李建國(guó)

（山西曙光船窩煤業(yè)有限公司，山西 河津 043300）

1 工程概況

山西曙光船窩煤礦西進(jìn)風(fēng)井井筒凈直徑Φ7.2m，凈斷面40.72m2，井口設(shè)計(jì)標(biāo)高為+26.5m（±0.0相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高+26.5m），井筒全深為1027.5m。該井簡(jiǎn)采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度374m，其中凍結(jié)表土段厚度280.5m，凍結(jié)基巖厚度83.5m，井筒基巖段深度為664.54m，基巖段井壁為素砼結(jié)構(gòu)，采用鉆爆法施工?；鶐r段采用直孔+Y孔地面預(yù)注漿封水，注漿范圍354～1060m。

進(jìn)風(fēng)井筒經(jīng)過(guò)前期地面預(yù)注漿封堵，從井筒淺部已經(jīng)掘進(jìn)揭露情況看，注漿止水效果良好。預(yù)計(jì)井筒掘進(jìn)期間涌水量將明顯減小，且井筒出水量以靜儲(chǔ)量為主，出水形式多以滴、淋和滲水出現(xiàn)。 井筒施工通風(fēng)系統(tǒng)：西進(jìn)風(fēng)井井口20m外安裝4臺(tái)型號(hào)為FBDNO8.0/2×45 kW局扇（兩用兩備），配2路Φ900mm風(fēng)筒，采用壓入式通風(fēng)，風(fēng)筒末端距迎頭的距離為4.0m，迎頭風(fēng)量約1600m3/min。

2 防突措施的研究

2.1 煤層基本情況

西進(jìn)風(fēng)井7煤層埋藏較深（標(biāo)高-862m），測(cè)試結(jié)果表明該煤礦7煤瓦斯壓力為1.24MPa，原始瓦斯含量6.55m3/t，堅(jiān)固性系數(shù)f值為0.85，瓦斯放散初速度△p值為6.0，煤的突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)綜合指標(biāo)K=7.06。參照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合揭煤處7煤層實(shí)測(cè)瓦斯壓力大于0.74MPa，判定揭煤處7煤層具有突出危險(xiǎn)性，必須對(duì)其采取區(qū)域防突措施進(jìn)行消突。

2.2 區(qū)域防突措施鉆孔

工作面距7煤頂板最小法距7m前，在工作面迎頭采取穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施：共設(shè)計(jì)7圈共163個(gè)抽采鉆孔。井筒荒徑外側(cè)布置兩圈開(kāi)孔位置，井壁內(nèi)安裝嵌入式抽采環(huán)形管，方便在進(jìn)行揭煤時(shí)可以連續(xù)抽采。鉆孔開(kāi)孔間距400mm，孔徑108mm，其鉆孔終孔穿透煤層底板0.5m，抽采半徑按1.5m均勻布孔。

抽采鉆孔工藝中，一般都采用聚氨酯封孔方法。在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中聚氨酯封孔方法存在封孔段長(zhǎng)度短、深度淺、材料支護(hù)強(qiáng)度低的問(wèn)題。這使得鉆孔后期容易變形造成漏氣通道，抽采效果不佳。為提高預(yù)抽鉆孔封孔效果，選擇采用新型膠囊封孔辦法來(lái)進(jìn)行封孔操作。措施孔全程下2寸套管護(hù)孔，揭煤段下花眼管，現(xiàn)場(chǎng)采用新型膠囊“兩堵一注”封至見(jiàn)煤點(diǎn)。

2.3 新型膠囊封孔工藝

2.3.1 結(jié)構(gòu)特征和工作原理

新型膠囊封孔工藝當(dāng)中需要采用膠囊封孔器，核心為一個(gè)孔內(nèi)一次性囊袋注漿裝置。由囊袋、塑料堵頭件、塑料出漿管、封孔抽采管、注漿管、鉆孔注漿閥、囊袋注漿閥等部件組成。封孔裝置的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 封孔裝置的結(jié)構(gòu)原理

