李田龍

摘要： 瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝采用孔口封堵聚氨酯，孔內(nèi)注水泥漿的方法，它可以有效封堵鉆孔周圍裂隙，使在抽采過(guò)程中不漏氣，提高瓦斯抽采負(fù)壓和抽采濃度。

Abstract： The process of "one block and one injection" for gas drainage drilling adopts the method of sealing polyurethane through ostiole and injecting cement slurry into hole， which can effectively block the fracture around the borehole， so that the gas leakage can be avoided during the extraction process， so that the negative pressure and the extraction concentration of the gas are improved.

關(guān)鍵詞： “一堵一注”；瓦斯抽采；封孔工藝

Key words： "one block and one injection"；gas extraction；sealing process

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）19-0115-02

0 引言

我國(guó)大多數(shù)礦井是瓦斯礦井，瓦斯災(zāi)害是最嚴(yán)重的礦井自然災(zāi)害之一。當(dāng)前礦井瓦斯治理的一項(xiàng)有效手段是瓦斯抽采，然而在實(shí)際的瓦斯抽采期間經(jīng)常面臨各種問(wèn)題，比如瓦斯抽采濃度低、預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)、抽采效果差等。這些問(wèn)題的出現(xiàn)使得瓦斯抽采效果大打折扣，抽采鉆孔的封孔工藝和封孔質(zhì)量對(duì)瓦斯抽采效果影響最大。

陶二煤礦作為高突礦井，在礦井深部突出危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，地應(yīng)力、瓦斯含量和瓦斯壓力較高，瓦斯抽采是礦井瓦斯治理的主要手段。在礦井瓦斯治理工作中同樣存在瓦斯抽采濃度低，抽采效果差，預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。為了提高礦井瓦斯抽采效果，現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員經(jīng)過(guò)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”封深孔的瓦斯抽采鉆孔封孔工藝。這對(duì)于有效封堵鉆孔周圍裂隙、提高瓦斯抽采負(fù)壓和抽采濃度、縮短瓦斯抽采達(dá)標(biāo)所需要的時(shí)間，大大減少瓦斯事故的發(fā)生，提高采掘工作面單進(jìn)水平，緩解采掘接替緊張的局面具有重要意義。

1 性質(zhì)用途

陶二煤礦是高突礦井，瓦斯抽采是礦井進(jìn)行瓦斯治理最主要手段，封孔質(zhì)量的好壞直接影響瓦斯抽采效果。在底抽巷上斜穿層鉆孔封孔時(shí)采用“一堵一注”封孔工藝能夠保證鉆孔在抽采過(guò)程中不漏氣，提高瓦斯抽采負(fù)壓和抽采濃度，進(jìn)而縮短瓦斯抽采達(dá)標(biāo)所需要的時(shí)間，大大減少瓦斯事故的發(fā)生，提高采掘工作面單進(jìn)水平，緩解采掘接替緊張的局面。

2 適用范圍

瓦斯抽采鉆孔封孔質(zhì)量是影響煤礦瓦斯抽采效果的重要因素之一。瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝采用孔口封堵聚氨酯，孔內(nèi)注水泥漿的方法，它可以有效封堵鉆孔周圍裂隙，使在抽采過(guò)程中不漏氣，提高瓦斯抽采負(fù)壓和抽采濃度，進(jìn)而縮短瓦斯抽采達(dá)標(biāo)所需要的時(shí)間，提高采掘工作面單進(jìn)水平，緩解采掘接替緊張的局面。該封孔工藝對(duì)于上斜瓦斯抽采鉆孔的封孔具有良好的效果。

3 技術(shù)原理闡述

瓦斯抽采鉆孔孔口抽采負(fù)壓和抽采濃度在封孔工藝沒(méi)有改進(jìn)之前，下降的速度比較快。造成這個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是因?yàn)樵诔榉殴苈返哪硞€(gè)環(huán)節(jié)漏氣而造成的。在對(duì)現(xiàn)有可能造成漏氣的環(huán)節(jié)進(jìn)行多次封堵之后，發(fā)現(xiàn)封堵后的效果依然未得到明顯改善。經(jīng)過(guò)多方論證分析發(fā)現(xiàn)，原因在于忽略了煤巖體受掘進(jìn)影響產(chǎn)生的裂隙。

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：完成鉆孔施工后，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(guò)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，可使周圍的裂隙和鉆孔隔離開(kāi)，如此在抽采瓦斯時(shí)可確保鉆孔不會(huì)漏氣，大大提升了抽采效果。

4 新技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

改進(jìn)封孔工藝前，封孔工藝比較簡(jiǎn)單，對(duì)于順煤層鉆孔，下管深度12m，封孔深度8m；對(duì)于穿層鉆孔，下管深度8m，封孔深度5m。這種封孔方式封孔效果和封孔質(zhì)量較差，瓦斯抽采鉆孔孔口抽采負(fù)壓和抽采濃度下降很快，瓦斯抽采效果較差。

經(jīng)過(guò)分析研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，改原來(lái)的單一封孔方式為“一堵一注”封孔工藝，即在孔口用聚氨酯封堵1m，待聚氨酯凝固后再進(jìn)行注水泥漿，水泥漿利用自重沉降，封堵鉆孔周圍的裂隙。這種封孔工藝采用全程下套管，封孔深度達(dá)到20m，對(duì)于巖孔段長(zhǎng)度不足20m的，封孔深度為整個(gè)巖孔段。

