加封孔的密实性，且赛瑞材料具有良好的柔韧性和抗压能力，可以避免抽采负压作用下封孔管的微量变形造成的影响。增加了封孔深度和长度，有效避开巷道松动圈。6 封孔过程操作简单，工人可以熟练掌握。封孔工艺配套使用的KSZB160-2 矿用手动注浆泵结构简单，重量仅为20 kg，便于移动，使用维护方便。

8、二次封孔

现有的瓦斯抽放钻孔的封孔方法都还局限于一次封孔阶段,未涉及到如何提高后期瓦斯抽放浓度。对于顺层钻孔,即使初期瓦斯抽放浓度较高,但随着大量瓦斯被抽出,煤体的弹性潜能得以释放,将使煤层发生变形、位移和卸压,钻孔周边的孔(裂)隙发育、扩张,在抽放负压的作用下外界空气易从这些孔(裂)隙通道进入孔内,从而导致瓦斯抽放浓度下降,缩短了钻孔的有效抽放寿命。针对该技术难题,借鉴火区封闭堵漏的原理,2007 年中国矿业大学课题组首次提出了二次封孔方法及配套装置,并在山西晋城寺河矿进行了成功应用。

二次封孔方法的应用可划分为2个阶段:第1次封孔阶段和第2次封孔阶段。一次封孔利用马丽散、赛瑞等高分子聚合发泡封孔材料一次封孔。二次封孔瓦斯抽放浓度下降到30%时，利用压缩气源将微细膨胀粉料喷入煤层钻孔内，渗入煤层裂隙区域，堵塞裂隙，浓度上升。

现场试验结果表明,应用二次封孔方法瓦斯抽放后期的浓度可提高25%～50% ,平均延长瓦斯抽放期约3个月,提高了钻孔的利用率,显著改善瓦斯抽放效果。二次封孔方法在我国的煤层钻孔瓦斯抽放封孔中具有重要的推广应用前景。

参考文献： ［1］ 殷文韬，刘明举，温志辉，孟全生.煤层瓦斯抽放封孔工艺研究与应用［J］.煤炭工程，2011,（2）:31～32.［2］ ［3］ 吴水平.囊袋式注浆封孔法在煤矿瓦斯抽采封孔中的应用［J］.中国煤炭，2010,36（6）:99～99.张长远,陈建,宋小林,熊伟, 周福宝.带压注浆封孔技术的研究应用［J］.煤炭工程，2011,（3）:40～41.［4］ ［5］ 吴水平.囊袋式注浆封孔法在煤矿瓦斯抽采封孔中的应用［J］.中国煤炭，2010,36（6）:99～99.周福宝, 李金海, 昃 玺, 刘应科, 张仁贵, 沈思骏.煤层瓦斯抽放钻孔的二次封孔方法研究［J］.3

封孔技术 篇3

摘 要：针对冀中能源张矿集团宣东矿瓦斯抽采封孔质量差、抽采瓦斯浓度偏低的问题，引进了赛瑞新型封孔剂和配套矿用手动注浆泵组合封孔工艺。通过在III3209轨巷试验，结果表明：赛瑞封孔剂和配套矿用手动注浆泵联合使用的封孔工艺比原封孔工艺平均瓦斯抽采浓度提高了近40%，单孔平均多抽瓦斯量约为1036.8 m3。

关键词：封孔；赛瑞封孔剂；注浆泵；试验

一、概述

瓦斯治理是煤矿安全生产工作过程中的重中之重，做好煤矿瓦斯治理工作、保护矿工生命安全的重要举措。在煤矿生产过程中常常会出现由于抽采钻孔封堵不严造成漏气，使得抽出瓦斯浓度偏低，煤体中大量的瓦斯不能被抽出，采掘过程中经常出现瓦斯超限的情况，从而影响煤矿的安全生产。“一通三防”的关键是防突，防突的关键是抽采，而抽采的关键还在于钻孔的封孔质量，只有保证封孔质量才能有效地将煤层内的瓦斯抽出来，才能消除突出事故发生。

冀中能源张矿集团宣东矿位于河北省张家口宣化区境内，矿井于1997年6月开工建设，2001年11月正式建成投产，设计生产能力120万吨/年，井田面积26km2，是公司的主力生产矿井之一。自1999年矿井进入采区煤层巷道掘进施工后，煤巷掘进工作面经常出瓦斯超限现象。2001年8月矿井瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井，2009年该矿瓦斯等级鉴定为煤与瓦斯突出矿井。

宣东矿目前Ⅲ3煤层瓦斯含量高，瓦斯涌出较大，严重威胁矿井采掘安全。该矿瓦斯抽采钻孔采用在抽放管路上缠棉布，将聚氨酯类化学封孔材料涂抹或浇淋于棉布上的封孔方法，此种方法短期看效果较好，但随着时间的推移，抽采效率显著降低，难以满足现阶段采掘抽采要求，迫切需要改进封孔材料及封孔工艺。

二、封孔工艺

1、赛瑞封孔剂

本产品是由中国矿业大学针对矿井煤层瓦斯抽放研发的高分子聚合材料，在聚酯材料中加入微膨胀颗粒，增大材料膨胀性与渗透性，更加适宜封堵微裂隙。产品主要用于密封瓦斯抽放钻孔，提高矿井瓦斯抽放效果。以1：1的体积比混合使用，根据现场工作需要可提供不同发泡倍数及聚合时间的产品。此封孔剂具有膨胀性大、可塑性和抗压、抗剪能力强、粘结力和气密性好等优点。该材料根据煤矿现场对起泡时间、发泡倍数等参数需求分为三种类型。

2、封孔设备

针对钻孔封孔深度大、赛瑞起泡的特性以及井下对机械设备轻便、灵巧、安全、实用的要求，封孔时采用中国矿业大学开发出一种高质量注浆的矿用手动注浆泵——KSZB160-2多功能双料注浆泵。

注浆泵无需用电，气驱动，工作时不产生噪声。它适用于化学材料注浆工作，能准确高效地完成注浆工作，注浆泵重量轻，操作简单，运输方便，封孔质量高，效果显著，成本相对低廉，是技术先进、性能安全的用于煤矿瓦斯钻孔注浆设备。该设备包括吸料装置，泵体、出料装置和混合装置，动力来源于人力，吸料装置包括吸料管、弯管；泵体包括泵、拉杆、泵架、连杆以及摇杆；出料装置包括出料管、直通接头；混合装置包括枪头和外接管。

3、具体封孔工艺

（1）在抽采管前端约1.5～2m处开始往外缠麻袋片（或棉纱、布料等），缠绕长度约为0.2～0.5m，并用铁丝扎紧。

（2）在麻袋片或棉纱上均匀涂上1：1比例的赛瑞封孔黑料和白料，然后依次连接抽采管，并迅速塞入孔内。

（3）在抽采管末端安装上阀门，然后把管径为4分的注浆铁管插入孔中，用蘸有黑料和白料的赛瑞封孔材料的棉纱封堵住孔口。

（4）安装好KSZB160-2型矿用手动注浆泵，注浆泵使用参照KSZB160-2型矿用手动注浆泵说明书。

（5）在手动注浆泵的两个料杯内加入黑白料（赛瑞封孔剂），开始压泵，待两个出料管都出料后，再接上枪头，并将枪头通过四分阀门接到注浆铁管上。

（6）随后使用手动注浆泵向钻孔内形成的封闭空间中注入一定量的赛瑞封孔材料，根据宣东矿的封孔深度计算得出黑白料各3L。

（7）完成注浆后，从注浆铁管上卸下枪头，并关闭注浆铁管末端的阀门。

（8）把进料管插入到混有少量清洗剂的清水中，冲洗设备及枪头，再用清水冲洗一次。

（9）卸下进料管和出料管及枪头，并将设备擦拭干净。

新型封孔工艺在增加封孔密实性的同时又增长了封孔长度，可有效封堵钻孔裂隙带，杜绝漏气的可能，可提高钻孔瓦斯的抽采浓度，延长瓦斯抽采期。

三、应用效果及效益

1、应用效果

经过现场实际考察并与矿方协商后，决定选取正在掘进的III3209轨巷作为本次试验地点。

在III3209轨巷同一钻场相邻钻孔或该巷道相邻钻场分别使用原封孔材料封孔及赛瑞封孔剂注浆泵组合封孔，接入抽采管路后在相同抽采条件下测定两种封孔材料封孔后的瓦斯浓度。赛瑞注浆泵组合封孔工艺比原封孔工艺瓦斯抽采浓度平均提高了近40%，且延长了瓦斯有效抽放期，充分反映了赛瑞封孔剂及带压注浆封孔工艺的优越性。

