孫振敏

(大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

瓦斯災(zāi)害是煤礦開采“五大災(zāi)害”之一，采掘過程可引發(fā)瓦斯窒息、瓦斯爆炸、瓦斯燃燒、煤與瓦斯突出等事故。由于我國(guó)煤層透氣性差、煤層地質(zhì)條件多變，封孔效果達(dá)不到預(yù)期要求;鉆孔漏氣，瓦斯抽采濃度偏低，達(dá)不到可以利用濃度，不得不將低濃度瓦斯排放到大氣之中，不僅造成瓦斯資源的巨大浪費(fèi)，而且造成大氣污染。

瓦斯抽采是煤礦瓦斯治理的主要途徑，其關(guān)鍵在于抽采鉆孔的封孔效果。我國(guó)大多數(shù)礦井的瓦斯鉆孔使用聚氨酯封孔技術(shù)，該方法操作簡(jiǎn)單，但在煤層鉆孔中漏氣嚴(yán)重，瓦斯抽采濃度低，由于沒有更好的解決辦法，所以國(guó)內(nèi)煤礦仍然普遍采用。為此，平煤十二礦引入了囊袋式注漿封孔法進(jìn)行瓦斯封孔，以提高抽采瓦斯鉆孔的封孔效果。

1 平煤十二礦抽采鉆孔封孔存在的問題

平頂山煤業(yè)集團(tuán)十二礦抽采鉆孔的封孔存在兩個(gè)問題:①井下煤層透氣性較差，瓦斯抽采濃度僅7%左右，與燃料級(jí)瓦斯?jié)舛认嗖詈艽?②在本煤層瓦斯抽采中，抽采濃度衰減較快，3個(gè)月后的抽采濃度為10%左右，個(gè)別鉆孔僅有5%左右。因此，迫切需要提高瓦斯抽采濃度，給煤礦安全生產(chǎn)和瓦斯利用創(chuàng)造條件。

2 囊袋式注漿封孔法

2.1 囊袋式注漿封孔法特點(diǎn)

①能夠主動(dòng)支護(hù)瓦斯鉆孔，不出現(xiàn)塌孔，能有效阻止后期裂隙的產(chǎn)生和發(fā)展;②可以充填有瓦斯鉆孔開孔時(shí)形成的裂隙(漏氣通道)，消除初期裂隙(漏氣通道)，如圖1所示。

2.2 封孔原理

圖1 封孔器材

通過注漿給鉆孔壁加固，消除初期裂隙(漏氣通道)。將封孔器材插入合理的封孔深度，通過注漿使器材兩端的囊袋打開堵住鉆孔，漿體通過囊袋再向鉆孔壁注漿，通過單向閥向鉆孔的封孔段注漿，全方位注漿封孔。注漿加固了鉆孔壁，減小了漏氣圈截面，煤體透氣性降低。鉆孔周圍的裂隙受到注漿壓力的作用被充填，同時(shí)封堵初期裂隙，見圖2［1］。

圖2 主動(dòng)支護(hù)式封孔機(jī)理示意

囊?guī)阶{封孔法使用膨脹材料進(jìn)行注漿，膨脹材料凝固產(chǎn)生膨脹力，構(gòu)成了封孔的主動(dòng)支護(hù)力。采用膨脹材料有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):①未曾充填的裂隙在膨脹力作用下壓密;②煤體透氣性差說明煤體應(yīng)力高，膨脹力能夠有效的減小煤體的透氣性(封孔階段)。采用膨脹材料注漿，注漿材料初凝后發(fā)生體積膨脹，膨脹力可接近地應(yīng)力，使封孔段鉆孔周圍形成高應(yīng)力區(qū)［2］。

通過高壓注漿能夠有效消除鉆孔裂隙，封孔階段的煤體強(qiáng)度得到加強(qiáng)。

2.3 封孔步驟

①先向封孔器材兩端的囊袋注漿，囊袋鼓起后封孔器材中的單向閥打開，再向鉆孔進(jìn)行二次注漿;②將注漿頭先插入封孔管中，然后再將封孔器材插入鉆孔，這樣可以防止注漿頭插入過淺或過深，并能有效的使?jié){液注入囊袋;③開瓦斯鉆孔時(shí)，鉆孔周圍產(chǎn)生了很多細(xì)小裂隙，通過囊袋鼓起后的支撐力和注漿壓力能夠有效消除裂隙;④拔出注漿管，并清洗注漿裝置(攪拌桶、注漿泵及注漿管)。注漿過程見圖3。

