李程程，王 毅，王 力，段會(huì)軍

(1.煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013；2.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

由于我國(guó)煤礦開(kāi)采的深度逐漸增加，以及高強(qiáng)度的機(jī)械化生產(chǎn)，煤礦瓦斯含量普遍增高、礦井瓦斯涌出量急劇增加[1]，高瓦斯礦井煤炭產(chǎn)量占我國(guó)煤炭總產(chǎn)量的30%[2]。為了保證煤礦井下的安全生產(chǎn)，需要對(duì)瓦斯危害進(jìn)行治理，施工瓦斯抽采鉆孔是有效的防治手段之一。封孔操作可以封堵孔口段的裂縫，防止巷道內(nèi)的空氣進(jìn)入抽采通道，因此，封孔質(zhì)量會(huì)直接影響瓦斯的抽采效果。目前井下封孔施工均為人工操作，由于操作過(guò)程繁瑣、封孔深度受限等原因限制了井下封孔的效率和質(zhì)量。

提高封孔效果領(lǐng)域已有較多的研究，主要集中在改進(jìn)封孔器的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化封孔工藝、提高封孔材料的性能等方面[3-6]，這些研究成果可以在一定程度上提高瓦斯抽采效率。然而目前的研究大多是針對(duì)現(xiàn)有的井下條件進(jìn)行的，并未涉及到提高機(jī)械化、自動(dòng)化封孔效率方面的研究，改進(jìn)的封孔器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、大多采用柔性材料制成、整體性不強(qiáng)，無(wú)法進(jìn)行機(jī)械化操作，施工時(shí)仍需要人工進(jìn)行操作，無(wú)法避免由此造成的效率與安全方面的問(wèn)題。相比于掘進(jìn)、開(kāi)采等井下工作，封孔施工的機(jī)械化程度最低。在實(shí)現(xiàn)井下自動(dòng)化趨勢(shì)下[7]，有必要針對(duì)自動(dòng)化封孔進(jìn)行研究，而自動(dòng)封孔裝置為其中重要的一個(gè)方面。

自動(dòng)封孔裝置采用了整體式結(jié)構(gòu)，具有更高的強(qiáng)度，以“兩堵一注”封孔原理為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用內(nèi)部的高壓漿液提供動(dòng)力?！白狻迸c“注漿”受裝置內(nèi)漿液的壓力控制，依次進(jìn)行。因此，要根據(jù)自動(dòng)封孔裝置的工作原理對(duì)注漿與坐封壓力進(jìn)行研究與分析，為封孔裝置的研制與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持，對(duì)提高自動(dòng)化封孔效率具有重要意義。

1 注漿壓力的分析與確定

裝置兩端設(shè)有的封隔器可以對(duì)待封孔段的兩端進(jìn)行封堵實(shí)現(xiàn)“兩堵”，再通過(guò)裝置上的注漿機(jī)構(gòu)向環(huán)空帶壓注漿實(shí)現(xiàn)“一注”，對(duì)鉆孔和孔壁圍巖同時(shí)進(jìn)行封堵，裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)注漿通道的自動(dòng)切換，使裝置在高壓漿液的驅(qū)動(dòng)下完成坐封、注漿等動(dòng)作，在此基礎(chǔ)上使用自動(dòng)化鉆機(jī)，在預(yù)設(shè)程序的驅(qū)動(dòng)下對(duì)裝置進(jìn)行夾取、組裝及下入等操作，并調(diào)節(jié)注漿泵的流量與泵壓，實(shí)現(xiàn)井下封孔的自動(dòng)化。

圖1 自動(dòng)封孔裝置結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of the automatic sealing device

封隔器由橡膠的徑向膨脹實(shí)現(xiàn)“坐封”后，漿液在壓力的作用下進(jìn)入到裂隙內(nèi)，此時(shí)的漿液壓力為注漿壓力。注漿壓力直接影響漿液對(duì)圍巖的封堵能力，根據(jù)封孔裝置的工作原理可知，雖然坐封行為發(fā)生在注漿之前，但應(yīng)先確定注漿壓力，再以此確定坐封壓力。