2、应用效益

赛瑞封孔剂具有抗压强度大、柔韧性好、煤孔壁粘合性优等特点，使用其和珠江本的组合封孔后钻孔抽放周期、抽放浓度等与原封孔方式相比均取得了较大的改善。综合对比得出：高抽放浓度维持周期长，一次封孔后一般可达2个月，单孔平均多抽瓦斯量约为1036.8 m3（按抽2个月算），以0.5元/m3计算瓦斯收益，则单孔创造利润为518.4元。赛瑞封孔剂和注浆泵组合封孔工艺的成功使用对宣东矿的瓦斯治理提供了有力的保障，良好的钻孔抽采效果使大量瓦斯提前被抽出，有效降低了采掘过程中煤与瓦斯突出的可能性，赛瑞封孔剂和注浆泵的应用不仅为宣东矿创造了巨大的经济效益，同时也取得了显著的社会效益。

四、结论

（1）赛瑞封孔剂和注浆泵组合封孔工艺封孔长度可以达到8米以上，增加了封孔深度和长度，有效避开巷道松动圈，比原封孔工艺瓦斯抽采浓度平均提高了近40%，且延长了瓦斯有效抽放期，充分反映了赛瑞封孔剂及带压注浆封孔工艺的优越性。

破碎顶板封孔工艺技术研究与应用 篇4

薛村矿为煤与瓦斯突出矿井, 2#煤层为突出煤层。为保证矿井安全生产, 薛村矿在进行2#煤层开采前, 对其下保护层进行开采, 以对2#煤层进行卸压保护。薛村矿以前选择下保护层4#煤层作为保护层开采, 这次首次采用3#煤层作为保护层开采, 一座煤工作面直接顶为粉砂岩, 厚度4.0 m, 黑灰色致密, 下部含有黄铁矿结核;直接底为粉砂岩, 厚2.8 m, 灰褐色, 含炭质成分较高, 断续水平层理, 含植物化石。由于工作面顶底板岩层为粉砂岩, 节理发育, 在工作面掘进过程中, 受采动影响, 顶板比较破碎。

开采一座煤保护层, 在工作面尾巷布置穿层钻孔, 预抽被保护层大煤瓦斯。3#煤层由于顶板破碎严重, 在施工过程中孔口容易塌孔, 经常刚刚拔出钻杆, 孔口就塌孔。钻孔施工完毕后, 采用原聚氨酯加水泥挤浆的封孔工艺, 钻孔喝风严重。

二、一座煤工作面钻孔封孔工艺

931302一座煤工作面顶板厚度为4 m的粉砂岩, 受采动影响, 顶板比较破碎, 出现钻孔施工时孔口易塌孔、成孔难、封孔不严等难题, 经研究决定, 采取如下措施:

1. 使用大孔径钻头扩孔15 m, 使其穿过破碎带。

2. 延长封孔深度, 封孔管采用Φ108 mm套皮15 m, 封孔深度14 m, 使其穿过破碎带, 进入稳定岩层。

3. 由于顶板较破碎, 如果依然采用聚氨酯封孔加水泥挤浆的方法封孔, 一是封孔不易, 二是挤浆后水泥浆会沿破碎顶板裂缝渗出, 造成抽采时漏气。所以决定采用聚氨脂孔口段封孔300 mm深, 预留机械注聚氨脂管Φ15 mm铁管, 通过2ZBQ-10/12气动注浆泵向孔内挤聚氨脂的封孔方法。

4. 采用聚氨脂封孔, 严格控制注入聚氨脂量, 防止因注入过量聚氨脂导致钻孔里段被封实, 造成废孔。聚氨脂到货后, 分别在地面和井下进行了试验和一些基本参数的测定。试验时考虑到反应时间快, 井下封孔操作工艺较复杂, 采用模仿试验, 即先将棉纱捆绑在塑料管上, 将树脂淋在棉纱上后再淋催化剂, 之后放入铁管内暴露在空气中进行观察, 使用聚氨脂A、B料以1∶1比例进行实验, 实验表明体积膨胀率为112。

钻孔封孔段孔径Φ133 mm, 长度15 m, 钻孔空间体积为: (0.133÷2) 2×3.14×15=0.208 m3

封孔管孔径Φ108 mm, 长度15米, 封闭长度为13.7 m, 体积为: (0.108÷2) 2×3.14×13.7=0.125 m3

需要封闭钻孔空间为:0.208-0.125=0.083 m3

单孔封孔需要聚氨脂A、B料体积和为:0.083÷12=0.007 m3

三、效果分析

1. 常用封孔工艺缺点。

我国煤矿刚开始采用黄泥、水泥团人工封孔, 由于不同操作人员的技术水平和人工添堵长度所限, 封孔质量很难保证。

使用聚氨脂加水泥浆封孔:钻孔施工完毕后, 用棉纱蘸聚氨脂封闭孔口, 预留注浆管, 进行水泥二次挤浆, 水泥砂浆靠自然下沉凝固, 适用于围岩较稳定、无含水层地点。缺点是:用水泥充填存在水泥沉降漏气, 人工充填时间长, 质量难以保证, 工程量大, 封孔时间长等缺点。

使用聚氨脂封孔, 按1∶1比例进行配比, 先将棉纱缠绕在PVC管上, 再把配比好的聚氨脂涂抹在棉纱上, 涂抹后必须迅速把PVC管送入钻孔内, 聚氨脂发生膨胀, 从而达到封孔的目的。在使用过程中存在缺点:由于棉纱必须首先存在封孔管上, 再涂聚氨脂, 而且涂抹须均匀、快速, 需要3~4人配合完成, 功效低;钻孔封孔长度有限, 不能实现长距离封孔。使用橡胶膨胀封孔器进行封孔, 因封孔距离短、存在漏气现象而未进行推广。

2. 效果分析对比。

众所周知, 钻孔瓦斯抽采效果的好坏, 关键是钻孔的合理布置, 其次是钻孔孔口的封孔质量, 无论是本煤层抽放、邻近层抽放还是采空区抽放, 在合理设计钻孔参数的基础上, 增加有效封孔长度, 封孔质量好, 孔口严密不漏气, 才能抽出高浓度的瓦斯, 提高抽采效果。瓦斯抽采钻孔要保持较高的抽采负压, 增加封孔长度, 确保封孔严密是关键。特别是采用U型钢支护的巷道孔口有破碎的岩石孔更是如此。

通过我矿931302一座煤工作面钻孔封孔方法的实际应用, 经过跟踪观测, 采用延伸封孔长度到稳定岩层的方法, 先用聚氨脂封闭孔口, 然后再使用2ZBQ-10/12气动注浆泵通过预留管向孔内注入聚氨脂的封孔方法, 钻孔抽采负压可达20 k Pa~25 k Pa, 没有出现钻孔漏气现象。在封孔过程中由于操作失误导致两个钻孔封死, 重新补孔, 进行再次封孔, 从而保证了钻孔的封孔质量, 实现了高负压连续抽采, 瓦斯浓度保证在35%以上。

