文/張利連現(xiàn)忠

瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝研究及應(yīng)用

文/張利連現(xiàn)忠

瓦斯抽采是礦井瓦斯治理的主要手段，但是，在瓦斯抽采過程中，往往出現(xiàn)瓦斯抽采濃度低，抽采效果差，預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)等問題。瓦斯抽采效果受到多種因素的影響，其中抽采鉆孔的封孔工藝和封孔質(zhì)量是關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)外瓦斯抽采鉆孔封孔技術(shù)主要有黃泥封孔、聚氨酯封孔、樹脂錨固劑封孔、膠囊封孔器封孔、注漿封孔等。這些封孔技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了較好的效果，但也存在一些問題。如黃泥漿封孔的作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大；聚氨酯封孔因操作可靠性低會(huì)導(dǎo)致封孔失敗等。

為了提高礦井瓦斯抽采效果，煤礦工程技術(shù)人員經(jīng)過大量的分析研究，改進(jìn)了封孔工藝，提出了全程下套管、“一堵一注”瓦斯抽采鉆孔封孔工藝。本文闡述了“一堵一注”封孔原理及工藝流程，并以邯礦集團(tuán)陶二煤礦2217下底板巖巷現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為例，比較了使用該封孔工藝前后的瓦斯抽采效果。

一、“一堵一注”封孔原理

改進(jìn)封孔工藝前，瓦斯抽采鉆孔孔口抽采負(fù)壓和抽采濃度下降很快。究其原因，可能是抽放管路某個(gè)環(huán)節(jié)漏氣造成。但是，管路及鉆孔連接頭漏氣多次封堵后，抽采效果仍不佳。通過對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)分析，煤巖體受掘進(jìn)影響產(chǎn)生的裂隙被忽略。

巷道形成后，煤巖體的原始應(yīng)力狀態(tài)受到破壞，巷道兩側(cè)形成應(yīng)力集中區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)煤巖體受破壞較為嚴(yán)重，形成不同程度的裂隙。再在煤體內(nèi)施工直徑75mm以上鉆孔，加劇了煤體破壞，裂隙貫穿巷幫和鉆孔，在抽采負(fù)壓作用下，空氣由巷幫通過裂隙進(jìn)入鉆孔。

在底板巖巷施工穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯時(shí)，鉆孔均為上斜鉆孔，其封孔原理為：在鉆孔施工完畢后，采用全程下套管（20m以里為花管），然后利用聚氨酯加白布帶在孔口封一段約1m長(zhǎng)封堵段，同時(shí)在該1m段下入1根2m長(zhǎng)4分鋼管用于注水泥漿。待聚氨酯凝固后，將水泥漿通過4分鋼管注入孔內(nèi)，至水泥漿從里段帶眼雙抗管返出為止。由于封孔段達(dá)到20m，利用水泥漿的重力作用滲入鉆孔周圍裂隙，使鉆孔與周圍的裂隙隔離開，進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)達(dá)到鉆孔不漏氣的目的，從而提高抽采效果。

二、“一堵一注”封孔工藝流程

圖1 上斜鉆孔封孔工藝示意圖

1.封孔材料和設(shè)備

2寸雙抗管、2寸花管、4分鋼管、聚氨酯、水泥、注漿泵、白布袋。

2.封孔工藝流程

封孔工藝。鉆孔采用全程下管進(jìn)行抽放，對(duì)于見煤深度大于20m的鉆孔，其封孔深度為20m，里面為花管，對(duì)于見煤深度小于20m的鉆孔，其封孔深度為巖孔段，煤孔段為花管。孔口用聚氨酯加白布袋封堵，長(zhǎng)度為1m。同時(shí)下一根2m長(zhǎng)的4分管用于注漿，如圖1所示。

鉆孔封孔步驟。（1）封孔前需檢查鉆孔內(nèi)是否有煤粉等堵塞鉆孔，若發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象必須處理完畢后方可進(jìn)行下一步操作。（2）鉆孔封孔要求全程下管，鉆孔施工完畢后根據(jù)鉆孔見煤深度確定封孔長(zhǎng)度，對(duì)于見煤深度大于20m的鉆孔，其封孔深度為20m，里面為花管，對(duì)于見煤深度小于20m的鉆孔，其封孔深度為巖孔段，煤孔段為花管。里面一段封孔管為花管，端口用木塞將管口堵死以防煤塊進(jìn)入抽放系統(tǒng)，影響抽放效果。（3）在孔口用聚氨酯封1m，并下一根4分管用于注水泥漿。水泥漿比例為水灰比為0.7∶1（質(zhì)量比）。（4）將注漿泵與注漿管相連接。通過注漿管將水泥漿注入到鉆孔內(nèi)，直到孔口返漿為止。

