厚煤層順層長鉆孔封孔新工藝瓦斯抽采技術(shù)

曹學軍++李軍艦++趙勇

摘要：為解決潘三煤礦順層鉆孔封孔不嚴造成消突效果差和CO超標的問題，結(jié)合礦井煤層實際情況，提出了一種新封孔工藝瓦斯抽采技術(shù)，此項技術(shù)包括選擇初凝時間可調(diào)、流動性強的速凝膨脹封孔劑，帶壓封孔以及增加封孔長度等措施。經(jīng)1762（3）綜采工作面現(xiàn)場實踐證明，順層鉆孔抽采濃度大幅增加，CO超標現(xiàn)象明顯減少，封孔效果良好。

關(guān)鍵詞：順層鉆孔；封孔；瓦斯抽采

中圖分類號：TD712.6文獻標志碼：B

文章編號：1672-1098（2015）01-0035-04

潘三礦的13煤、11煤等突出危險區(qū)綜采工作面回采前均采用順層鉆孔預抽消突，因抽采濃度低，合茬抽采后單孔濃度普遍在15%以下，而且衰減后，下降到5%～10%，還經(jīng)常出現(xiàn)CO達到或超過24×10-6，造成90%以上鉆孔間歇性抽采。為盡早實現(xiàn)工作面預抽達標，我礦采取將順層鉆孔施工間距由10 m加密為5 m，甚至25 m，靠增加鉆孔量或延長抽采時間提高抽采量。不僅費時費力費財，還因為抽采出現(xiàn)CO存在自然發(fā)火重大安全隱患，不能實現(xiàn)快速安全消突。

經(jīng)分析順層長鉆孔停抽原因，主要是封孔不嚴，封孔工藝不過關(guān)造成鉆孔漏氣，鉆孔在煤層中施工，周圍煤體相對比較松軟，裂隙發(fā)育程度較高，傳統(tǒng)封孔工藝很難解決抽采漏氣問題[1]。鉆孔漏氣導致單孔瓦斯?jié)舛人p快[2]，而且強抽易引起煤體提前氧化，出現(xiàn)CO。為了達到抽采濃度最大化、抽采時間持續(xù)化，最終實現(xiàn)采煤工作面快速消突，在1762（3）綜采工作面順層鉆孔實施新工藝封孔抽采技術(shù)。

1工作面概況

1762（3）工作面標高-640～-584 m，處于13煤突出危險區(qū)域，瓦斯原始壓力25 MPa，瓦斯含量82 m3/t。軌道順槽及切眼采用底板巷穿層鉆孔掩護，運輸順槽為沿空掘進。工作面走向長度為870 m，傾斜長度為242 m，煤層平均厚度為4m， 工作面內(nèi)煤層角度6°～11°， 平均為7°。 工作面回采前， 采用順層長鉆孔預抽消突， 分別在軌、 運順垂直巷幫開孔， 相向施工， 間距10 m，軌順設(shè)計81個，長110 m，為下向順層孔。運順設(shè)計80個，長140 m，為上向順層孔（見圖1）。

選擇1792（3）工作面為比對面，主要是1762（3） 工作面與1792（3）工作面屬于同采區(qū)同煤層，工作面消突措施相同。

圖11762（3）工作面鉆孔布置示意圖

2創(chuàng)新順層長鉆孔封孔新工藝

封孔新工藝主要特點：選擇初凝時間可調(diào)，流動性強的速凝膨脹封孔劑；實現(xiàn)帶壓封孔，注漿壓力達到2 MPa，對鉆孔周邊松散的煤體和裂隙加強密封；增加封孔長度，由12 m加長為14 m，以減少穿層鉆孔影響；加強現(xiàn)場組織管理，確保封孔質(zhì)量。

21封孔材料選擇

以往潘三礦順層長鉆孔，采用聚氨酯有機發(fā)泡材料作為封孔劑進行封孔。應用實踐中發(fā)現(xiàn)，抽采效果不夠理想。主要表現(xiàn)在，一方面，抽采瓦斯?jié)舛鹊停椴尚Ч?，影響了消突效果；另一方面，抽采鉆孔CO超標，甚至出現(xiàn)過鉆孔發(fā)火的現(xiàn)象。

出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因在于，封孔效果差，出現(xiàn)抽采鉆孔漏氣。而造成聚氨酯封孔漏氣的原因在于以下兩個方面：一方面，順層鉆孔的孔口段處在巷道的塑性破壞范圍內(nèi)，煤體完整性差，裂隙和節(jié)理發(fā)育，具有一定的滲透性；另一方面，聚氨酯封孔劑，初凝時間難以調(diào)節(jié)，封孔長度不易控制，聚氨酯反應速度太快，不能使鉆孔周邊松散煤體和縫隙得到充分密封[3]。

為了提高順層鉆孔的密封性，需要找到一種新型的封孔材料。新型的封孔材料必須具備以下特點：初凝時間可調(diào)，封孔長度容易控制，材料的流動性強，能夠滲流到鉆孔周圍的裂隙中，充分密封鉆孔。通過比較多種具有類似這種特性的材料，并經(jīng)過多次密封試驗，最后確定選用JD-WFK-2型速凝膨脹水泥封孔劑，作為新的封孔材料。