1.1 封孔注漿的分析

注漿是利用壓力使?jié){液通過(guò)鉆孔注入巖土孔隙或建筑物裂隙中，使其物理力學(xué)性能改善的一種方法。井下封孔注漿的目的是使封孔材料在壓力的作用下擠注到鉆孔周?chē)牧严恫?duì)其進(jìn)行封堵，保證抽采瓦斯的濃度。施工使用的注漿材料主要分為顆粒狀注漿材料和化學(xué)注漿材料兩種，由于成本低、無(wú)污染等特點(diǎn)，以水泥漿為代表的顆粒狀漿液材料在井下封孔領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

封孔材料封堵裂隙后會(huì)降低圍巖的滲透性，根據(jù)注漿原理可知，當(dāng)將水泥漿的流變特性用賓漢流體描述[8]時(shí)，有：

賓漢流體的漿液在裂隙中的擴(kuò)散可推導(dǎo)出如下公式[8]：

賓漢流體停止流動(dòng)后擴(kuò)散距離[8]：

根據(jù)水泥漿剪切屈服強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式有：

式中：τB為剪切屈服強(qiáng)度，MPa；η為賓漢流體的塑性黏滯系數(shù)；p0為漿液注入壓力，MPa；p為漿液壓力，MPa；Q為漿液流量，m3/s；r為注漿孔半徑，m；R為漿液的滲透距離，m；a為裂隙或孔隙的寬度；τw為水的剪切屈服強(qiáng)度，MPa；K為常數(shù)取1.2；Wc為水灰比值。

何修仁[9]在假定巖層裂隙為均勻分布條件下，得出適用于注漿工程用計(jì)算公式：

式中：Kt為裂隙滲透系數(shù)，m/d；Δp為沿液流長(zhǎng)度的壓差，MPa；γw為水的容重，N/m3；bi為試驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)水灰比進(jìn)行換算；γn為漿液容重，N/m3；μw為水的動(dòng)力黏度，Pa·s；b為裂隙平均開(kāi)裂度，m；mt為巖石裂隙率，%。

理論上，漿液的徑向擴(kuò)散范圍越大，對(duì)裂隙的封堵效果越好，空氣進(jìn)入抽采通道的阻力越大，封孔效果越好。從上述的多個(gè)表達(dá)式可以看出，影響漿液滲透范圍的因素主要為：巖層的孔隙率、裂隙開(kāi)度、滲透率以及漿液的黏度和注漿壓力。在井下施工過(guò)程中，確保漿液滲透深度的主要和有效手段是提高注漿壓力。為了避免高壓使鉆孔圍巖的裂隙發(fā)生劈裂從而制造出更多的裂隙，要在合理的范圍內(nèi)選擇注漿壓力。

1.2 注漿徑向影響范圍分析

上述分析可知，可以通過(guò)控制注漿壓力進(jìn)而控制漿液在孔壁巖層內(nèi)的擴(kuò)散范圍，實(shí)現(xiàn)最佳的封孔效果。確定漿液的封堵范圍，體現(xiàn)在漿液對(duì)鉆孔周?chē)严兜姆舛履芰?，裂隙的分布與巖層的應(yīng)力狀態(tài)與瓦斯的滲透性有直接關(guān)系。目前，對(duì)鉆孔圍巖內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和抽采鉆孔的影響半徑的研究較為充分，因此，可以從這兩個(gè)角度對(duì)封孔材料的封堵深度進(jìn)行分析。

鉆孔形成過(guò)后，巖層的原始狀態(tài)被破壞，在圍巖內(nèi)產(chǎn)生次生應(yīng)力，可根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)將鉆孔周?chē)膸r層分為4個(gè)區(qū)域，由內(nèi)向外分別為：破碎區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)。其中破碎區(qū)的應(yīng)力最小，進(jìn)入塑性區(qū)后切向應(yīng)力逐漸增大，在與彈性區(qū)接觸時(shí)達(dá)到最大，之后逐漸減小并回歸原始應(yīng)力值，徑向應(yīng)力則逐漸增大到原始應(yīng)力值[10]。巖層內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)可以在一定程度上反映滲透特性[11]，巖層較完整、次生應(yīng)力值較低時(shí)表明滲透性高、裂隙較為發(fā)育，當(dāng)次生應(yīng)力值較高時(shí)表明滲透性較低。塑性區(qū)的邊緣應(yīng)力值最大且高于外部的原始應(yīng)力區(qū)，使孔壁產(chǎn)生位移或發(fā)生破壞，因此，雖然塑性區(qū)的應(yīng)力較大，但裂隙多，滲透性高。

