李旭陽(yáng)

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

煤礦瓦斯抽采的技術(shù)手段主要有鉆井抽采、巷道抽采和鉆孔抽采，其中鉆孔抽采具有形式靈活、成本低、與生產(chǎn)可以同時(shí)進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)[1]，因此鉆孔抽采一直是煤礦瓦斯治理的基礎(chǔ)手段，具有廣泛的應(yīng)用面。但是我國(guó)鉆孔抽采質(zhì)量較差，其中最主要的原因是封孔密封質(zhì)量差。影響封孔密封質(zhì)量好壞最核心的因素是封孔材料的使用[2]?，F(xiàn)階段，我國(guó)煤礦幾乎都在使用水泥砂漿進(jìn)行封孔。水泥砂漿凝結(jié)相對(duì)較慢且在凝結(jié)后期易開裂，嚴(yán)重影響瓦斯抽采質(zhì)量?；诖?，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者研究出了一種新型高水材料進(jìn)行封孔[3]。與傳統(tǒng)水泥封孔注漿材料相比，高水注漿封孔材料具有高水灰比、凝結(jié)速度快、固結(jié)強(qiáng)度隨時(shí)間發(fā)展變化較快、性能較穩(wěn)定等特點(diǎn)，且具有一定的膨脹特性，因此將高水材料應(yīng)用到封孔上可以大大提高瓦斯的抽采質(zhì)量[4]。

陽(yáng)煤集團(tuán)新景公司在煤層預(yù)抽瓦斯存在封孔質(zhì)量差、抽采效率低的問(wèn)題，封孔失效等問(wèn)題也頻繁出現(xiàn)。針對(duì)以上問(wèn)題，新景公司多次進(jìn)行技術(shù)改革，但是改進(jìn)效果不佳。由于高水材料在封孔方面具有較好的特性，因此新景公司在3218 工作面進(jìn)行高水材料封孔技術(shù)研究，改變傳統(tǒng)的封孔方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)高濃度和高效率的抽采。

1 工程背景

施工地點(diǎn)為3218 輔助進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)工作面。3218 掘進(jìn)工作面井下位于一采區(qū)北翼中部，東為3216 工作面（正采），南為3217 工作面（正掘），西為3220 工作面（未掘）。3218 輔助進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷設(shè)計(jì)1392 m，輔助進(jìn)風(fēng)巷已掘1070 m，回風(fēng)巷已掘1260 m。本面南部為一傾向SW 的單斜構(gòu)造，煤層傾角4°～10°；中部為寬緩背斜、向斜組合的褶皺構(gòu)造，煤層傾角2°～6°；北部為一傾向SW 的單斜構(gòu)造，煤層傾角3°～8°。在3218 輔助進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行本煤層抽采鉆孔目的是保護(hù)3218 回采工作面。

2 試驗(yàn)方案

在3218 輔助進(jìn)風(fēng)巷選取100 個(gè)本煤層預(yù)抽鉆孔進(jìn)行封孔試驗(yàn)，鉆孔深度120 m，間距均為1.5 m。每10 個(gè)鉆孔為一組，共計(jì)10 組，其中5 組采用“兩堵一注”高水材料進(jìn)行封孔，其余5 組采用原“兩堵一注”水泥砂漿封孔工藝進(jìn)行封孔。鉆孔封孔深度均為9～17 m，抽采負(fù)壓要求達(dá)到13 kPa。兩種封孔工藝以組為單位交替施工。

由于合作方材料等原因，本次試驗(yàn)在3218 輔助進(jìn)風(fēng)巷選取10 個(gè)（280#～289#）本煤層預(yù)抽鉆孔采用“兩堵一注”高水材料工藝進(jìn)行封孔，另選取相鄰的10 個(gè)（290#～299#）鉆孔采用“兩堵一注”水泥砂漿工藝進(jìn)行封孔，封孔完畢后連接抽采系統(tǒng)。

效果考察要求每日測(cè)定單孔抽采濃度，并以組為單位測(cè)定抽采負(fù)壓、流量、濃度。根據(jù)抽采參數(shù)、封孔成本、抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間分析對(duì)比兩種封孔工藝抽采效果。

3 封孔工藝原理

新型高水材料抽采鉆孔封孔工藝主要原理是：通過(guò)注漿管向鉆孔內(nèi)注入高水材料，前囊袋和后囊袋首先被注入高水材料，當(dāng)兩個(gè)囊袋被注滿后，繼續(xù)注漿，注漿管的壓力逐漸超過(guò)0.8 MPa 時(shí)，爆破閥破裂，兩個(gè)囊袋之間的部分隨即被注入高水材料，當(dāng)返漿管回漿時(shí)，用鐵絲將返漿管捆扎，直至壓力表達(dá)到1 MPa 時(shí)，即可停止注漿。新型高水材料抽采鉆孔封孔工藝示意圖如圖1。