（1）漿液首先注入封孔裝置兩端的復(fù)合囊袋，囊袋膨脹封堵封孔段鉆孔的兩端，實(shí)現(xiàn)了鉆孔的“兩堵”效果；當(dāng)注漿壓力達(dá)1.5MPa時(shí)2個(gè)囊袋中間的壓力控制單向閥打開(kāi)，注漿泵內(nèi)漿液開(kāi)始向囊袋中間的鉆孔注漿。該空間孔被充滿(mǎn)后，漿液在注漿壓力作用下向鉆孔壁滲透，實(shí)現(xiàn)鉆孔壁注漿。直至達(dá)到設(shè)定壓力，注漿停止，封孔結(jié)束。

（2）注漿壓力對(duì)鉆孔施加第一次封孔支護(hù)作用。注漿材料初凝后發(fā)生體積膨脹，可產(chǎn)生膨脹力，對(duì)鉆孔施加第二次封孔支護(hù)力，有效地防止鉆孔周?chē)后w縮徑變形形成新的漏氣通道。

（3）改變封孔段鉆孔周?chē)拿后w強(qiáng)度。在注漿壓力作用下，部分注漿材料進(jìn)入鉆孔周?chē)牧严?，使封孔段鉆孔周?chē)拿后w強(qiáng)度得到提高。

2.3.2 操作流程

（1）操作前的準(zhǔn)備工作

接好注漿泵，通氣后空轉(zhuǎn)檢驗(yàn)注漿泵是否可以正常使用并驗(yàn)證壓力表是否完好。準(zhǔn)備好需要使用的注漿材料，注意檢查囊袋是否破損及注漿材料是否硬化結(jié)塊。按照封孔長(zhǎng)度要求將封孔器孔底囊袋套入已準(zhǔn)備好的PVC抽采管。囊袋兩端使用鐵絲緊固在PVC管上。將爆破閥固定在PVC管上，緊固時(shí)不可阻礙爆破片組件的圓形開(kāi)口。將抽采管固定好后，采用快速接頭引出一根PE注漿管截止注漿泵出漿口。在注漿桶內(nèi)以水灰比1:0.8的比例進(jìn)行調(diào)配（灰為1，水為0.8），調(diào)配過(guò)程中開(kāi)啟攪拌器，杜絕注漿材料結(jié)塊。

（2）注漿操作

在確認(rèn)以上準(zhǔn)備工作無(wú)誤后啟動(dòng)注漿泵，剛開(kāi)始注漿時(shí)速度不宜過(guò)快，閥門(mén)一般控制在打開(kāi)行程的1/3～2/3處。注漿工作開(kāi)始后，關(guān)注壓力表數(shù)值變化情況，在囊袋未注滿(mǎn)帶壓前工作壓力小于0.6MPa。逐步注滿(mǎn)壓力上升至1.5MPa左右爆破片爆破，爆破后壓力值瞬間下降至接近零位，出現(xiàn)這一現(xiàn)象即判定為爆破片正常打開(kāi)，此時(shí)需繼續(xù)注漿。在爆破片打開(kāi)后的注漿過(guò)程中可將注漿速度適當(dāng)提高，但應(yīng)小于最大速度。帶壓注滿(mǎn)后（注漿壓力大于1.5MPa）需先卸壓后對(duì)注漿管進(jìn)行折彎封堵處理，此時(shí)整個(gè)注漿過(guò)程結(jié)束。

（3）封孔器的使用注意事項(xiàng)

首先對(duì)封孔膠囊的膠管、囊袋、接頭及爆破閥進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有破損現(xiàn)象及時(shí)更換，防止下入不合格的封孔膠囊造成漏漿，使鉆孔報(bào)廢。先下入套管至孔內(nèi)預(yù)定位置后，將封孔膠囊套入至套管外側(cè)，兩端使用鐵絲扎緊。鐵絲頭不能指向封孔膠囊，并用透明膠帶捆扎，防止扎破。囊袋扎好后，底部用編織袋進(jìn)行防護(hù)捆扎。膠皮管用專(zhuān)用直通連接，下管時(shí)膠皮管放在套管上邊，防止壓癟或擠壞。在下入過(guò)程中，膠皮管不能折彎，防止注漿炸裂。膠皮管用扎帶固定于套管上，順延至孔口處。注漿時(shí)漿液水灰比例0.8:1。注漿初期注漿速度要慢，待囊袋漲實(shí)后可稍微調(diào)快。注漿時(shí)返漿管不出清水時(shí)將返漿管閘閥關(guān)閉，等待注漿壓力穩(wěn)定后再進(jìn)行補(bǔ)注漿，確定壓力穩(wěn)定后，穩(wěn)壓后注漿結(jié)束。注漿結(jié)束后，注漿管折彎進(jìn)孔內(nèi)，孔口用水泥封實(shí)。

