邁步鉆場鉆孔注漿提濃技術(shù)研究

連 強

(潞安集團 余吾煤業(yè)公司，山西 長治 046103)

近幾年煤礦瓦斯事故總體呈大幅下降趨勢，但瓦斯事故次數(shù)和死亡人數(shù)仍然較高[1]，不僅給國家和人民生命財產(chǎn)帶來嚴重損失，也造成了不良的社會影響。目前，防治煤礦瓦斯災(zāi)害的根本方法是瓦斯抽采[2]，瓦斯抽采效果直接關(guān)系到瓦斯治理的成敗。國內(nèi)目前的封孔方法主要有封孔器封孔法[3]、二次封孔法[4]、“兩堵一注”式封孔法[5]等，但由于封孔質(zhì)量較差[5]，降低了瓦斯抽采效率。為此，針對邁步鉆場鉆孔與采前預(yù)抽鉆孔溝通，提出了邁步鉆場鉆孔注漿技術(shù)，提高采前預(yù)抽鉆孔的抽采效果。

1 概 況

目前，余吾煤業(yè)瓦斯抽采鉆孔封孔工藝為“兩堵一注”帶壓封孔工藝，如圖1所示。鉆孔封孔深度為15.5 m，通過里外兩端布囊注漿膨脹后形成注漿空間，對注漿空間進行帶壓注漿，漿液對封孔段及孔壁裂隙進行充填封堵，從而實現(xiàn)鉆孔的密封抽采。

圖1 “兩堵一注”帶壓封孔工藝

采前預(yù)抽鉆孔施工軌跡與巷道內(nèi)邁步鉆場內(nèi)的邊掘邊抽鉆孔在設(shè)計上存在立體交叉現(xiàn)象，由于鉆孔軌跡的不可控性，部分采前預(yù)抽鉆孔與邊掘邊抽孔直接溝通，或在交匯距離較近時通過煤體中的貫穿裂隙導(dǎo)通。邊掘邊抽鉆孔交叉串孔抽采機理如圖2所示，相互連通的多個鉆孔中任一鉆孔存在封孔質(zhì)量問題(如鉆孔C)，就會導(dǎo)致彼此連通的所有鉆孔抽采短路，巷道外空氣被抽入孔內(nèi)，致使孔內(nèi)負壓急劇衰減，孔底解吸的高濃度瓦斯因孔內(nèi)壓差較小不能高效抽出，表現(xiàn)在單孔濃度較低，基本在10%以內(nèi)，相互連通串孔的幾個鉆孔濃度相差不大。

圖2 鉆孔交叉串孔抽采機理

2 鉆場鉆孔注漿提濃技術(shù)

2.1 鉆場鉆孔注漿提濃原理

邁步鉆場內(nèi)邊掘邊抽鉆孔注漿提濃實質(zhì)上是通過注漿方式將彼此聯(lián)通的多個鉆孔分離成相互獨立的鉆孔，降低彼此之間的不利影響。

如圖3所示，對鉆場內(nèi)串孔的邊掘邊抽鉆孔進行注漿，注漿后鉆孔口附近的漏氣通道被漿液充填，同時漿液充填鉆孔中可能存在的溝通裂隙，減少巷道內(nèi)采前預(yù)抽鉆孔受其他低濃度鉆孔漏氣影響。若巷道內(nèi)煤體疏軟，普遍存在貫通裂隙導(dǎo)致串孔現(xiàn)象時，也可在巷道內(nèi)采前預(yù)抽鉆孔開始施工前，預(yù)先對鉆場內(nèi)邁步鉆孔及其孔壁周圍的裂隙進行注漿充填，以防止后期注漿過程中部分漿液串到孔內(nèi)造成鉆孔堵塞。