通过使用该方法进行封孔, 总结经验认为有以下几个优点:

(1) 封孔材料主要为聚氨脂, 较以往封孔方法, 既经济又方便。

(2) 封孔方法简单, 使用人员少, 两个人配合即可完成整个钻孔的封孔过程, 提高了劳动效率。

(3) 钻孔的封孔材料为聚氨脂, 聚氨脂膨胀性快, 能够迅速充填钻孔周围裂隙, 胶结破碎的围岩, 保证钻孔不漏气。

(4) 钻孔采用机械封孔, 钻孔封孔深度较长, 实现了长距离封孔 (13.7 m) , 提高了抽采效果。

(5) 攻克了破碎顶板抽采钻孔封孔不严, 抽采浓度低、抽采效果差的技术难题。

3. 技术创新关键点。技术创新关键在于:

(1) 聚氨脂A、B料使用1∶1比例进行实验, 通过实验表明体积膨胀率为1∶12。

(2) 采用聚氨脂机械封孔适用顶板比较破碎的地区, 它能够迅速封孔, 封闭钻孔周围裂隙, 胶结破碎围岩, 达到了封孔长度深、严密、不漏气、钻孔随封随抽的效果。

(3) 它克服了传统聚氨脂加水泥挤浆封孔方法浪费人工、封孔效果差、易漏气的缺点。

四、结论

囊袋封孔工艺细则 篇5

针对囊袋式注浆封孔工艺，为了保证钻孔的封孔效果，规范井下封孔操作流程，特制定本细则。囊袋封孔原理

囊袋式注浆封孔器的工作原理是：首先通过注浆泵将水泥浆液经注浆管对2个囊袋注浆，待2个囊袋注浆膨胀后封堵钻孔并支撑孔壁，2囊袋间形成密闭的注浆空间，然后待注浆压力升到一定值，注浆段的出浆阀打开，浆液带压注入注浆段并充填孔壁周围裂隙。封孔作业细则

井下封孔作业是个系统工作，各个环节密切相连，封孔工作涉及的材料、设备、封孔质量要求等若一个环节出了问题，就可能导致封孔工作不能正常进行，更有可能造成封孔失败，所以在封孔时应将各个环节有机的结合在一起，保证封孔作业的顺利完成。

2.1 下井前准备

在下井封孔前，在地面首先确认下井封孔所需的囊袋、水泥、抽采管的数量是否准备充足、是否已到达井下指定位置；确认封孔所需的接头、管子等工具是否准备齐全；确认封孔地点的水、风、注浆泵是否到位。

2.2 封孔前准备（1）钻孔施工

钻孔施工到终孔后，不能立即退钻，对于上向孔和平孔，应继续用水将钻孔内的钻屑冲出，防止钻屑过多阻塞囊袋下入钻孔；对于下向孔，除了用水将钻孔内的钻屑排出外，最后还应换用压风，将孔底的积水吹出，防止积水过多，阻碍瓦斯抽采。

（2）检查封孔器

检查封孔器是否有破损，对于封孔器包装有破损的，应采取少量注水法试验封孔器是否损坏，禁止使用破损的封孔器进行封孔。

（3）检查封孔机具

连接水源，全面检查注浆泵、搅拌器和注浆管是否处于正常状态。（4）检查注浆材料

准备封孔用水泥材料和水泥添加料，并检查是否有结块现象，不得使用失效的水泥和水泥添加料。

2.3 插入囊袋封孔器

对于易塌孔地段，要求成孔之后及时插入抽采管及囊袋封孔器，否则可能出现塌孔现象而造成封孔失败。

（1）计算插入筛管长度

根据囊袋封孔器的长度计算插入筛管的长度，按照公司要求，本次封孔要实现全煤孔下套管，则煤孔段应全部下筛管

（2）插入囊袋

首先将所需筛管的长度插入钻孔，然后在筛管后接入套管继续插入钻孔，待剩余套管的长度与囊袋封孔器的长度一致时将套管套入囊袋，并用胶带将囊袋和套管固定牢固后一起插入钻孔，待囊袋封孔器和套管完全插入到钻孔，插入囊袋工作结束。

（3）联接注浆泵

囊袋和抽采管一起插入钻孔后，将囊袋的注浆管和注浆泵相连，准备注浆。2.4 水泥浆配制

水泥浆配制与搅拌是注浆成功的关键环节之一，不仅事关注浆工作的顺利进行，而且直接决定封孔效果。

将一袋水泥和一袋添加料倒入搅拌器进行搅拌，水灰比0.5-0.7，初期搅拌阻力会较大，浆液将会越搅越稀，搅拌时采用正反转搅拌，搅拌时间大约3~5min，待水泥没有团状结块，可认为浆液搅拌完毕。浆液搅拌不到位，会引起注浆管路堵塞和注浆泵堵塞，造成注浆失败。

2.5 注浆封孔

开始注浆时，先缓慢打开注浆阀门，待管路稳定后，再增大注浆压力，此时可以观察到出浆口的压力表压力逐渐增大，待2个囊袋注满后，此时可以观察到出浆口的压力表压力突然降低，此时表明中间的爆破法已打开，开始对中间段进行注浆，随着浆液的注入，出浆口的压力表的压力开始逐渐增大，待表压在1.0MPa左右时暂停注浆，此时观察压力表，若压力表的读数稳定，则可停止注浆。

2.6 冲洗注浆泵

注浆完毕后，对注浆泵及管路进行清洗，悬挂钻孔表示牌，封孔工序结束。3 钻孔连抽

浅谈瓦斯抽采钻孔封孔技术 篇6

目前提高钻孔瓦斯抽采率的主要有两个技术途径:1) 采用人为方法预先松动原始煤体, 提高煤层透气性, 主要有水力割缝、水力压裂及深孔预裂爆破等措施;2) 改变钻孔参数、合理布孔和提高封孔质量。第一种途径由于工艺技术复杂, 虽然在本煤层瓦斯预抽上取得一定的效果, 但需要专用设备等原因效果不太明显;第二种途径对于不同的煤层在布孔参数合理和封孔质量可靠的情况下, 能有效降低煤层瓦斯涌出量、效果较为明显。

封孔质量在瓦斯抽采有着重要的作用。它直接影响着瓦斯抽采的浓度、抽采流量、负压及抽采效果, 前苏联资料表明:进入抽采系统的空气有80%以上是通过钻孔吸入的, 若钻孔空气吸入量减少1/3~1/2, 钻孔瓦斯纯量可增加2~1.5倍。因此, 封孔质量的好坏直接决定了抽放效果的优劣。

瓦斯抽采钻孔封孔必须满足密封性好、操作便捷、封孔速度快、造价低的要求。封孔方法的选择应根据抽采方法及孔口所处煤 (岩) 层位、岩性、构造等因素综合确定。按照国家规定要求:本煤层顺层钻孔封孔深度不小于8m;邻近层穿层钻孔封孔深度不小于5m。

2 常见封孔技术的优缺点

目前采用的钻孔封孔材料及工艺有:粘土 (黄泥) 、水泥封孔, 封孔器封孔, 聚氨酯封孔及其他材料封孔等。其优缺点如下:

