煤層瓦斯抽放鉆孔封孔質(zhì)量檢測應用研究

楊利平

（1、中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶400037 2、國家煤礦安全技術工程研究中心，重慶400037）

我國煤層地質(zhì)賦存條件復雜，多數(shù)煤層屬于高瓦斯低透氣性煤層，煤層瓦斯含量高、瓦斯壓力大且難以抽采，瓦斯災害長期以來嚴重威脅著我國煤礦的安全生產(chǎn)[1]。煤層瓦斯抽采是治理煤礦瓦斯的重要技術手段之一，通過瓦斯抽采可以有效降低采掘工作時的瓦斯涌出量，減少通風負擔，解決礦井通風難以解決的難題。瓦斯抽采主要依托于打鉆與封孔來完成，封孔質(zhì)量的好壞嚴重影響著瓦斯抽采的整體效果，而合理的封孔深度是保證抽采鉆孔封孔質(zhì)量和高效抽采的必要條件[2-3]。煤層瓦斯抽放鉆孔封孔質(zhì)量是檢驗封孔深度是否合適的關鍵參數(shù)，也是影響抽采效率的重要因素之一，煤層瓦斯抽采鉆孔封孔質(zhì)量的好壞直接影響抽采鉆孔瓦斯?jié)舛萚4-6]。因此，基于檢測負壓狀態(tài)下抽采鉆孔內(nèi)不同深度的瓦斯及氧氣濃度值變化規(guī)律，結(jié)合煤層瓦斯抽采鉆孔內(nèi)瓦斯運移規(guī)律，利用YFZ3 型瓦斯抽放鉆孔封孔質(zhì)量檢測儀對晉煤集團長平煤業(yè)進行鉆孔封孔質(zhì)量檢測。

1 封孔質(zhì)量檢測儀檢測原理

1.1 儀器簡介

煤層瓦斯抽放鉆孔封孔質(zhì)量檢測儀（YFZ3 型）主要用于測定接抽狀態(tài)下抽采鉆孔內(nèi)不同深度位置瓦斯和氧氣濃度的分布情況，從而判定抽采鉆孔的封孔質(zhì)量和漏氣通道位置，以便對封孔方式和封孔參數(shù)進行改進，提高鉆孔瓦斯抽采效果。抽采鉆孔封孔質(zhì)量檢測裝置基于煤層鉆孔瓦斯流動理論設計，工作原理如下所述：

（1）當抽采鉆孔封堵效果較好時，孔內(nèi)抽采瓦斯和氧氣的濃度值在負壓狀態(tài)下沿鉆孔走向波動范圍較小。

（2）當鉆孔封孔封堵效果差或存在“串孔”的情況時，孔內(nèi)的瓦斯和氧氣濃度自孔底往孔口沿線將出現(xiàn)“階梯式”的突降，即：孔口至漏氣位置區(qū)域內(nèi)瓦斯?jié)舛冗h低于漏氣位置至孔深方向區(qū)域內(nèi)的瓦斯?jié)舛取?/p>

YFZ3 型煤層瓦斯抽放鉆孔封孔質(zhì)量檢測儀主要由主機、瓦斯參數(shù)探測管、快接三通等組成，如圖1 所示。

1.2 封孔質(zhì)量判斷準則

根據(jù)管流流體力學知識可知，當抽采鉆孔內(nèi)不同孔深（深度遞減）瓦斯和氧氣濃度基本保持不變或波動范圍較小，表明抽采鉆孔封孔質(zhì)量較好，反之質(zhì)量較差，濃度變化越明顯，表明封孔質(zhì)量越差。結(jié)合圖1 所布置測點位置，根據(jù)參數(shù)測定結(jié)果，提出了判定抽采鉆孔的密封質(zhì)量和漏氣位置的方法：