圖1 新型高水材料抽采鉆孔封孔工藝示意圖

注漿所用封孔劑為新型高水材料，材料由A、B 兩種組分組成，與水按照8:5 和8:4 的比例混合。注漿泵采用雙液注液泵，A、B 兩種料分別調(diào)制，在雙液注液泵的出漿口混合后注入，示意圖如圖2。

圖2 注漿封孔系統(tǒng)示意圖

4 抽采效果

4.1 抽采參數(shù)分析

6 月11 日封孔完畢，12 日測(cè)定試驗(yàn)孔和對(duì)照孔抽采濃度，見(jiàn)表1。根據(jù)濃度對(duì)比表可知，抽采初期，封孔材料未完全凝固，密封還達(dá)不到要求，抽采濃度都處于80%以下，平均濃度相差不大。

表1 6 月12 日抽采濃度對(duì)比表

從6 月12 日至9 月2 日的抽采數(shù)據(jù)來(lái)看，試驗(yàn)孔和對(duì)照孔的濃度變化趨勢(shì)基本一致。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，試驗(yàn)孔平均小組濃度為73.7%，對(duì)照孔為55.4%，試驗(yàn)孔是對(duì)照孔的1.3 倍。試驗(yàn)孔平均混合量0.590 m3/min，平均純量為0.443 m3/min ，對(duì)照孔平均混合量0.560 m3/min，平均純量為0.205 m3/min，試驗(yàn)孔小組純量是對(duì)照孔的2.16 倍。瓦斯?jié)舛葘?duì)照曲線如圖3。

表2 抽采情況對(duì)比表

圖3 瓦斯?jié)舛葘?duì)照曲線

4.2 抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間

抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間可以按照下式計(jì)算：

T= [（W0-WCY）G]/Q

（1）依據(jù)高速公路的具體情況，在施工現(xiàn)場(chǎng)，制定相應(yīng)的工序、要點(diǎn)，完成相應(yīng)的觀測(cè)工作，并且每一項(xiàng)觀測(cè)任務(wù)都落實(shí)到個(gè)人。

式中：WCY為煤的殘余瓦斯含量，7.5 m3/t；WO為煤的原始瓦斯含量， 16.591 6 m3/t；G為煤炭?jī)?chǔ)量（控制煤量120 m），50 400 t；Q為日抽采純量，試驗(yàn)孔日抽采純量為5 097.6 m3，對(duì)照孔為2 360.8 m3。

計(jì)算得出，試驗(yàn)孔抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間為89 d；對(duì)照孔抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間為194 d。

試驗(yàn)孔的瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間比對(duì)照孔瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間提前105 d。

4.3 成本比較

高水材料封孔單孔成本2100 元，水泥砂漿封孔單孔成本1866 元。

高水材料4000 元/t，10 個(gè)試驗(yàn)鉆孔共使用A、B 兩種料0.25 t，高水材料單孔封孔費(fèi)用4000×0.25/10=100 元/孔。整套封孔設(shè)備費(fèi)用為2000 元/套，總計(jì)單孔成本為2100 元。

水泥砂漿封孔材料單價(jià)為1700 元/t，10 個(gè)對(duì)照鉆孔共使用材料0.3 t，累計(jì)封孔材料費(fèi)用1700×0.3/10=51 元/孔。整套封孔設(shè)備單價(jià)為1815元/套，總計(jì)單孔成本為1866 元。

5 結(jié)論

試驗(yàn)孔平均小組濃度為75%，對(duì)照孔為36.6%，試驗(yàn)孔是對(duì)照孔的1.3 倍。試驗(yàn)孔平均純量為0.443 m3/min，對(duì)照孔平均純量為0.205 m3/min，試驗(yàn)孔小組純量是對(duì)照孔的約2.2 倍。

（2）抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間

試驗(yàn)孔抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間為89 d，對(duì)照孔抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間為194 d。試驗(yàn)孔的瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間比對(duì)照孔瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間提前105 d。

（3）成本對(duì)比

高水材料單孔封孔成本為2100 元，水泥砂漿單孔封孔成本為1866 元。高水材料單孔封孔費(fèi)用比水泥砂漿封孔高234 元。

綜合以上數(shù)據(jù)分析，高水材料封孔技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的水泥砂漿封孔而言，具有抽采瓦斯?jié)舛雀?、抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間短和成本低的特點(diǎn)。所以高水材料封孔技術(shù)對(duì)于鉆孔抽采瓦斯有較好的應(yīng)用前景。