防止空氣因抽采負(fù)壓進(jìn)入抽采通道，需要保證封孔材料的擴(kuò)散深度要超出塑性應(yīng)力區(qū)進(jìn)入彈性應(yīng)力區(qū)方可，并且要超出次生應(yīng)力的影響范圍。塑性區(qū)的計(jì)算公式[12]為：

式中：Rp為塑性應(yīng)力區(qū)范圍半徑，m；pp為巖層的初始應(yīng)力，MPa；c為黏聚力，MPa；φ為內(nèi)摩擦角，(°)。

代入常規(guī)的鉆孔以及地層參數(shù)得到，Rp=(1.2～2.2)r，可知塑性區(qū)的影響很小，由式(4)可知封孔注漿范圍遠(yuǎn)大于此。進(jìn)入彈性區(qū)后，巖層的次生應(yīng)力逐漸降低，完整性逐漸升高，裂隙逐漸閉合，透氣性降低并逐漸趨于原始值。因此，漿液滲入應(yīng)超過(guò)塑性區(qū)進(jìn)入彈性區(qū)并達(dá)到一定的深度。

瓦斯富集由孔口處的抽采裝置提供的負(fù)壓提供動(dòng)力，隨著徑向距離的增加，負(fù)壓逐漸衰減直至低于瓦斯的抽采極限。當(dāng)徑向距離超過(guò)一定值后，瓦斯便不會(huì)再進(jìn)行匯集，可以認(rèn)為封孔注漿的徑向封堵距離超過(guò)瓦斯的抽采半徑，就可以在鉆孔徑向上保證密封效果。瓦斯抽采的影響半徑不是一個(gè)定值，隨著圍巖內(nèi)二次應(yīng)力的釋放，巖層的滲透特性和瓦斯的壓力梯度發(fā)生改變，影響半徑也會(huì)增大[13]。此外，煤層的滲透特性、抽采負(fù)壓、鉆孔孔徑等多個(gè)因素會(huì)對(duì)抽采半徑產(chǎn)生影響。

根據(jù)抽采鉆孔的影響效果不同，抽采半徑的通用指標(biāo)分為抽采有效半徑r0和抽采影響半徑R0[14]，以二者為界限，將巖體分為滲流開(kāi)放區(qū)、滲流過(guò)渡區(qū)、未影響區(qū)域。布孔時(shí)滲流開(kāi)放區(qū)與滲流過(guò)渡區(qū)重合的越多，抽采效果越好，孔間距L的最佳范圍為2r0≤L≤R0[15]，如圖2所示。以抽采120 d為限，鉆孔的抽采有效半徑為1～2 m、抽采影響半徑為4～6 m[13,15]。由此可知，布孔距離范圍為2 m≤L≤6 m，故每個(gè)孔的漿液擴(kuò)散距離1 m≤rp=L/2≤3 m時(shí)可實(shí)現(xiàn)較好的密封能力。對(duì)于單孔而言，其漿液的滲透距應(yīng)等于多孔時(shí)的孔間距離L，即2 m≤rp=L≤6 m。

圖2 瓦斯?jié)B流狀態(tài)分布Fig.2 Gas seepage state distribution

1.3 注漿壓力的計(jì)算與模擬分析

漿液的水灰比會(huì)對(duì)剪切屈服強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響[16]，選取水灰比范圍在0.5～2.0進(jìn)行分析。根據(jù)式(3)進(jìn)行計(jì)算可知，注漿壓力的范圍為1.2～3.5 MPa，具體數(shù)值根據(jù)水泥漿的性能與巖層的孔隙情況而定。

利用數(shù)值模擬軟件COMSOL Multiphysics，在靜水條件下對(duì)水泥漿的徑向擴(kuò)散范圍進(jìn)行模擬，該軟件的地下水模塊可模擬流體在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散情況。鉆孔直徑為100 mm，以鉆孔為中心、地層尺寸20 m×20 m建立二維平面注漿模型，選定普通水泥漿為研究對(duì)象，以灰?guī)r的性質(zhì)做參考，主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 數(shù)值模擬主要參數(shù)Table 1 Main parameters of numerical simulation