該速凝膨脹封孔劑外觀為灰色粉末，無毒、無污染、無腐蝕性。將材料按比例1：1兌水施工，制料過程中發(fā)生單純的物理絡(luò)合反應，反應不劇烈，無明顯熱量放出，無有毒有害氣體生成。該封孔劑初凝時間可調(diào)，封孔長度容易控制，流動性強。該封孔劑的膨脹系數(shù)為08%～12%，凝固膨脹后不析水，密實性好。在封孔時，采用帶壓注射，封孔劑能夠滲流到鉆孔周圍煤體的裂隙內(nèi)，能夠顯著提高鉆孔的封孔質(zhì)量。

22封孔工序

221掃孔下套管前，利用壓風，通過鉆桿，將封孔段內(nèi)的煤粉全程清掃干凈。

22.2下套管及堵孔

采用2 m花管、12 m實心雙抗管和2 m實心鐵管，連接成抽采管?；ü芊胖迷阢@孔前段，雙抗管與花管連接。雙抗管前端2 m包裹棉紗與聚氨酯混合物，并用鐵絲固定。將底部敷設(shè)棉紗的雙抗管送至孔中預定深度后，反復抽動雙抗管路，使底部棉紗與孔壁充分接觸，形成前端封堵段。在前端封堵段后，鋪設(shè)兩路鋼管，分別做為注漿管和返漿管，兩路鋼管在孔口處外露03 m。注漿管長度40 m；若為上向鉆孔，則返漿管長12 m；若為下向鉆孔，則返漿管長度為40 m。在孔口段，采用速凝膨脹封孔材料或聚氨酯進行封堵，封堵深度15 m，凝固時間10 min。封孔段配置兩路鐵管，在孔口安設(shè)球閥，外露300 mm，分別做為注漿管和返漿管，注漿管長4 m，返漿管上向孔長12 m，下向孔長4 m（見圖2）。

圖2順層鉆孔封孔工藝圖

223壓注封孔材料

采用型號OZB-50-6風動注漿泵注漿，將速凝膨脹封孔劑與水按1∶1比例混合后注入孔中，當預埋返漿管有漿液流出時，鉆孔內(nèi)漿液已滿， 此時關(guān)閉返漿管路球閥繼續(xù)注

漿。經(jīng)過反復試驗，確定了帶壓注漿的壓力和時間最佳值，即注漿泵壓力達到2 MPa，保持注漿5 min后停止注漿并關(guān)閉注漿管，此時鉆孔內(nèi)裂隙已經(jīng)充分封堵。由于速凝膨脹封孔劑具有凝固膨脹后不析水，膨脹系數(shù)高的特點，因此在停泵后，漿液凝固過程中，材料將繼續(xù)膨脹，充填裂隙，達到密封鉆孔的目的（見圖3）。endprint

224合茬抽采

待注漿4 h后，封孔材料完全凝固，即可連接抽采管路進行瓦斯抽采，抽采負壓保持在13～15 kPa。

3抽采效果分析

在1762（3）工作面已成功使用新的封孔工藝封孔139個。封孔后瓦斯抽采數(shù)據(jù)與1792（3）順層孔抽采數(shù)據(jù)對比如表1所示，單孔濃度對比如圖4所示，單孔抽采純量對比如圖5所示。

圖3順層鉆孔及（下向）封孔效果圖

1. 1762（3）運順鉆孔抽采純量；2. 1792（3）運順鉆孔采純量

圖51762（3）和1792（3）平均單抽采純量考察圖

由表1、圖4及圖5可看出，新的封孔工藝與老的封孔工藝對比，在相同負壓（13 kPa）下鉆孔的抽采效果有了很大程度提高，一個月后的抽采濃度由原來10%，提高到25%，增幅達到150%。不僅如此，新的封孔工藝的應用，提高了鉆孔的密封性，鉆孔因抽采漏氣出現(xiàn)CO氣體的幾率大大降低（見圖6），延長了鉆孔抽采壽命（見圖7）。

圖61792（3）和1762（3）順層孔內(nèi)CO對比圖

圖71792（3）和1762（3）順層鉆孔抽采壽命對比圖

目前1762（3）順層鉆孔平均抽采時間已持續(xù)達兩個月以上，單孔平均抽采量005 m3/min，相比1792（3）工作面順層孔抽采壽命而言，提高了9倍以上。

4結(jié)論

通過改進封孔工藝與加強現(xiàn)場管理相結(jié)合，潘三礦在1762（3）順層長鉆孔瓦斯抽采濃度和連續(xù)抽采時間，相對于以前封孔工藝，兩個月后單孔平均抽采濃度，由原來不到10%，提高到25%，增幅達到150%，鉆孔因CO濃度大于24×10-6而停抽率由原來74%降為2%，降低了近37倍。

參考文獻：

[1]WANG LIANG，CHENG YUAN-PING，LI FENG-RONG，et al.Fracture evolution and pressure relief gas drainage from distant protected coal seams under an extremely thick key stratum [J].Journal of China University o f Mining & Technology，2008，18 （2）：182-186.

[2]王兆豐. 我國煤礦瓦斯抽放存在的問題及對策探討[J]. 焦作工學院學報：自然科學版， 2003， 22（4）：241-246.

[3]周福寶， 李金海， 昃璽， 等.煤層瓦斯抽采鉆孔的二次封孔方法研究[J].中國礦業(yè)大學學報， 2009， 38（6）： 64-67.

（責任編輯：何學華，吳曉紅）endprint