1) 粘土 (黄泥) 封孔, 即采用一定长度的木楔与粘土 (或黄泥) 交错进行封孔, 粘土凝固后起到密封作用。粘土材料的最大优点是价格便宜, 封孔成本低, 材料易得, 操作简单。缺点为粘土往孔内送后容易和煤渣混在一起不利用捣实、倾角大的上行孔送黄泥较困难、粘土 (黄泥) 固化后会干裂产生漏气。由于该工艺封孔质量很难保证, 现该法已被淘汰。2) 水泥封孔, 即采用水泥封孔泵将水泥砂浆打入数米深处, 待水泥固化后起到密封作用。水泥砂浆材料具有价格低廉、承受压力高等优点。缺点主要为材料固化时间长, 完全固化前易流淌形成缝隙, 封孔效果差;其次, 水泥砂浆不能完全侵入微小裂隙;靠自然下沉凝固, 容易导致煤层气抽采后期封孔材料与煤层分离, 从而严重影响抽采效果;再次, 水泥封孔劳动强度大, 人力物力多。3) 封孔器封孔, 即通过膨胀压缩封孔器上的胶圈而达到封孔的目的, 主要适用于钻孔完整致密岩层中。目前所应用的封孔器主要为机械摩擦式, 胶囊及胶圈—粘液封孔器等几种类型。其优点为可重复使用, 封孔快速;缺点为封孔密闭时间短, 主要适用于短时间 (临时) 封孔及掘进巷道条带预抽钻孔封孔。4) 聚氨酯封孔, 即利用聚氨酯短时间内膨胀的特点进行封孔, 聚氨酯封孔时能够克服粘土、水泥等材料封孔时在煤岩层裂隙封孔不严的缺点, 通过扩散渗透到钻孔周边的裂隙中, 达到提高封孔质量的目的。由于聚氨酯封孔材料具有可塑性, 受压时变形时不易破碎的特点, 适用性较强。缺点为发泡快, 操作时间短, 不易掌控;泡孔强度较差, 容易随着时间延长产生收缩, 从而失去密封能力;孔内有水大时, 发泡期间水会流出来, 会导致漏气 (水) 。5) PD材料封孔工艺, 新型PD材料以微胶囊化技术为技术基础, 密封材料的膨胀药力缓慢释放。具有1.29膨胀倍数, 膨胀速度放缓, 在体积膨胀的同时, 为PD材料向钻孔周边裂隙渗透赢得了时间, 封孔效果更好。其优点为密封材料渗透结束后, 能够在钻孔周围裂隙和孔洞中继续渗透, 产生雪花状的凝结体, 填充整个钻孔周围残余裂隙及孔洞, 达到二次封堵的效果, 适用性较高。缺点为成本较高, 适用于局部封堵。

3 如何提高瓦斯抽采钻孔封孔效果

3.1 合理选择封孔材料

目前影响钻孔封孔的因素主要有:1) 钻孔裂隙圈内的裂隙封堵问题;2) 钻孔壁与封孔材料的间隙封堵问题;3) 封孔材料凝固后自身产生的微裂隙问题。

针对封孔影响封孔成功率存在的问题, 笔者认为封孔材料应具有以下特点:

1) 封孔材料应具有渗透性。通过渗透能够填充钻孔周围裂隙, 封孔材料应具有进入钻孔周围裂隙的特性, 一般来说超细水泥的封孔效果要高于普通水泥封孔效果。2) 封孔材料应具有膨胀性。封孔材料封孔后, 通过膨胀可以对钻孔形成主动支护力, 防止钻孔的收敛变形影响抽采效果, 还可以使钻孔周围形成高应力区, 降低封孔段周围煤体的透气性, 减少钻孔的漏气, 提高瓦斯抽采浓度。3) 封孔材料应具有适当的强度和硬度。封孔材料的强度和硬度太高, 会在煤体里留下一个数米的圆柱体, 回采期间割煤时可能因切割产生火花, 给回采工作面带来安全隐患。同时若封孔材料的强度和硬度过低, 则钻孔在地应力作用下将发生蠕变, 产生裂隙, 影响抽放效果。4) 封孔材料必须要防水, 防腐蚀, 有许多钻孔会经过含水层或岩层裂隙, 孔内水多, 水酸性大, 会腐蚀铁管及发泡剂的发泡效果。

3.2 合理选择封孔长度

巷道形成后, 在巷道周围由外向里依次形成卸压带、应力集中带和原始应力带 (简称“巷道三带”) 。若封孔深度太浅, 封孔长度未超过巷道应力集中带, 在负压作用下, 通过钻孔周围裂隙与外部巷道空间形成抽采回路, 致使空气经巷道裂隙进入钻孔内, 导致瓦斯抽放浓度降低, 瓦斯抽采时间缩短, 更甚者抽不到瓦斯。若封孔深度较深, 不仅会造成封孔材料的浪费, 而且会形成松动区边界至封孔段末端一带内煤体内的瓦斯抽不出, 从而形成抽采盲区, 为日后的生产留下安全隐患。若封孔深度超出巷帮应力集中峰值点的深度, 就会在峰值点区域形成一道应力屏障, 阻隔该区域两侧煤体内的瓦斯流动, 从而不利于瓦斯抽采和煤体卸压。因此, 合理封孔深度确定的原则就是要最大限度抽出煤体中赋存的瓦斯, 同时有利于瓦斯的抽采和煤体卸压。综上所述, 瓦斯抽采钻孔的合理封孔深度的范围必须超过巷道松动区范围, 但同时又要小于巷道煤壁应力峰值点的深度。

由于煤体应力的变化会造成煤体不同深度的钻屑量变化, 因此, 一般采用向巷帮打钻的方法, 通过测定煤体不同深度的煤屑量S, 来初步确定“巷道三带”的分布深度划分, 从而确定合理的钻孔封孔深度。

3.3 加强现场管理

要提高封孔工人的业务素质, 正规操作, 按照封孔工艺及封孔长度要求进行封孔, 封孔后要及时连接抽采, 同时要及时查明封孔漏气原因, 提出相应对策进行二次封堵提高钻孔抽采率。

参考文献

瓦斯治理二次封孔技术研究与应用 篇7

1 试验地点概况

首山一矿己16-17-11061胶带运输巷煤层结构单一, 赋存较为稳定, 大部分区域为合层区, 厚度一般在5.50~7.00 m, 平均厚6.30 m, 煤层倾角较为稳定, 一般在8°~13°。由终采线向里430 m范围内为煤层分层区, 区内己15煤层厚3.34 m, 己16-17煤层厚3.72 m。煤层原始瓦斯压力为1.38 MPa、原始瓦斯含量为10.46 m3/t。

2 原封孔工艺

目前, 中国平煤神马集团各矿普遍采用“聚氨酯封堵+水泥注浆”的封孔方法, 其基本原理如图1所示, 其主要区别为各封孔段的长度控制不同, 封孔参数见表1。

3 二次封孔工艺

二次封孔一体化工艺是在完成第1次封孔后随即实施第2次固体粉料封孔。

(1) 第1次封孔。 (1) 下护孔管。向瓦斯抽采孔内送入长80 m、32 mm的护孔筛管。 (2) 一次封孔。在封孔管封孔段内缠绕纱布 (毛巾) , 纱布 (毛巾) 缠绕长度为4~5 m, 向纱布 (毛巾) 浇盖聚氨酯封孔材料, 然后将封孔管一次性推入钻孔内。待20min后, 准备二次封孔。

(2) 第2次封孔。二次封孔区间划分如图2所示, 从管头至管尾依次为筛管段、缓冲段、封孔段、预留段和堵孔段, 各管段参数见表2。 (1) 送输料管。待封孔段密封完成后, 向孔内送入长2 m、20 mm的PPR管作为粉料输送管, 粉料输送管外露300mm。 (2) 堵孔。孔口用蘸有聚氨酯封孔材料的棉纱密封, 堵孔段长0.4 m。 (3) 喷粉料。待孔口密封段密封牢固后, 连接二次封孔设备, 调节粉料输送风压至0.2 MPa, 通过粉料输送管向预留段内输送微细膨胀粉料。待微细膨胀粉料充至预留段体积1/2后, 停止输送并关闭粉料输送管上的阀门, 防止空气进入预留段。 (4) 补吹。定期检测钻孔抽采浓度, 待钻孔浓度低于30%时, 再对钻孔进行补吹, 补吹至微细膨胀粉料充满预留段。