用相對(duì)壓力表示注漿壓力，注漿壓力的取值范圍為1～4 MPa，用p0表示，無(wú)限遠(yuǎn)處的壓力為0。以0.5 MPa為梯度遞增，模擬多個(gè)注漿壓力下漿液的擴(kuò)散情況。利用達(dá)西定律與稀物質(zhì)進(jìn)行耦合計(jì)算，以漿液濃度分布代表漿液填充裂隙的體積分?jǐn)?shù)，進(jìn)而表示漿液的擴(kuò)散情況，體積分?jǐn)?shù)為0的區(qū)域表示為未擴(kuò)散區(qū)域，以此確定漿液的徑向擴(kuò)散距離。注漿壓力為2 MPa和4 MPa時(shí)的擴(kuò)散情況如圖3所示，擴(kuò)散的深度與注漿壓力呈正相關(guān)，與式(3)表現(xiàn)的規(guī)律相符。

圖3 不同壓力下漿液的徑向擴(kuò)散Fig.3 Radial diffusion distance of the slurry under different pressures

將模擬所得數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。結(jié)果顯示：注漿壓力范圍為1.5～3.0 MPa時(shí)，計(jì)算值和模擬值的誤差在20%以內(nèi)；注漿壓力范圍為2.0～2.5 MPa時(shí)，二者的誤差在6%以內(nèi)，可以認(rèn)為注漿壓力在2.0～2.5 MPa的區(qū)間內(nèi)具有較好的一致性。漿液擴(kuò)散的計(jì)算值與注漿壓力為線性關(guān)系，而模擬值則表明，隨著注漿壓力的增加，漿液擴(kuò)散距離的增長(zhǎng)速度逐漸降低，即邊際效應(yīng)隨注漿壓力的增長(zhǎng)而降低。原因可能是隨著漿液的深入，需要覆蓋的巖層體積逐漸增大而導(dǎo)致其擴(kuò)散范圍增長(zhǎng)速度減少。

根據(jù)模擬的結(jié)果可知，當(dāng)注漿壓力不變時(shí)，漿液的擴(kuò)散距離與擴(kuò)散時(shí)間呈正相關(guān)。但漿液具有時(shí)變特性，滲透過(guò)程中黏度會(huì)隨時(shí)間而增大、塑性隨時(shí)間降低，因此漿液的擴(kuò)散的時(shí)間有限。根據(jù)文獻(xiàn)[17]可知，水泥漿的終凝時(shí)間最長(zhǎng)為400～600 min，以此為時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析。在4 MPa的注漿壓力下進(jìn)行瞬態(tài)模擬，分別獲得第400分鐘、第600分鐘時(shí)漿液的擴(kuò)散情況。模擬結(jié)果顯示，在注漿壓力為4 MPa的情況下，在第400分鐘和第600分鐘的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，漿液的濃度分別在2.1 m和3 m處開(kāi)始衰減，并分別在3.4 m和4.1 m處濃度降為0，如圖5所示?？烧J(rèn)為漿液的最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離為3.4 m和4.1 m，在400～600 min這一時(shí)間段內(nèi)的有效擴(kuò)散距離為2.1～4.1 m。

圖4 漿液擴(kuò)散的計(jì)算值與模擬值Fig.4 The calculated and simulated values of slurry diffusion

圖5 注漿壓力4 MPa下不同時(shí)刻漿液的擴(kuò)散情況Fig.5 Diffusion of slurry under grouting pressure of 4 MPa at different times

此外，根據(jù)文獻(xiàn)[18-20]和施工經(jīng)驗(yàn)可知，出于不同目的鉆孔在封孔時(shí)所用的注漿壓力有一定的差別，注漿壓力范圍為1～5 MPa。瓦斯測(cè)壓鉆孔在注漿壓力為4～5 MPa時(shí)對(duì)圍巖裂隙的封堵效果較好，可以得到更準(zhǔn)確的瓦斯壓力。瓦斯抽采鉆孔在采用“兩堵一注”工藝進(jìn)行封孔時(shí)的注漿壓力一般為2 MPa左右。由于目前封孔器主要采用柔性材料制成，強(qiáng)度較低，注漿壓力常受于封孔器本身的性能所限。