圖3 邊掘邊抽鉆孔注漿堵漏原理

2.2 鉆場鉆孔注漿流程

1) 對鉆場影響區(qū)域所有鉆孔濃度進行測量排查，對于連續(xù)串孔的鉆孔進行串孔原因分析，判斷這些鉆孔是否與鉆場邊掘邊抽鉆孔有串孔現(xiàn)象。

2) 找出與采前預(yù)抽鉆孔串孔的邁步鉆場邊掘邊抽鉆孔，拆除孔口彎頭，在封孔PVC管內(nèi)插入一根1 m長D16 mm的注漿管，并用水泥或聚氨酯封堵固定注漿管。

3) 按1∶1水灰比配制注漿液，通過D16 mm注漿管對鉆場內(nèi)邊掘邊抽鉆孔進行注漿封堵，注漿過程保持巷道內(nèi)的抽采鉆孔處于抽采狀態(tài)，并觀察采前預(yù)抽孔內(nèi)是否有水泥漿液抽出。

4) 當(dāng)采前預(yù)抽孔內(nèi)有水泥漿液流出時，暫時停止該鉆孔抽采，同時繼續(xù)對該鉆孔注漿1～2 min后停止鉆場鉆孔注漿，以防止?jié){液大量進入采前預(yù)抽孔，將其堵塞。

5) 當(dāng)采前預(yù)抽孔內(nèi)無漿液流出時，繼續(xù)對鉆場鉆孔注漿，至注漿管有壓力時停止。

6) 鉆場內(nèi)串孔鉆孔均注完漿后，暫時關(guān)閉該區(qū)域內(nèi)采前預(yù)抽鉆孔抽采，待24 h漿液凝固后方可恢復(fù)抽采。

3 效果分析

N1206膠順以鉆場為分界點，劃分2號、4號、6號鉆場區(qū)域分別進行處理，每個區(qū)域處理前，首先對鉆場內(nèi)邊掘邊抽鉆孔串孔情況進行排查，對鉆場注漿后采前預(yù)抽鉆孔濃度變化情況進行復(fù)查，各區(qū)域處理前后低濃度鉆孔及濃度提升鉆孔數(shù)量變化情況如表1所示，鉆孔濃度高低劃分為4個鉆孔濃度區(qū)間，統(tǒng)計分析處理前后各濃度區(qū)間鉆孔數(shù)量變化情況，對比分析如圖4所示。

圖4 鉆孔處理前后不同濃度區(qū)間鉆孔分布

表1 各提濃區(qū)域鉆孔濃度變化情況

由表1數(shù)據(jù)可知，2～6號鉆場區(qū)域的112個鉆孔中，有57個鉆孔抽采濃度較低(單孔抽采濃度低于15%)，經(jīng)過邁步鉆場鉆孔區(qū)域注漿處理后，低濃鉆孔減少至25個，51個鉆孔濃度明顯提升(濃度增加超過50%)。由此可見，采取鉆場鉆孔注漿措施后，采前預(yù)抽鉆孔濃度提升明顯，同時延長鉆孔瓦斯抽采期，提高鉆孔利用率，顯著改善瓦斯抽采效果，為煤礦的安全生產(chǎn)提供保障。

由圖4可知，處理前單孔濃度低于15%的鉆孔有57個，占比51%，處理后還剩25個鉆孔濃度低于15%，所占比例下降至22%，同時濃度高于50%的高濃度鉆孔數(shù)量由之前的9個上升至24個，所占比例由8%提升至21%，低濃度鉆孔處理整體效果較好。

邁步鉆場鉆孔注漿封堵是效果明顯的區(qū)域提濃技術(shù)措施，但注漿工程量較大，同時存在漿液進入采前預(yù)抽孔的風(fēng)險，注漿過程需密切關(guān)注預(yù)抽鉆孔抽采管內(nèi)漿液抽出情況。建議：對濃度相對較高且對采前預(yù)抽孔影響較小的鉆場鉆孔僅關(guān)閉抽采或進行孔口水泥封堵，對濃度較低且對采前預(yù)抽孔有重大影響的鉆場鉆孔提前進行注漿封堵。