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4 二次封孔设备及材料

二次封孔系统主要由粉料机和高压气体输送管路组成 (图3) , 黑胶管一端连接井下固有的压风管路, 另一端通过快速接口连接到铁管, 铁管接总控制阀2然后接1个三通分2条支路, 上面支路连接1个弯管, 再接减压阀Ⅱ、控制阀Ⅱ, 然后接入气动马达, 下面支路依次接减压阀Ⅰ、控制阀Ⅰ, 粉料机底部, 钢丝软管, 粉料输送管。

连接完毕后, 将微细膨胀粉料加入粉料机中 (所加粉料体积量为粉料机容积的3/4~4/5) , 关闭机盖。打开总控制阀, 井下压风系统中的高压气体通过黑胶管1、铁管之后分为两路, 待减压阀Ⅰ调至0.2 MPa、减压阀Ⅱ调接气动马达至规定转速后, 先后打开控制阀Ⅰ、控制阀Ⅱ。上路高压气体进入气动马达带动粉料机下面的旋转阀运行使粉料均匀输出;下路高压气体经减压后, 与粉料均匀混合形成气固二相流, 通过钢丝软管、粉料输送管送入腔室, 进而进入漏风裂隙中。达到规定粉料输送时间后, 关闭控制阀Ⅱ、控制阀Ⅰ和粉料输送管上的阀门, 通过粉料机的泄压阀泄压后, 断开钢丝软管, 完成操作。

微细膨胀粉料由基料、增黏剂、助流剂、硬化剂和吸水剂组成, 其最佳配比为基料40%、增黏剂8%、助流剂2%、硬化剂45%、吸水剂5%。粒径分布为 (60~80目) ∶ (140~150目) ∶ (150~160目) ∶ (160~180目) ∶ (180~200目) =7∶7∶3∶2∶2, 粉料密度1 000 kg/m3。

5 原封孔工艺与二次封孔工艺效果对比

为了考察首山一矿二次封孔效果, 分别从钻孔衰减周期、钻孔平均浓度、钻孔平均瓦斯流量3方面对考察孔和对比孔进行了对比分析。其中考察孔为采用二次封孔技术在首山一矿己15-11061胶带运输巷所封的17个钻孔, 对比孔为采用原来的封孔工艺所封的10个钻孔。

5.1 钻孔衰减周期对比

钻孔衰减周期是指钻孔自封孔之日起, 至钻孔抽采浓度低于10%时所需要的时间, 一般认为钻孔衰减周期越长越有利于抽采更多的瓦斯。通过对10个对比孔瓦斯浓度参数统计 (表3) , 可以看出钻孔衰减周期一般在10~41 d, 平均21.9 d。

采用二次封孔技术后, 17个考察孔中有7个钻孔浓度在20%以上, 1个封孔失败, 9个钻孔浓度衰减到10%以下。根据衰减周期定义, 选取9个浓度衰减到10%以下的钻孔作为分析对象来分析钻孔衰减周期的变化情况, 统计结果见表4。

从表4中可以看出, 钻孔平均初始封孔浓度为89.39%, 与对比孔相比提高了1.28倍;钻孔最高平均浓度为89.67%, 与对比孔相比提高了0.40倍;钻孔衰减周期一般在50~95 d, 平均72.33 d, 与对比孔相比提高了50.43 d, 增幅达230.3%。由此可见, 二次封孔技术在延长钻孔衰减周期方面能够起到很好的作用。

5.2 钻孔平均浓度对比

在衰减周期内, 分别对10个对比孔和9个考察孔的钻孔平均浓度进行了对比分析, 钻孔平均浓度柱状如图4所示。

从图4可以看出, 在衰减周期内, 对比孔钻孔浓度在18.1%~28.3%, 平均22.75%;考察孔钻孔浓度在43.4%~67.6%, 平均55.84%, 钻孔平均浓度绝对量提高了33.09%, 增幅达145.5%。由此可见, 二次封孔技术在提高钻孔平均浓度方面能够起到很好的作用。

5.3 钻孔平均瓦斯流量对比

在衰减周期内, 分别对10个对比孔和9个考察孔的钻孔平均瓦斯流量进行了对比分析, 钻孔平均瓦斯流量柱状如图5所示。

从图5中可以看出, 对比孔钻孔瓦斯流量在10.8~17.3 L/min, 平均14.3 L/min, 考察孔钻孔瓦斯流量38.6~48.7 L/min, 平均43.4 L/min, 绝对量提高了29.1 L/min, 增幅达203.5%。由此可见, 采用二次封孔技术后大大提高了钻孔平均流量。

6 结论

分析了二次封孔技术工艺与传统封孔方式的差别, 详细介绍了二次封孔工艺、设备和材料。定义了钻孔衰减周期, 并在此基础上分析了采用二次封孔技术后, 钻孔衰减周期、平均浓度和平均瓦斯流量的变化情况。采用二次封孔技术后, 效果良好: (1) 钻孔平均初始封孔浓度达89.39%, 较对比孔提高了1.28倍;平均钻孔衰减周期达72.33 d, 较对比孔提高了50.43 d, 增幅达230.3%。 (2) 在衰减周期内, 考察孔平均浓度达55.84%, 较对比孔平均浓度绝对量提高了33.09%, 增幅达145.5%。 (3) 考察孔钻孔平均瓦斯流量为43.4 L/min, 较对比孔平均瓦斯流量绝对量提高了29.1 L/min, 增幅达203.5%。

综上所述, 二次封孔技术不仅有利于延长钻孔衰减周期, 提升钻孔平均浓度, 而且有利于提高钻孔平均瓦斯流量, 对于实现瓦斯高效抽采具有十分重要的现实意义。

摘要：分析了二次封孔技术工艺与传统封孔方式的差别, 详细介绍了二次封孔工艺、设备和材料, 定义了钻孔衰减周期, 并在此基础上分析了采用二次封孔技术后, 钻孔衰减周期、平均浓度和平均瓦斯流量的变化情况。研究表明, 二次封孔技术不仅有利于延长钻孔衰减周期, 提升钻孔平均浓度, 而且有利于提高钻孔平均瓦斯流量。

关键词：二次封孔,衰减周期,平均浓度,平均瓦斯流量

参考文献

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2001.

[2]王兆丰, 刘军.我国煤矿瓦斯抽放存在的问题及对策探讨[J].煤矿安全, 2011, 42 (6) :4-6.

[3]赵正均, 郭胜均.KFB矿用水泥稠浆封孔泵的研制[J].矿业安全与环保, 1999 (2) :19-20.

[4]杨晓红.煤层抽采钻孔瓦斯衰减分析与抽采钻孔封孔工艺改进[J].矿业安全与环保, 2009, 36 (S1) :105-106.

[5]周福宝, 夏同强, 刘应科, 等.二次封孔粉料颗粒输运特性的气固耦合模型研究[J].煤炭学报, 2011 (6) :953-958.

[6]徐玉胜, 张仁贵, 彭担任.裂隙发育煤层瓦斯抽放钻孔新封孔技术[J].煤矿安全, 2009 (2) :25-27.

[7]肖福坤, 段立群, 葛志会.采煤工作面底板破裂规律及瓦斯抽放应用[J].煤炭学报, 2010 (3) :417-419.

[8]汪有刚, 李宏艳, 齐庆新, 等.采动煤层渗透率演化与卸压瓦斯抽放技术[J].煤炭学报, 2010 (3) :406-410.