2.4 囊袋式注漿封孔法的主要特點(diǎn)

囊袋式注漿封孔法能給封孔段鉆孔提供支護(hù)力，限制鉆孔變形，減輕地應(yīng)力對(duì)鉆孔的破壞;提高封孔段鉆孔的煤體強(qiáng)度，充填細(xì)小裂隙;鉆孔形成高應(yīng)力區(qū)是由于材料膨脹性和封孔器材的支護(hù)力，以有效提高封孔質(zhì)量。

圖3 囊袋式注漿封孔法封孔步驟

3 封孔工業(yè)試驗(yàn)

3.1 封孔試驗(yàn)地點(diǎn)

截止2006年末，十二礦井田剩余工業(yè)儲(chǔ)量6651.3萬 t，可采儲(chǔ)量 3123.1 萬 t。該礦共劃分為3個(gè)水平，其中3水平(－600 m)工業(yè)儲(chǔ)量3023.9萬t、可采儲(chǔ)量1756萬t。2006年，該礦井鑒定為瓦斯突出礦井，相對(duì)瓦斯涌出量18.27 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量54.24 m3/min。由于瓦斯涌出量大，局部區(qū)域有可能發(fā)生突出，需預(yù)先消突。經(jīng)實(shí)地考察，選定己15-17200的風(fēng)巷為囊袋式注漿封孔法的試驗(yàn)地點(diǎn)，每個(gè)區(qū)域封孔情況見表1。

表1 各封孔區(qū)域封孔情況

3.2 封孔效果對(duì)比

為確定試驗(yàn)的合理性，選取相近時(shí)期、相鄰鉆孔做對(duì)比。

3.2.1 濃度對(duì)比曲線

依照封孔時(shí)間(5月10日—5月11日)、抽采觀測(cè)時(shí)間以及井下測(cè)量的瓦斯?jié)舛?，繪制Excel曲線，對(duì)比聚氨酯封孔和囊袋式注漿封孔后鉆孔的瓦斯抽采平均濃度，如圖4所示。

3.2.2 己15-17200風(fēng)巷濃度分析

從該地段聚氨酯封孔法和囊袋注漿封孔法在90 d的抽采比對(duì):前者平均濃度在7%左右，后者平均濃度在29%左右;180 d比對(duì):前者平均濃度在5.8%左右，后者平均濃度在23.5%左右。由此可見，囊袋注漿封孔法的封孔效果遠(yuǎn)好于聚氨酯封孔法。

圖4 己15-17200風(fēng)巷抽采6個(gè)月瓦斯平均濃度對(duì)比曲線

4 結(jié)論

一直以來，鉆孔漏氣都是井下瓦斯抽采研究的熱點(diǎn)，通過對(duì)平煤十二礦抽采鉆孔的封孔分析，發(fā)現(xiàn)該礦所采用的聚氨酯封孔法抽采效果較差，無法達(dá)到預(yù)期效果。通過現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)囊?guī)阶{封孔法抽采效果比較理想。根據(jù)6個(gè)月的觀察，囊?guī)阶{封孔瓦斯抽采濃度為25%，而聚氨酯封孔僅為6%。采用囊?guī)阶{封孔法不僅能保障煤礦安全生產(chǎn)，同時(shí)也對(duì)瓦斯的后期利用提供了條件。

［1］ 王啟金，李紅行，劉志鴻，等.囊袋式注漿封孔技術(shù)在鄭州礦區(qū)“三軟”煤層的應(yīng)用［J］.中州煤炭，2009(7):16-18.

［2］ 張?jiān)O(shè)計(jì).邊掘邊抽煤巷瓦斯抽放孔封孔方法簡(jiǎn)介［J］.山西煤炭技術(shù)，1998(2):31-32.