①若a 測點瓦斯?jié)舛让黠@低于b 測點，則表明抽采管已被破壞或發(fā)生漏氣；

②若b 測點瓦斯?jié)舛让黠@低于c 測點，則表明封孔材料已破壞或封孔質(zhì)量差；

③若c 測點瓦斯?jié)舛让黠@低于d 測點，則表明存在漏氣通道或封孔深度不足；

④若d 測點的瓦斯?jié)舛让黠@較小，則表明抽采鉆孔的深部存在漏氣通道。

圖1 封孔質(zhì)量檢測裝置工作原理示意圖

2 現(xiàn)場檢測

2.1 某煤礦工作面鉆孔編號CD13-12，順層孔，孔徑113mm，傾角-4°，孔深110m，封孔深度16m，抽采時間20 天，抽采負壓22kPa，鉆孔內(nèi)不同孔深瓦斯和氧氣濃度值如表1 所示，變化趨勢如圖2 所示。

表1 鉆孔內(nèi)不同孔深瓦斯和氧氣濃度值

圖2 瓦斯和氧氣濃度值隨孔深不同變化圖

由圖2 可知，鉆孔CD13-12 在15m～30m 范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛扔?4.8%降低至29.0%，氧氣濃度值由4.2%上升至14%，瓦斯及氧氣濃度值隨孔深的增加變化波動較大，鉆孔在該范圍內(nèi)存在漏氣通道；鉆孔在15m～20m 范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛扔?0%降低至30%，氧氣濃度由9%升至14%，在該范圍內(nèi)存在嚴重漏氣通道；在20m～30m 范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛扔?4.8 降低至50%，氧氣濃度由4.2%上升至9%，該范圍內(nèi)存在輕微漏氣通道。由封孔質(zhì)量檢測可知，該孔封孔深度不足，鉆孔內(nèi)存在嚴重漏氣通道，封孔深度應由16m 增加至20m。

2.2 某煤礦工作面鉆孔編號CD13-17，順層孔，孔徑113mm，傾角-4°，孔深108m，封孔深度16m，抽采時間12 天，負壓22kPa，鉆孔內(nèi)不同孔深瓦斯和氧氣濃度值如表2 所示，變化趨勢如圖3 所示。

表2 鉆孔內(nèi)不同孔深瓦斯和氧氣濃度值

圖3 瓦斯和氧氣濃度值隨孔深不同變化圖

由圖3 可知：鉆孔CD13-17 在距孔口5～30m 范圍之內(nèi)瓦斯及氧氣濃度值隨孔深的增加變化波動較小，該孔封孔質(zhì)量較好；在15～20m 范圍內(nèi)存在輕微漏氣通道。由封孔質(zhì)量檢測可知，該孔封孔質(zhì)量較好，在15～20m 范圍內(nèi)存在輕微漏氣通道，為了進一步提高單孔瓦斯抽采效果，封孔深度應增加至20m。

3 結(jié)論

通過使用封孔質(zhì)量檢測儀對某煤礦工作面抽采鉆孔封孔質(zhì)量檢測可知：

（1）鉆孔在封孔段PVC 管內(nèi)瓦斯及氧氣濃度基本穩(wěn)定在某一值，該范圍內(nèi)不存在漏氣通道，自主研發(fā)的新型封孔材料及囊袋式“兩堵一注”封孔工藝具有較好的應用效果；

（2） 鉆孔在距巷幫15m～30m 范圍內(nèi)存在漏氣通道，在20m～30m 范圍內(nèi)存在輕微漏氣通道；抽采鉆孔內(nèi)存在堵孔現(xiàn)象，可能是由于塌孔、煤渣較多或注漿水泥滲流至孔內(nèi)造成的。建議增加封孔深度至20m；在封孔之前應盡量壓風排出鉆孔內(nèi)的煤渣，且在孔內(nèi)應多下篩管，防止鉆孔塌孔，在封孔過程中要注意合理控制注漿壓力、水灰比、注漿量；

（3）定期采用YFZ3 型封孔質(zhì)量檢測儀對井下鉆孔進行封孔效果檢測，通過對檢測數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)不同工作面、同一工作面不同區(qū)域存在的封孔問題，對封孔參數(shù)進行對應調(diào)整，對井下工人師傅封孔質(zhì)量進行有效監(jiān)督。