3 封孔方法及數(shù)據(jù)測(cè)試對(duì)比分析

為檢驗(yàn)新型膠囊封孔方法的封孔效果，對(duì)于新型膠囊封孔方法和聚氨酯封孔方法進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試和對(duì)比分析。封孔后對(duì)實(shí)驗(yàn)鉆孔體積分?jǐn)?shù)和瓦斯流量進(jìn)行采集，分別按時(shí)間段統(tǒng)計(jì)兩種不同封孔辦法的測(cè)量數(shù)據(jù)并生成鉆孔瓦斯抽采濃度和瓦斯抽采純流量的對(duì)比曲線，如圖2、圖3所示。

圖2 鉆孔瓦斯抽采濃度對(duì)比曲線

從瓦斯抽采濃度的曲線圖可以看出，隨時(shí)間的推移，新型囊袋封孔法和聚氨酯封孔方法的瓦斯抽采濃度都會(huì)出現(xiàn)降低趨勢(shì)。但是新型囊袋封孔辦法的瓦斯抽采濃度降低趨勢(shì)相比聚氨酯封孔方法較慢。從圖中數(shù)據(jù)還能看到新型囊袋封孔辦法瓦斯抽采純量最高提高比例達(dá)50%，平均抽采純量提高比例達(dá)33%。這說(shuō)明新型囊袋封孔方法的封孔效果較好，降低了鉆孔空氣漏氣量，同時(shí)降低了孔口負(fù)壓到孔底的負(fù)壓損失，更加有利于煤層瓦斯的抽采。

圖3 鉆孔瓦斯抽采純流量對(duì)比曲線

綜上所述，新型膠囊封孔工藝對(duì)比于聚氨酯封孔辦法實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）封孔成功率高。解決了下向鉆孔因孔內(nèi)積水導(dǎo)致封孔過(guò)程中存在的座底難的問(wèn)題，杜絕了傳統(tǒng)封孔工藝中存在的聚氨酯遇水不凝固而造成的封孔失敗現(xiàn)象，經(jīng)統(tǒng)計(jì)膠囊封孔極大提高了座底成功率，成孔率達(dá)93.1%。

（2）封孔時(shí)間短。傳統(tǒng)采用聚氨酯封孔，一個(gè)鉆孔封孔需用時(shí)135min，而膠囊封孔器封孔時(shí)間為45min，從時(shí)間上節(jié)約了90min，大大提高了鉆孔效率。

（3）封孔效果好。新型膠囊封孔裝置起到了非常好的密封效果，增加了主動(dòng)支護(hù)力，減少了鉆孔空氣漏氣量，降低了孔口到孔底的負(fù)壓損失，有利于煤層瓦斯的涌出。

4 結(jié)論

在西風(fēng)井7煤測(cè)壓、預(yù)抽鉆孔施工過(guò)程中，為確保測(cè)壓準(zhǔn)確及揭煤預(yù)抽效果，采用新型膠囊封孔裝置進(jìn)行了封孔。采用膠囊封孔工藝后，西風(fēng)井7煤實(shí)測(cè)瓦斯壓力1.24MPa，與推算瓦斯壓力接近，為揭煤防突措施采取及安全揭煤提供了有效依據(jù)；7煤區(qū)域防突預(yù)抽鉆孔抽采干管濃度達(dá)45%以上，相對(duì)于以往聚氨酯封孔抽采濃度的35%，提高了近10%，縮短了預(yù)抽達(dá)標(biāo)時(shí)間15d，可以實(shí)現(xiàn)安全快速消突。