三、應(yīng)用實(shí)例

1.試驗(yàn)礦井概況及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

陶二煤礦為高瓦斯突出礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力125萬t/a，主采1#煤層和2#煤層，地質(zhì)條件復(fù)雜。礦井開拓深度內(nèi)2號(hào)煤層最大瓦斯含量13.102m3/t、最大瓦斯壓力1.51MPa，煤層透氣性系統(tǒng)為0.158 m2/(MPa2·d)。

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在2217下底板巖巷第一抽采鉆場(chǎng)內(nèi)，巷道在2#煤層底板距煤層法距約17米砂巖中掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。頂板巖性多為中、細(xì)粒砂巖，局部為泥巖和粉砂巖，底板巖性多為粉砂巖和泥巖。

2013年8月份在2217下底板瓦斯抽放巷鉆場(chǎng)內(nèi)施工了12個(gè)穿層鉆孔抽放2#煤層瓦斯。采用全程下管、“一堵一注”封深孔的鉆孔封孔工藝，取得了較好的效果。

2.應(yīng)用效果分析

在改進(jìn)封孔工藝前，礦井采用聚氨酯封孔，封孔段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為8m，但是在實(shí)際封孔過程中，由于塌孔等原因，很難達(dá)到要求。鉆孔封孔完畢接入抽采系統(tǒng)后，瓦斯抽采濃度和抽采負(fù)壓都比較低。2217下巷預(yù)抽鉆孔采用原有的封孔工藝，最大瓦斯抽采濃度不到15%，瓦斯抽采負(fù)壓迅速衰減，在鉆孔接入抽放系統(tǒng)后不到20天的時(shí)間內(nèi)瓦斯抽采負(fù)壓降低到13kPa以下。說明瓦斯抽采效果差，要想達(dá)到瓦斯抽采達(dá)標(biāo)需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

在2217下底板巖巷采用全程下套管、“一堵一注”封深孔的封孔工藝后，大大提高了瓦斯抽采效果，圖2和圖3分別為試驗(yàn)鉆場(chǎng)1#和8#鉆孔采用新封孔工藝后的瓦斯抽采濃度和抽采負(fù)壓變化曲線圖。

從圖2可以看出，從2013年9月至2014年3月7個(gè)月的時(shí)間里瓦斯抽采濃度一直保持在50%以上，最大值達(dá)到95%以上?？梢?，采用封孔新工藝后，可以保持較長(zhǎng)時(shí)間的抽采效果。從圖3可以看出，采用封孔新工藝后，瓦斯抽采負(fù)壓一直保持在15kPa以上，最大抽采負(fù)壓達(dá)到30kPa以上，滿足了抽采需要。

由上述分析可知，采用新的封孔工藝后，瓦斯抽采濃度由原來的15%以下提高到了50%～95%以上，瓦斯抽采濃度提高了3.3～6.3倍。瓦斯抽采負(fù)壓由原來很快衰減至規(guī)定的抽采負(fù)壓13kPa以下，提高到了15kPa以上，且保持時(shí)間較長(zhǎng)。

圖2 瓦斯抽采濃度變化曲線

圖3 瓦斯抽采負(fù)壓變化曲線

四、結(jié)語

瓦斯抽采效果的好壞直接關(guān)系到礦井瓦斯抽采達(dá)標(biāo)速度。在諸多影響瓦斯抽采效果的因素中，瓦斯抽采鉆孔的封孔質(zhì)量是最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。全程下套管、“一堵一注”封深孔的瓦斯抽采鉆孔封孔工藝，由于封孔段達(dá)到20m，利用水泥漿的重力作用滲入鉆孔周圍裂隙，使鉆孔與周圍的裂隙隔離開，進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)達(dá)到鉆孔不漏氣的目的。陶二煤礦2217下底板巖巷上斜抽采鉆孔采用該封孔工藝后，提高了礦井瓦斯抽采效率，滿足了礦井瓦斯抽采需要，效果十分顯著。

（作者單位：冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)）

（責(zé)任編輯：龐永厚）