武德峰

（山西新元煤炭有限責任公司 山西 陽泉 045000）

瓦斯抽采是降低煤層瓦斯涌出量、預防瓦斯積聚的重要技術(shù)手段。抽采期間鉆孔的封孔質(zhì)量關(guān)系著瓦斯抽放效果，若鉆孔不漏氣，可達到鉆孔抽采效率95%以上。但是由于鉆孔封孔技術(shù)相對落后，造成鉆孔封孔質(zhì)量差，瓦斯抽放過程中大量空氣進入抽放管路中，降低了鉆孔瓦斯抽放效率，影響著采掘工作面安全穩(wěn)定生產(chǎn)。本文以新元礦3412工作面為例，研究提出在本煤層瓦斯抽采中采用囊袋式封孔技術(shù)及高壓管標準化聯(lián)孔工藝。

1 概述

山西新元煤炭有限責任公司位于陽泉市壽陽縣，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為5.0Mt/a，井田內(nèi)可采煤層為3#、9#石炭系煤層，礦井相對瓦斯涌出量為28m3/ t，絕對瓦斯涌出量為292m3/min，屬煤與瓦斯突出礦井。

3412工作面位于井田3#煤層四采區(qū)，工作面設(shè)計走向長度為1946m，傾向長度為240m，煤層平均厚度為2.67m，由于3#煤層煤質(zhì)松軟裂隙不發(fā)育，煤層相對瓦斯涌出量為17.8m3/t，煤層瓦斯平均壓力為2.66MPa，堅固系數(shù)為0.44，煤層透氣系數(shù)為4×10-4MD，衰減系數(shù)為0.6319d-1，煤層破壞類型為Ⅲ類且抽放瓦斯難度大。

3412工作面初采時對本煤層布置順層瓦斯抽放鉆孔進行瓦斯預抽，鉆孔交錯布置在進回風順槽內(nèi)，鉆孔設(shè)計長度為110m，鉆孔間距為10m，采用聚氨酯進行封孔。由于鉆孔施工后受工作面回采壓力影響，鉆孔附近裂隙發(fā)育，傳統(tǒng)的封孔技術(shù)不能滿足需要，導致鉆孔封孔后氣密性差，孔口負壓低。隨著回采壓力加大鉆孔出現(xiàn)蠕變及塌孔現(xiàn)象，鉆孔抽采效果差，單孔抽采濃度在8%～19%之間，本煤層無法起到預期抽采效果，威脅著工作面安全高效回采。

2 瓦斯抽采鉆孔封、聯(lián)孔設(shè)計研究

為了進一步提高瓦斯鉆孔封孔氣密性，保證瓦斯抽放效果，新元礦通過技術(shù)研究，決定對工作面瓦斯抽放鉆孔采取囊袋式“兩堵一注”水泥帶壓注漿法進行封孔，采取高壓管標準化進行聯(lián)孔。

2.1 囊袋式封孔技術(shù)原理

囊袋式“兩堵一注”水泥帶壓注漿封孔技術(shù)，其原理主要是確定封孔長度后在鉆孔裂隙發(fā)育區(qū)，利用注漿技術(shù)在囊袋注漿區(qū)域進行高壓注漿，對周圍巖體裂隙進行封堵，從而達到提高鉆孔周圍煤體穩(wěn)定性及致密性，保證鉆孔封孔效果的目的。

2.2 封孔參數(shù)確定

（1）鉆孔軸向應力。3412進回風順槽掘進后在其周圍煤體形成應力帶，當鉆孔順煤層鉆進時會沿軸向依次產(chǎn)生卸壓破壞帶、應力集中帶和原始應力帶。由于卸壓帶附近煤體相對破碎，且會產(chǎn)生大量的貫穿裂隙，若鉆孔在卸壓帶內(nèi)，在進行瓦斯預抽時空氣經(jīng)卸壓帶的貫穿裂隙被抽入鉆孔，從而造成封孔漏氣導致瓦斯抽放濃度低，抽放效果差。

（2）鉆孔縱向應力。鉆孔施工時受鉆機及鉆桿震動影響，對鉆孔附近煤體造成擾動破壞，沿鉆孔徑向不同深度形成不同的應力區(qū)，依次為充分卸壓區(qū)、非充分卸壓區(qū)、卸壓擴展區(qū)和原巖應力區(qū)，而且隨著擾動破壞半徑的增加，煤體由鉆孔向深部破壞程度逐漸降低，且煤體裂隙發(fā)育程度也隨之降低。

（3）煤體卸壓區(qū)。鉆孔在施工過程中受煤體應力變化影響，不同深度的煤體產(chǎn)生的鉆屑量不同，所以可通過對煤體施工試驗鉆孔，根據(jù)不同深度內(nèi)鉆屑量合理判斷煤體卸壓帶、應力集中帶和原始應力帶的分布區(qū)域，從而確定有效的封孔長度。