對(duì)上述注漿壓力和注漿時(shí)間對(duì)漿液擴(kuò)散距離影響的計(jì)算和模擬結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)合已有的研究成果和施工經(jīng)驗(yàn)可知，為使?jié){液的擴(kuò)散距離在2～4 m的范圍內(nèi)，注漿壓力應(yīng)為2～4 MPa，自動(dòng)封孔裝置可以滿足這一注漿需求。

2 坐封壓力的分析與確定

坐封是靠漿液推動(dòng)活塞擠壓橡膠實(shí)現(xiàn)徑向膨脹擠壓孔壁完成的，根據(jù)擠壓密封原理可知，封隔器的橡膠膨脹后與孔壁接觸面的壓力大于漿液的壓力就可以形成密封[21]，即橡膠與孔壁的接觸壓力pt≥p即可。因此，坐封質(zhì)量直接影響注漿時(shí)壓力。根據(jù)橡膠的力學(xué)特點(diǎn)，其徑向接觸力與軸向壓力間存在一定的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

2.1 坐封橡膠的應(yīng)變分析

由于孔內(nèi)的空間有限，橡膠的壓縮形變受到一定限制。圖6所示為橡膠筒軸向剖面的形態(tài)尺寸。內(nèi)徑?1=60 mm，壓縮前外徑?2=90 mm，鉆孔孔徑?=96 mm，壓縮前后軸向長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和L2。

圖6 孔內(nèi)橡膠壓縮形變Fig.6 The compression deformation of rubber in the hole

由于橡膠的不可壓縮性，壓縮前后其體積不變，因此，有：

可由此算出軸向應(yīng)變：

代入?yún)?shù)后可知ε1=0.20。若橡膠膨脹后擠壓孔壓入到孔壁一段距離，因此，假定橡膠膨脹后外徑?3=100 mm，可計(jì)算出軸向應(yīng)變?chǔ)?=0.30。同理還可以計(jì)算出其徑向應(yīng)變?chǔ)?=0.20，δ2=0.33。

在確定的鉆孔結(jié)構(gòu)下坐封橡膠的徑向與軸向的應(yīng)變是確定的，可以此為依據(jù)選擇合適的橡膠材料。

2.2 坐封橡膠的應(yīng)力分析

橡膠是一種典型的超彈性材料，應(yīng)力和應(yīng)變之間呈非線性關(guān)系。橡膠的彈性性能可以通過(guò)應(yīng)變能函數(shù)建立相應(yīng)的本構(gòu)模型進(jìn)行描述。目前常見(jiàn)的模型有：Yeoh、Ogden、Van der Waals、Mooney-Rivlin等，其中Mooney-Rivlin本構(gòu)模型在描述小和中等規(guī)模應(yīng)變時(shí)準(zhǔn)確率高，得到廣泛的研究與應(yīng)用[22-24]。應(yīng)變能定義的表達(dá)式為：

兩邊求導(dǎo)即為應(yīng)力σ，推廣到宏觀結(jié)構(gòu)則有：

式中：Δ為外力對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)位移。

橡膠Mooney-Rivlin模型的應(yīng)變能函數(shù)公式[25]為：

式中：W為應(yīng)變能密度；Cij為Rivlin系數(shù)；I1、I2為第一、第二 Green應(yīng)變不變量。

研究表明，兩參數(shù)的Mooney-Rivlin模型就可以較好地?cái)M合橡膠的實(shí)際工況。橡膠泊松比μ=0.450～0.499，可看作是一種體積不可壓縮的材料，因此，當(dāng)ε為應(yīng)變、λ=1+ε為主伸長(zhǎng)比時(shí)，在單軸拉伸或壓縮的情況下，MooneyRivlin模型材料的應(yīng)力應(yīng)變方程可表示為：

C10和C01為Rivlin系數(shù)，該公式適用于橡膠應(yīng)變?cè)?50%以內(nèi)的情況。根據(jù)式(13)，可通過(guò)試驗(yàn)或計(jì)算求解C10和C01，或通過(guò)給定的C10和C01來(lái)確定橡膠的應(yīng)力或應(yīng)變。