[9]王永安, 赵耀江.瓦斯抽放钻孔封孔方法的改进[J].山西煤炭, 2006 (3) :24-25.

二次封孔套管测压技术研究及应用 篇8

煤层瓦斯压力是煤层瓦斯参数的重要指标之一, 也是判断煤层是否具有煤与瓦斯突出危险性的重要参数, 其大小直接决定着相关瓦斯防治措施的制订和实施。在日常工作中, 准确测定煤层瓦斯压力具有重要的意义[1]。在煤层瓦斯压力测定过程中, 通常会出现因钻孔周围煤岩体裂隙过多、封孔材料不密实而导致的漏气。因此, 采取一种完善的技术措施处理漏气就显得至关重要。

1 封孔方法选择

在实践应用中, 有黄泥 (黏土) 法、水泥砂浆封孔法、胶圈封孔器法、胶圈—压力黏液封孔法、胶囊—压力黏液封孔法等几种方法[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15], 其主要优缺点见表1[11]。针对上述测压封孔方法的缺点, 提出了二次封孔套管测压技术, 不同于普通水泥砂浆封孔法, 采用2次封孔并带压注浆, 可有效封堵钻孔周围裂隙, 解决漏气问题。利用一节套管, 在套管内安装测压管, 再次提高测压气室密封效果, 同时不易形成孔内积水, 还可避免胶囊、胶圈类封孔方法对主要配件的大量损耗。

2 二次封孔套管测压技术

2.1 基本工作原理

二次封孔套管测压技术首先施工113 mm钻孔, 钻孔施工至煤层底板距煤层0.5 m处, 退出钻杆后带压注浆封孔, 让水泥浆封堵住钻孔周围的裂隙, 加固穿层钻孔岩石段, 同时能有效封堵地层裂隙中的水, 避免承压水对瓦斯压力的影响;待水泥浆凝固48 h后, 用φ94 mm钻头沿原孔中心钻进至煤层顶板0.5 m, 然后下φ51 mm套管注浆封闭住套管与钻孔壁之间的空隙, 在套管内下测压管和注浆管, 再次注浆封堵。利用水泥良好的渗透性和一定的带压封孔, 能使水泥浆更好地渗入到钻孔周围的缝隙中, 将钻孔周围的各种裂隙进行密封和加固, 防止钻孔塌孔造成失效;同时再次开孔后下套管加压注浆封孔, 能有效地将前一次注浆封孔后因水泥浆收缩形成的微小裂隙进行第二次封堵, 形成良好的测压围岩条件。在套管内注浆封孔, 相当于又一次制造形成封闭的煤岩体, 能确保封孔段密封效果, 制造优良的测压气室环境, 大幅降低漏气概率。二次封孔套管测压技术原理如图1所示。

2.2 测压封孔工艺

(1) 上向钻孔, 用φ113 mm钻头施工至距煤层0.5 m处, 对钻孔预注浆 (下2根φ25.4 mm的PVC管, 1根注浆管、1根返浆管;注浆管下2 m、返浆管下至孔底) , 以封堵岩层裂隙 (按水灰比0.9∶1配比水泥浆, 先注稀浆后注稠浆, 注浆终压达4 MPa即可) 。

(2) 注浆孔水泥浆凝固48 h后, 用φ94 mm钻头沿原孔中心钻进穿透煤层至顶板0.5 m, 下φ51mm的PVC管至见煤点, 最前端2根φ51 mm的PVC管制成花管, 在φ51 mm的PVC管与φ94 mm钻孔之间下2根长2 m、φ13 mm的注浆管, 并注浆至φ51 mm的PVC管内返浆为止。

(3) 向φ51 mm的PVC管内全程下φ13 mm管至孔底, φ13 mm花管与实管之间安装三通, 连接测压软管;三通下方安设球阀, 球阀后面一根φ13 mm管接头安设三通, 以便返浆;再下2根长2 m、φ13mm的注浆管, 注浆管和返浆管外端安设球阀, 孔口3 m段用聚氨酯和棉纱进行封堵, φ13 mm注浆管必须固定牢固。从注浆管向孔内注浆至返浆管返浆为止。预注浆水泥浆按水灰比不超过0.9∶1配比。

(4) 起钻过程必须使用压风扫孔, 确保孔内通畅。

(5) 注浆封孔结束, 凝固24 h后进行压力表装置的安装, 并确保不漏气。

(6) 压力测定现场, 测压装置必须悬挂警示牌或设置保护栅栏, 定期巡查。安排专人负责瓦斯压力测定观察记录, 并建立台账。瓦斯压力曲线趋向稳定、压力值变化在3 d内小于0.015 MPa时, 测压结束。

(7) 在结束测压工作、撤卸表头时, 要先通过卸压三通将瓦斯压力卸掉后, 待压力表示数为零后方可安全拆卸。

2.3 技术的先进性

二次封孔套管测压技术不同于普通的一次性水泥砂浆封孔法、文献[14]多次重复封孔技术和文献[15]二次封孔技术, 它比普通一次性水泥砂浆封孔技术更能封堵钻孔周围裂隙, 大幅提高岩石破碎地区封孔成功率。在不降低封孔效果的情况下, 又比重复封孔法减少了一次封孔注浆工艺, 降低了水泥等封孔材料的消耗, 缩短了成孔时间。同时二次封孔套管测压技术区别于二次封孔技术中所采用的在第一次钻孔封孔的基础上, 利用井下压风系统的压缩空气, 通过粉料输送机将微细膨胀粉料吹入到穿层钻孔周围的各个外围控制孔里, 微细膨胀粉由于受到压风系统的正压和瓦斯抽采系统的负压的共同作用, 进入到穿层钻孔周围的裂隙中, 从而堵塞漏风通道。二次封孔套管测压技术采用湿料, 在4 MPa压力下, 水溶态水泥能够封堵住细微裂隙, 第2次封孔时水泥砂浆能密封住第1次封孔后因水泥收缩产生的裂隙, 优于压风系统的封堵方式。总的来说, 二次封孔套管测压技术对岩石破碎地区测压钻孔封堵效果好, 在实现目的的同时减少材料和时间消耗。

3 应用分析

3.1 测压地点概况

选择在某矿西一13-1轨道大巷联巷一、西一13-1轨道大巷、西一采区行人通道与西部13-1回风联巷进行应用。3条巷道所围绕区域较小, 煤层基本稳定, 无大断层, 地质连续性较好, 试验煤层为13-1煤层, 煤层厚度平均3.60 m, 13-1煤层为突出危险煤层。可采煤层顶底板一般以泥岩、砂质泥岩为主, 厚度小, 岩性较为致密坚硬, 强度较高, 不易坍落。顶底板工程力学性质均属不稳定—稳定类型。矿床工程地质条件为中等类型。

3.2 钻孔参数

采用穿层钻孔测定煤层瓦斯压力, 布置3组对比钻孔, 1、2、3号钻孔为常规一次性注入水泥砂浆技术封孔, 1'、2'、3'号钻孔为二次封孔套管测压技术封孔, 钻孔参数见表2。

3.3 测压结果

封孔后每天安装专人记录测压钻孔压力表读数, 在压力表读数稳定并满足测压规范要求后, 开始卸下压力表, 同时观察测压管内有无积水并记录积水量。6个钻孔中, 1、2号钻孔在卸下压力表后均有少量水流出, 收集测量后对压力数据进行修正, 最终压力结果为:1号钻孔煤层瓦斯压力为0.4 MPa, 1'号钻孔煤层瓦斯压力为0.5 MPa, 2号钻孔煤层瓦斯压力为0.3 MPa, 2'号钻孔煤层瓦斯压力为1.25MPa, 3号钻孔煤层瓦斯压力为0.15 MPa, 3'号钻孔煤层瓦斯压力为0.3 MPa。根据压力结果绘制压力曲线如图2—图4所示。从结果可以看出, 在同一位置, 二次封孔套管测压技术封孔钻孔所测定瓦斯压力明显大于常规一次性注入水泥砂浆封孔钻孔, 也就是说钻孔密封性更好, 所测数据真实性更高。