5 應(yīng)用實(shí)踐情況及效果分析

5.1 “一堵一注”封孔工藝流程

5.1.1 封孔材料和設(shè)備

2寸花管、2寸雙抗管、4分鋼管、白布袋、注漿泵、水泥、聚氨酯。

5.1.2 封孔工藝流程

①封孔工藝。鉆孔采用全程下管進(jìn)行抽放，對(duì)于見(jiàn)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(jiàn)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+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。

②鉆孔封孔步驟。

Ⅰ、在正式封孔前，檢查鉆孔中是否存在異物，若存在采取措施清除。

Ⅱ、鉆孔封孔要求全程下管，封孔長(zhǎng)度要根據(jù)施工完畢后的鉆孔見(jiàn)煤深度來(lái)確定，對(duì)于見(jiàn)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(jiàn)煤深度小于20m的鉆孔，其封孔深度為巖孔段，煤孔段為花管。

Ⅲ、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）。

Ⅳ、將注漿泵與注漿管相連接。通過(guò)注漿管將水泥漿注入到鉆孔內(nèi)，直到孔口返漿為止。

現(xiàn)場(chǎng)施工情況表明：由于鉆孔煤孔段塌孔嚴(yán)重，多數(shù)鉆孔封孔管不能下到孔底，但都能下到煤孔段。

5.2 應(yīng)用效果分析

5.2.1 改進(jìn)封孔工藝前

2217下巷預(yù)抽鉆孔沒(méi)有改進(jìn)工藝前，瓦斯抽采負(fù)壓迅速衰減，瓦斯抽采效果差，要想達(dá)到瓦斯抽采達(dá)標(biāo)需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的瓦斯抽采工作。

5.2.2 改進(jìn)封孔工藝后

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。從2013年9月1日至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?jiàn)，2217下底板巖巷采用封孔新工藝后，在開(kāi)始的幾個(gè)月里，瓦斯抽采濃度一直保持在50%以上，最大值達(dá)到95%以上，并且可以長(zhǎng)時(shí)間的保持這個(gè)抽采效果。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。

6 與原事物比較主要效益（經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益）指標(biāo)

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

采用“一堵一注”封孔工藝后，提高了瓦斯抽采負(fù)壓和抽采濃度，提高了瓦斯抽采效果，縮短了消突時(shí)間，提高了掘進(jìn)速度。由于抽采效率的提高，煤層中的瓦斯壓力和含量下降較快，有效地消除了突出危險(xiǎn)，從而加快了掘進(jìn)進(jìn)度。陶二礦煤巷掘進(jìn)速度由原來(lái)的單月進(jìn)尺60m，現(xiàn)提高到90m。項(xiàng)目實(shí)施前，每月掘進(jìn)60m，每班出勤10人，則一個(gè)月用工900個(gè)，每工工資180元，需人工費(fèi)16.2萬(wàn)元；該項(xiàng)目實(shí)施后，月單進(jìn)平均提高30m，等于節(jié)省人工費(fèi)用8.1萬(wàn)元，全年節(jié)省97.2萬(wàn)元。陶二煤礦有6個(gè)掘進(jìn)隊(duì)伍，則每年可節(jié)約583.2萬(wàn)元。

6.2 社會(huì)效益

①有效的降低了礦井瓦斯的含量，消除了突出危險(xiǎn)性，避免了發(fā)生瓦斯突出等惡性事故的發(fā)生，確保了礦井生產(chǎn)安全。②該項(xiàng)目實(shí)施后，縮短了消突時(shí)間，提高了煤的掘進(jìn)速度，緩解了突出礦井采掘銜接緊張的問(wèn)題，保證了礦井穩(wěn)定發(fā)展。

7 根據(jù)現(xiàn)有類似成果評(píng)價(jià)本成果的總體水平

陶二煤礦是煤與瓦斯突出礦井，瓦斯抽采是礦井治理瓦斯的主要技術(shù)手段，采用瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝后，實(shí)現(xiàn)了抽采鉆孔全程下套管，封深孔的目標(biāo)，鉆孔封孔深度達(dá)到15m～20m。瓦斯抽采負(fù)壓和抽采濃度、抽采純量都得到了較大提高，大大縮短了瓦斯抽采達(dá)標(biāo)所需時(shí)間，消除了突出危險(xiǎn)性，基本實(shí)現(xiàn)了瓦斯零超限，杜絕了瓦斯事故。該技術(shù)達(dá)到了煤炭行業(yè)領(lǐng)先水平。

8 推廣應(yīng)用前景

鉆孔封孔質(zhì)量一直是影響瓦斯抽采效果的重要因素之一。該項(xiàng)目針對(duì)瓦斯抽采過(guò)程中出現(xiàn)的瓦斯抽采濃度低，抽采效果差，預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題進(jìn)行了研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出了瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝。

瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝的研究大大提高了瓦斯封孔質(zhì)量，解決鉆孔抽采工程中的漏氣問(wèn)題，進(jìn)一步加大了礦井瓦斯抽采力度，提高瓦斯抽采效果，縮短煤層瓦斯預(yù)抽時(shí)間，提高工作面掘進(jìn)速度和單進(jìn)水平。該技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于上斜瓦斯抽采鉆孔的封孔工作中，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

9 存在的問(wèn)題及改進(jìn)意見(jiàn)

鉆孔封孔注漿時(shí)，由于水泥漿在注漿過(guò)程中容易發(fā)生沉淀，導(dǎo)致水泥漿不均勻，往往使得注進(jìn)鉆孔的漿液濃度低于預(yù)計(jì)濃度。因此，在注漿過(guò)程中，要安排專人不停地進(jìn)行攪拌，盡量保證水泥漿均勻。

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