新型“堵-注-排”鉆孔封孔工藝的研究與應(yīng)用

王興盛

（汾西礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 呂梁 033000）

0 引 言

雙柳煤礦為煤與瓦斯突出礦井，4（3+4）號煤層具有突出危險性，瓦斯壓力和含量都比較大，防治煤與瓦斯突出最有效的措施就是預(yù)抽煤層瓦斯，而鉆孔封孔質(zhì)量的好壞直接影響預(yù)抽煤層瓦斯的效果，通過研究使用新型“堵-注-排”封孔工藝,解決了鉆孔封孔效果差、鉆孔濃度低的問題,能夠大幅提高鉆孔單孔抽采濃度,并保持了長時間的穩(wěn)定抽采效果,為礦井瓦斯治理提供保障,值得推廣應(yīng)用。

1 影響鉆孔封孔效果的因素

由于煤層地質(zhì)條件多變，煤層透氣性差等因素存在，瓦斯抽采存在諸多問題，鉆孔抽采效果的決定因素在于封孔，封孔技術(shù)是煤礦瓦斯抽采作業(yè)中一項極其重要的工藝，封孔質(zhì)量的好壞決定鉆孔抽采效果，而順層鉆孔封孔的關(guān)鍵在于對煤壁裂隙的封堵。封孔質(zhì)量的好壞決定著鉆孔的最終抽采效果。

2 目前封孔工藝存在問題

目前注漿封孔法常用的工藝為“兩堵一注”封孔工藝。常用的封孔方法是利用聚氨酯快速構(gòu)筑抽鉆孔封孔段注漿空間。待聚氨酯完全固化后，再通過孔口端預(yù)留注漿管和返漿管利用風(fēng)動注漿泵向封孔段密閉空間注入水泥漿，直到返漿管排出漿液，封孔停止。存在以下問題：

1）聚氨酯遇水反應(yīng)膨脹效果變差，且封孔段的水無法排出，無法封堵含水鉆孔。

2）聚氨酯需要提前綁定在抽采管上，送入鉆孔，由于送入過程不可避免會出現(xiàn)滑動，無法保證封孔段長度和封孔深度，無法實現(xiàn)要求的封孔工藝，且封孔管由于自身重力的作用無法保證封孔后處于鉆孔的中心位置。

3）無法實現(xiàn)壓力封孔,無法保證封孔質(zhì)量。

3 “堵-注-排”封孔器的組成及封孔流程

“堵-注-排”封孔器主要由瓦斯抽放管、PE注漿管、排水排氣管、內(nèi)、外封堵囊袋等裝置構(gòu)成。封孔時，首先將注漿材料注入到封孔器中進行封孔，注漿村料首先注入并充滿內(nèi)封堵囊袋，隨著注漿壓力的上升，外封堵囊袋中的逆止閥自動打開，注漿材料開始注入并充滿外封堵囊袋，隨著注漿壓力的進一步提高，爆破-單向逆止組合閥打開，注漿材料開始注入并充滿內(nèi)外封堵囊袋之間的空間，同時鉆孔中的水和氣通過排水排氣管排出，從而可以實現(xiàn)“堵-注-排”的注漿封孔工藝。使用“堵-注-排”封孔器封孔，鉆孔中的水可以排出，很好的解決了鉆孔中水對注漿材料的不利影響，注漿材料更易充滿整個封孔段，封孔后的注漿材料更加致密，保證了整個封孔段的封孔嚴(yán)密性。

圖1 “堵-注-排”注漿封孔裝置結(jié)構(gòu)原理圖

4 “堵-注-排”封孔工藝原理

新型“堵-注-排”封孔工藝，通過高壓注漿將使孔內(nèi)裂隙完全充填，加固鉆孔，保證鉆孔內(nèi)不再有新的裂隙產(chǎn)生，同時能夠排出鉆孔的水和注漿材料的水，進一步的增加封孔材料的密封和強度，增強鉆孔的穩(wěn)定性，保證了鉆孔的密封質(zhì)量。能夠?qū)崿F(xiàn)鉆孔壁注漿加固，將鉆孔內(nèi)部煤體填實。同時改變鉆孔封孔段的煤體強度。注漿材料可以進入鉆孔周圍的裂隙，提高鉆孔封孔段周圍的煤體強度。

5 現(xiàn)場實踐及考察

為了考察新型“堵-注-排”封孔工藝抽采效果，在雙柳煤礦井下33（4）18運巷施工4個本煤層鉆孔，33（4）18 工作面原始瓦斯壓力為 0.81～1.3MPa，原始瓦斯含量為 8.2～12.5m3/t，絕對瓦斯涌出量6m3/min左右。使用新型“堵-注-排”封孔工藝進行注漿封孔，同時觀測4個鉆孔抽采濃度，對數(shù)據(jù)進行對比分析，鉆孔瓦斯抽放濃度隨時間變化如圖2所示。

同時在33（4）18運巷施工的4個本煤層鉆孔附近觀測另一組4個抽放鉆孔的濃度 (采用的是普通“兩堵一注”封孔工藝，封孔深度8m),其鉆孔瓦斯抽放濃度隨時間變化如圖3所示。

圖3 鉆孔瓦斯抽放濃度變化

對比圖2與圖3可知：

1）兩種封孔方法抽采前期鉆孔濃度都比較高，隨著抽采時間的增加鉆孔濃度逐漸降低。

2）抽放一段時間后，“堵-注-排”封孔工藝瓦斯?jié)舛冉档头刃。p較慢，使用“兩堵一注”封孔工藝的鉆孔濃度衰減較快，使用“堵-注-排”封孔工藝的鉆孔在抽放40天左右鉆孔瓦斯?jié)舛饶軌虮３衷?0%左右，使用“兩堵一注”封孔工藝的鉆孔在抽放30天后瓦斯?jié)舛纫呀?jīng)降到30%以下，抽放40天后瓦斯?jié)舛然驹?0%左右。

3）鉆孔抽放兩個月后，在抽采鉆孔附近取芯測定煤層殘余瓦斯含量，使用“堵-注-排”封孔工藝的鉆孔附近測定最大殘余瓦斯含量為6.5m3/t左右,使用兩堵一注封孔工藝的鉆孔附近測定最大殘余瓦斯含量為8m3/t左右。使用“堵-注-排”封孔工藝的鉆孔抽采效果比兩堵一注封孔工藝鉆孔的抽采效果好。

6 結(jié) 論

1）堵-注-排”封孔工藝封孔器使用方法簡單，1-2個工人即可完成封孔操作。封孔器的囊袋封堵壓力和注漿壓力的控制均由不同的閥門自動控制，無需工人操作，即可保證長時間的高壓力注漿過程，可以將更多的封孔材料注入到煤隙中去，從而保證了整個封孔系統(tǒng)的安全性。

2）堵-注-排”封孔工藝封孔器適用范圍廣，無論是上行孔還是下行孔，或者是水平孔，都能夠高質(zhì)量完成封孔工作，具有很好的推廣性。

3）通過采用新型“堵-注-排”封孔工藝，雙柳煤礦的瓦斯抽放濃度有了大幅提高，礦井的瓦斯抽采量和抽采濃度得到了大幅的提高，大大提升了瓦斯抽放效果，為礦井的瓦斯治理奠定了良好的基礎(chǔ)。