4 结论

介绍了二次封孔套管测压技术封孔原理及施工工艺, 通过现场对比应用, 得出以下结论。

(1) 在岩石完整性较差无法应用文献[9]所述胶囊封孔时, 二次封孔套管测压技术能够有效地封堵试验矿井钻孔周围裂隙, 提高煤层瓦斯压力测定准确性。

(2) 二次封孔套管测压技术比文献[14]提出的多次重复封孔法工作量减少了一次封孔, 降低了材料消耗。

(3) 通过现场考察, 该测压技术优于常规一次性水泥砂浆封孔技术, 虽然比常规水泥砂浆封孔技术耗时长、消耗材料多, 但是封孔效果好, 在裂隙较多区域有较强的适应性。

摘要：煤层瓦斯压力是煤层瓦斯参数的重要指标, 其大小直接决定着相关瓦斯防治措施的制订和实施。为解决封孔漏气问题, 综合各种封孔测压技术, 提出了二次封孔套管测压技术, 该技术采用一次钻孔到煤层底板后全段带压注浆封孔, 然后原地开孔穿透煤层至顶板, 再下套管注浆封孔, 在套管内安装测压管, 可有效封堵钻孔周围裂隙, 提高测压气室密封效果。现场应用表明, 与水泥砂浆封孔对比, 二次封孔套管测压技术在相同的地质单元施工参数相同的钻孔所测煤层瓦斯压力值更高, 说明该技术更好, 测压准确率高。

封孔技术 篇9

九里山矿位于焦作矿区东部, 太行山南麓, 西距市区18 km。井田西起11勘探线与演马庄矿相邻, 东以北碑村断层为界与古汉山井田相连, 北起煤层隐伏露头, 南抵西仓上断层, 井田走向长4.2~5.3km, 倾斜宽3.0~4.2 km, 井田面积17.5 km2。

九里山矿始建于1970年7月, 1983年4月30日简易投产, 设计生产能力90万t/a, 核定矿井生产能力100万t/a。2010年底剩余可采储量6 452万t, 矿井服务年限为41 a。矿井为立井两水平上下山开拓方式, 一水平大巷标高为-225 m, 二水平大巷标高为-450 m。一水平共有轨道运输大巷、胶带运输大巷、流水大巷3条巷道, 全部布置在煤层顶板中, 与煤层法线距离为10~15 m。二水平大巷有2条巷道, 其中1条为轨道运输大巷, 1条为胶带运输大巷。

矿井经过多年开采, 一水平上山采区基本采完, 仅剩下西翼的14、12采区, 下山采区划分15、16采区, 目前矿井安排14、15、16共计3个生产采区, 维持矿井正常生产接替。矿井主要采煤方法为走向长壁倾斜分层开采, 全部垮落法控制顶板。现有3个采煤工作面, 包括1个综采工作面和2个炮采工作面。

矿井可采煤层为二叠系山西组二1煤, 煤层赋存较稳定, 结构简单, 厚度0.92~8.13 m, 平均厚度5.15 m, 倾角9°~18°。煤层无自燃倾向和煤尘爆炸危险。

矿井水文地质条件极复杂, 与矿井充水有直接关系的含水层自上而下分别是:第四系砾石含水层、二叠系砂岩含水层、石炭系太原组石灰岩含水层、奥陶系灰岩含水层, 含水层水位高, 隔水层薄, 自1982年以来, 共发生突水56次。矿井涌水量最大时高达104 m3/min, 在实施注浆堵水以前, 平均涌水量高达80 m3/min。目前, 矿井正常涌水量45 m3/min, 最大涌水量105 m3/min。

2 钻孔封孔现状及存在的问题

九里山矿巷道抽采钻孔现主要采用聚氨酯+高水充填甲、乙料两堵一注带压封孔工艺, 经调查分析, 该工艺所封钻孔存在抽采效果差、封孔工艺复杂、需二次封孔、钻孔有效率低等问题。

考虑产生这些问题的原因主要有2个: (1) 两端聚氨酯形成的封堵强度低, 后期注入水泥时难以产生足够的注浆压力, 水泥难以挤入煤壁裂隙进行封堵, 封孔质量难以保证;若顶端聚氨酯密封不好, 注浆时很容易漏浆造成封孔管堵塞, 整个钻孔报废, 可靠性较差; (2) 高水充填甲、乙料需求量较大, 工人劳动强度大。且充填材料凝固之后往往具有一定的收缩性, 从而容易与钻孔壁形成漏气通道。

3 中心分流囊袋式注浆封孔机理及其优点

由河南能源化工集团研究院有限公司与河南理工大学共同研发的中心分流囊袋式注浆封孔技术[1], 一方面能使钻孔周围的裂隙得到充填, 消除开孔时形成的漏气通道 (裂隙) , 即消除初期漏气通道;另一方面能使钻孔得到可靠支护, 保证钻孔稳定, 使钻孔周围不再产生新的漏气通道 (裂隙) , 避免后期漏气通道的产生和发展。

3.1 封孔机理

高压囊袋式注浆封孔第1次出浆如图1所示。图1中箭头代表浆液由注浆头出浆, 经过囊袋出浆通道进入囊袋, 理论上囊袋膨胀直径可达240 mm, 可充分接触煤壁, 阻断漏气通道, 同时又支护钻孔。

图2中箭头为第2次出浆通道, 当第1次注浆压力达到0.98 MPa时, 钻孔出浆阀 (单向阀) 自动打开, 浆液由单向阀注入钻孔煤壁之间, 由于两端囊袋封堵, 浆液在2个囊袋之间直接和煤壁理论上接触, 保证了钻孔严密封堵。这段注浆压力可以达到1.96 MPa。

3.2 优点

(1) 实现钻孔壁注浆, 封堵初期漏气裂隙。先向囊袋注浆, 囊袋膨胀后即可封堵封孔段钻孔, 囊袋内的浆液再注入钻孔壁, 通过注浆囊袋实现封孔段钻孔注浆, 解决多年来未解决的任意角度注浆封孔的难题。浆液在注浆压力作用下封闭钻孔周围的裂隙, 起到封堵初期漏气通道的作用。

(2) 主动支护钻孔, 使封孔段钻孔周围形成高应力区。注浆材料不采用发泡材料而采用膨胀材料, 材料初凝后发生体积膨胀, 膨胀力可接近地应力, 使封孔段钻孔周围形成高应力区。膨胀力的作用: (1) 膨胀力继续压密未曾充填的裂隙, 进一步减少漏气通道; (2) 膨胀力可降低封孔段煤体的透气性 (应力越高煤体的透气性越差) 。

(3) 有效提升抽采浓度。囊袋式注浆封孔法既能使得钻孔周围的裂隙得到很好的充填, 消除开孔时的漏气通道[2], 又能使钻孔被可靠支护, 保证钻孔的稳定, 使得周围不产生新的漏气通道, 有效提升瓦斯抽采浓度。

4 中心分流囊袋式注浆封孔技术应用试验

4.1 试验地点概况

试验封孔地点在九里山矿15051和14141运输巷, 其基本情况如下。

(1) 14141工作面基本情况。煤层为二1煤, 一水平一四采区, 工作面标高为-191.2~-239.5 m, 地面标高+92.5 m, 地面位置为亮马老村东。工作面上部与14121工作面 (已采) 相邻, 下部与马坊泉支断层防水煤柱线相邻, 西临井田边界保安煤柱线, 东临14轨道保安煤柱。走向长521~535 m, 平均528 m;倾向长57~115 m, 平均95.7 m, 面积55 855m2。