以坐封橡膠的2種壓縮狀態(tài)下對(duì)孔壁的接觸應(yīng)力等于相應(yīng)的注漿壓力為邊界條件，計(jì)算出橡膠的應(yīng)力系數(shù)，再由此計(jì)算橡膠在相應(yīng)的壓縮條件下的軸向應(yīng)力值。因此，以徑向形變?chǔ)?和δ2為應(yīng)變，注漿壓力的范圍為應(yīng)力，求解式(13)有：C10=8.495，C01=7.820。再將軸向形變?chǔ)?與ε2代入式(13)，分別求出對(duì)應(yīng)的σ1=2 MPa，σ2=7 MPa，由此可求出，橡膠在可發(fā)生形變的限制下，橡膠所需軸壓pa=2～7 MPa，根據(jù)計(jì)算過(guò)程可知，徑向形變?cè)酱笏栎S向壓力就越大，因此，鉆孔的孔徑越小封孔所需的坐封壓力越小。

2.3 坐封壓力的計(jì)算分析

裝置坐封是由高壓漿液提供的動(dòng)力，封隔器內(nèi)部坐封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理如圖7所示。高壓漿液作用到活塞桿上產(chǎn)生推力，活塞桿在推力的作用下沿裝置的軸向壓縮坐封橡膠，使橡膠產(chǎn)生徑向膨脹完成坐封，封堵待封孔段的兩端完成“兩堵”，為帶壓封孔提供保壓空間。為了防止橡膠回彈影響坐封效果，在活塞桿和管體上設(shè)置“限位機(jī)構(gòu)”，使橡膠只沿受壓縮的方向發(fā)生形變。

圖7 橡膠坐封原理Fig.7 Schematic of rubber sealing

漿液對(duì)活塞桿的作用面積為S1，作用力為pp；活塞對(duì)橡膠的作用面積為S2，作用力為pa，根據(jù)力的平衡有：

根據(jù)封孔裝置的尺寸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知S2=(1.1～1.2)S1，因此，有pp=(1.1～1.2)pa=(2.2～8.4) MPa。由計(jì)算過(guò)程可知，鉆孔孔徑與封隔器外徑相差越大，所需的坐封壓力越大，為了保證封孔的質(zhì)量，要根據(jù)鉆孔的需求選擇合適的封孔裝置和對(duì)應(yīng)的注漿、坐封壓力參數(shù)。

值得注意的是，本次得出的注漿、坐封壓力可以為自動(dòng)封孔裝置提供一定的理論基礎(chǔ)，漿液在裝置內(nèi)流動(dòng)時(shí)壓力因摩阻會(huì)有一定損失，因此，在裝置研制時(shí)要考慮這一部分。此外，受時(shí)變性影響，漿液的擴(kuò)散距離不會(huì)隨壓力增加而一直擴(kuò)大。施工時(shí)可以利用此特性，在適當(dāng)?shù)淖{壓力下，通過(guò)添加緩凝劑，適當(dāng)延長(zhǎng)漿液的凝結(jié)時(shí)間，增加徑向密封范圍，提升封孔效果。

3 結(jié)論

a.通過(guò)理論計(jì)算和數(shù)值模擬分析可知，注漿壓力應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)。壓力為2～4 MPa時(shí)可使?jié){液在鉆孔徑向上封堵裂隙的距離達(dá)2～4 m，在瓦斯抽采的影響半徑范圍內(nèi)，可得到良好的封孔效果。

b.通過(guò)對(duì)橡膠的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行分析可知，鉆孔孔徑越大、注漿壓力越大，所需的坐封壓力也越大，坐封壓力的范圍為2.2～8.4 MPa。當(dāng)鉆孔直徑為100 mm、注漿壓力為4 MPa時(shí)，坐封壓力為8.4 MPa；鉆孔直徑為96 mm、注漿壓力為2 MPa時(shí)，坐封壓力為2.2 MPa。

c.坐封、注漿壓力的研究成果可以為封孔裝置的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)，保證裝置的順利研制。同時(shí)注漿、坐封壓力值也是施工所需的重要參數(shù)，以此為基礎(chǔ)制定封孔施工所需的工藝參數(shù)，可以保證裝置的正常工作并提高井下瓦斯鉆孔的封孔效率。