（4）鉆孔封孔長度。對3412工作面煤層共施工5個測試鉆孔，鉆孔直徑為45mm，在鉆孔施工期間密切觀察鉆進壓力變化及記錄鉆孔煤屑量，通過對比分析可知，鉆孔鉆進至10～16m范圍內(nèi)鉆屑量逐漸增加，當鉆進至15～16m時鉆屑量達到最大值，如圖1所示。由此可以判斷鉆孔在10～16m范圍內(nèi)處于應力卸壓區(qū)，原始應力區(qū)位于鉆孔16m以外區(qū)域，所以最終確定鉆孔封孔深度為18m，封孔長度為9～18m。

圖1 煤層測試鉆孔鉆屑量與鉆孔深度變化關(guān)系示意圖

2.3 囊袋式封孔施工工藝

（1）鉆孔施工完后對鉆孔進行擴孔，擴孔長度為18m，擴孔后直徑為120mm，擴孔后及時安裝直徑為63mm、單管長度為3.0m的PVC封孔管，共安裝6節(jié)，相鄰兩節(jié)封孔管通過絲扣進行連接，如圖2所示。

圖2 囊袋式“兩堵一注”水泥帶壓注漿封孔示意圖

（2）封孔管安裝后分別在鉆孔內(nèi)9.0m及16.5m處安裝PKJW-63型封孔器，確保對10～16m范圍內(nèi)卸壓區(qū)進行有效封堵，形成環(huán)形空間。

（3）封孔器安裝后采用高壓注漿泵向環(huán)形空間注射安泰華封孔材料，注漿壓力不得低于2.0MPa，使得注漿液可以有效擴展孔壁內(nèi)煤體裂隙，能夠及時對煤體孔隙及凸凹面進行充填，同時在注漿壓力作用下深入煤體微裂隙內(nèi)與煤體顆粒凝固在一起，從而形成膨脹樹枝狀分布，實現(xiàn)全面封堵，如圖3所示。

圖3 囊袋式“兩堵一注”水泥帶壓注漿封孔效果圖

2.4 高壓管標準化聯(lián)孔工藝

采用高壓管、不銹鋼快速接頭連接，10個孔為一組，100m為一個評價單元，每個鉆孔封孔管通過帶測嘴不銹鋼彎頭、球閥與聯(lián)孔管連接，每組鉆孔安裝導流管、放水器，實現(xiàn)單孔觀測、分組計量。聯(lián)孔結(jié)束后，通過測嘴，對單孔負壓、濃度進行測定，保證單孔負壓達13kPa以上，對不達標的進行系統(tǒng)排查、整改。單孔負壓達標前提下，測定單孔濃度，濃度不達30%，鉆孔進尺不予結(jié)算。鉆孔施工完成，掛設(shè)單孔牌板，分組計量掛設(shè)分組計量牌板，如圖4所示。

圖4 本煤層瓦斯抽采鉆孔高壓管聯(lián)孔示意圖

3 囊袋式封孔與聯(lián)孔技術(shù)優(yōu)點及應用效果

3.1 優(yōu)點

（1）根據(jù)不同區(qū)域煤層瓦斯賦存、瓦斯抽采規(guī)律，為工作面抽采鉆孔間距合理設(shè)計提供科學依據(jù)，解決鉆孔優(yōu)化布置問題；

（2）采用囊袋式注漿方法、高壓標準化聯(lián)孔工藝及新型瓦斯抽采管路系統(tǒng)，不僅對鉆孔周圍煤體內(nèi)裂隙進行充分填充，消除了鉆孔抽放時出現(xiàn)漏氣通道現(xiàn)象，同時能使鉆孔得到可靠的支護，提高瓦斯抽采系統(tǒng)氣密性，保證了抽采負壓，提高了瓦斯抽采效果。

3.2 應用效果分析

3412工作面煤層瓦斯鉆孔采用囊袋式“兩堵一注”水泥砂漿法進行封孔，以及高壓管標準化聯(lián)孔工藝及新型瓦斯抽采管路系統(tǒng)，大大提高瓦斯抽采系統(tǒng)氣密性，保證了抽采負壓，提高了瓦斯抽采效果，通過對后期鉆孔瓦斯抽采率檢測發(fā)現(xiàn)，最高單孔濃度達95%，提高了68%，順槽瓦斯抽采管路濃度提高了59%，抽采純量提高了1.27m3/min，百米噸煤瓦斯含量抽采達標所需用時減少了53d。

4 結(jié) 語

山西新元煤炭有限責任公司研究提出，對3412工作面煤層瓦斯抽放鉆孔采取囊袋式“兩堵一注”水泥帶壓注漿封孔技術(shù)以及高壓管標準化聯(lián)孔工藝，實踐證明瓦斯抽放鉆孔采取新型封孔技術(shù)及聯(lián)孔工藝后，提高了鉆孔封孔效果和煤層瓦斯抽采率，對于提高煤層瓦斯抽放技術(shù)安全性和工作效率、降低生產(chǎn)成本具有現(xiàn)實意義和推廣價值。