(2) 煤层情况。煤 (矿) 层总厚4.2~9.0 m, 平均厚6.6 m, 煤 (矿) 层结构简单, 煤 (矿) 层倾角12°~13°, 平均12.5°。工作面煤层稳定, 结构简单, 煤质较松软, 根据14121工作面运输巷煤厚资料及钻孔资料, 煤层顶底板情况见表1。

15051运输巷掘进过程中相继在通尺170 m处揭露走向N74°E、H=1.5 m、∠68°的F15-14断层, 在通尺476 m处揭露走向N75°E、H=1.2 m、∠65°的F15-10-1断层, 在通尺650 m处揭露走向N123°E、H=0.3 m、∠65°的F15-16断层。在工作面掘进、回采至该3条断层附近时应制订专项措施。尤其是F15-10断层落差较大且在工作面内很可能会出现分叉现象, 又由于受方庄断层牵引影响在工作面东部形成宽缓的向斜构造, 该工作面在运输巷通尺650 m处出现煤层下沉现象。

4.2 试验情况及效果分析

2011年10月5日开始在九里山矿开展封孔试验, 封孔位置分别在14141工作面运输巷上、下帮以及15051工作面运输巷上、下帮。随即开展浓度测试记录工作。其中, 2011年10月11—21日, 14141运输巷上帮封、联孔26个;2011年12月22日—2012年1月1日, 14141运输巷下帮封、联孔30个;2012年1月10日—4月1日, 15051运输巷共封、联孔282个。14141工作面运输巷上帮由于中间巷的开掘, 所封26个钻孔全部废弃。

由于15051下帮和14141运输巷上下帮积水严重, 导致两种封孔方式后期浓度均在90%左右, 因此对15051运输巷上帮聚氨酯封孔和囊袋式注浆封孔2种封孔方法所得数据进行对比 (图3) 。

分析可知: (1) 抽采1个月, 聚氨酯封孔瓦斯抽采平均浓度为30.8%, 囊袋式注浆封孔瓦斯抽采平均浓度为44.6%, 提高了44.8%; (2) 抽采2个月, 聚氨酯封孔瓦斯抽采平均浓度为30.8%, 囊袋式注浆封孔瓦斯抽采平均浓度为50.5%, 提高了63.9%; (3) 抽采3个月, 聚氨酯封孔瓦斯抽采平均浓度为19.7%, 囊袋式注浆封孔瓦斯抽采平均浓度为44.0%, 提高了123.4%。

5 结论

(1) 在焦煤九里山矿15051运输巷下帮抽采3个月后, 聚氨酯封孔瓦斯抽采平均浓度为19.7%, 囊袋式注浆封孔瓦斯抽采平均浓度为44.0%, 提高了123.4%。

(2) 通过对比钻孔的浓度测试数据可以看出, 在长时间的对比测试中, 囊袋式注浆封孔法抽采浓度高, 浓度衰减慢, 具有明显优势。

(3) 囊袋式注浆封孔法封孔质量优于聚氨酯封孔法的主要原因是:初期封孔时, 囊袋式封孔方法注浆压力达到1.5 MPa, 水泥浆液在注浆压力作用下可以有效充填钻孔周围煤壁裂隙及漏气通道, 而聚氨酯的充填性能较差;后期注浆材料凝固后有较强的支护强度, 对钻孔起到了支撑作用, 避免钻孔收缩变形产生漏气通道, 从而实现了高浓度抽采, 而聚氨酯由于强度较低随钻孔塌陷收缩变形不能起到良好的支护作用, 产生较大漏气通道, 因此浓度较低。

摘要：瓦斯抽采钻孔的封孔质量问题是影响煤层瓦斯高效抽采的主要因素。为提高钻孔封孔质量, 河南能源化工集团研究院与河南理工大学研发了中心分流囊袋式注浆封孔技术, 并在九里山矿进行了现场应用。结果表明, 该封孔技术可有效充填钻孔周围煤壁裂隙, 充填漏气通道, 注浆材料凝固后有较强的支护强度, 对钻孔起到了支撑作用, 避免钻孔收缩变形产生漏气通道, 从而实现了高浓度抽采, 抽采3个月后, 囊袋式注浆封孔平均浓度为44.0%, 较原有封孔技术提高了123.4%。

关键词：瓦斯抽采,中心分流,注浆封孔,高压囊袋式

参考文献

[1]孙玉宁, 张波, 陈君龙.囊袋式注浆封孔单向阀剪切销的实验分析[J].煤矿机械, 2010 (3) :62-64.

单孔探放水快速封孔新技术的应用 篇10

-740 m主运横贯位于权台煤矿北翼采区, 采用岩巷掘进, 周边为老空区, 且其上方为3118工作面采空区, 故受水害威胁较大。通过研究分析, 决定采取超前探放水, 保障安全生产。

2 钻孔工艺与封孔技术

本次老空水的探放工作采用100型钻机, 用φ89 mm钻头打入2 m, 下入2 m的套管, 套管上用海带、棉纱缠绕在管壁外侧, 后用桶把约40 kg的水泥与水调和成一定比例的水泥浆, 分次注入套管内, 直致套管内以及岩石裂隙内都被水泥浆填满, 待48 h水泥凝固、封孔完成后, 用φ60 mm钻头直接打入老塘, 倾角26°。

正常下入套管后用水泥封孔, 而水泥凝固的时间为1 d, 用时较长同时对套管以及螺丝头有较大的损坏。为了尽快放出老空水, 保障生产接续, 通过分析决定利用树脂药卷和水泥快速凝固剂进行封孔。树脂药卷起到固定套管作用, 防止水头压力把套管冲出钻孔, 水泥快速凝固剂起到封闭孔壁的作用, 把套管与钻孔之间的缝隙充填, 充填完毕后开动钻机用套管进行搅拌。该方法既节省了时间, 又节约材料, 起到了增加经济效益的效果。

3 施工技术

3.1 安全技术方面

(1) 快速封孔技术是巷道掘进停头后, 对水害威胁区域进行探放, 不影响巷道掘进的安全施工, 且能改善劳动条件, 提高劳动生产率。

(2) 快速封孔技术不仅可以有效地降低水位 (压) , 疏干老塘内的积水并确保套管牢固可靠, 而且能够缩短施工时间。

(3) 快速封孔技术进行封孔可以正常安装瓦笼, 很好的控制出水量, 防止高压水伤人, 防止探出的老空水失控, 确保掘进巷道的完好。

3.2 设计施工方面

(1) 单孔快速封孔技术的钻孔设计布置原则, 应根据掘进巷道上方老空区位置进行布孔, 同时要本着快速性和有效性的原则, 如图1所示。

(2) 快速封孔技术要求棉纱、海带、树脂药卷和水泥快速凝固剂的分布要十分合理, 树脂药卷搅拌凝固时间为8～10 s, 水泥快速凝固剂凝固的时间为1～2 min, 它们可以在很短的时间确保套管与钻孔壁能够相互黏固, 确保封孔效果, 如图2所示。

(3) 快速封孔技术的材料简单, 基层工区即可找到, 而且减少了水泥封孔带来的运输和搅拌喷射的烦琐操作步骤。

4 应用效果

单孔快速封孔技术的应用, 不仅能保证老空水的顺利探放, 而且确保涌水量的可控, 给工区建立完善排水系统留出充裕的时间, 有效防止了上山式打钻压力过大套管失效, 避免灾害事故, 改善劳动条件, 提高劳动生产率, 同时可以更有效地降低水位, 疏干老硐内积水。