低濃度抽采鉆孔堵漏技術研究

摘要：針對焦煤集團九里山礦抽采鉆孔漏氣、抽采效果差，提出了低濃度抽采鉆孔堵漏技術，現場試驗了兩種堵漏方法，堵漏后，鉆孔抽采濃度平均由12.4%提高到33.5%，濃度提高了2.7倍；單孔平均瓦斯抽采純量由19m3/d提高到62m3/m，提高了3.3倍。

關鍵詞：瓦斯抽采 鉆孔漏氣 抽采鉆孔堵漏

封孔質量及封孔壽命是決定瓦斯抽采效果的重要因素之一，封孔質量差和封孔失效是造成瓦斯抽采濃度低的主要原因[1]。我國約有65%回采工作面的預抽瓦斯濃度低于30%，充分反映了抽采鉆孔封孔質量差的現狀[2]。當前焦煤集團九里山礦采用的封孔方法主要是鋁箔袋礦用合成樹脂封孔，經揉搓后送入孔內，樹脂膨脹溢出袋外封孔，它具有發泡倍數高、封孔快捷的優點，但其封孔材料成本高，封孔后合成樹脂的外衣與抽采鉆孔壁相結合，未能使溢出的合成樹脂充分的把抽采鉆孔密閉，造成大部分抽采鉆孔漏氣，抽采效果差。針對焦煤集團九里山礦抽采鉆孔漏氣、抽采效果差的問題，焦煤集團科學技術研究所提出鉆孔堵漏技術，并在焦煤集團九里山礦進行了工業性試驗。

1 堵漏基本原理

本煤層瓦斯抽采礦用合成樹脂封孔技術，僅僅是把鉆孔密封了起來，而未涉及到煤層裂隙，而這些煤層裂隙會隨著瓦斯的抽出發育擴張，從而導致抽采濃度低，抽采周期短?；诿罕趦却嬖诘膽_動溝通裂隙[3]，利用鉆孔堵漏方法來達到改變瓦斯抽采鉆孔周圍煤體特性和密封微孔裂隙的目的。該技術利用注漿設備，以一定的壓力將堵漏材料壓注到抽采鉆孔周圍，漿液在壓力的作用下，徹底密封填充抽采鉆孔周圍的裂隙，使抽采濃度和抽采純量大幅度的提升。

2 試驗地點概況

九里山礦16031運輸巷，煤層厚度平均6.0m，煤層傾角平均12°，瓦斯含量為20.34m3/t，煤層瓦斯壓力為1.74MPa，煤層透氣性系數為0.2～0.457m2/（MPa2.d），該地區上部臨近馬坊泉斷層，上部工作面頂板會相對破碎，另外，受馬坊泉斷層牽引很可能會伴生一些小的斷裂構造。此次試驗所封抽采孔開口位于巷道下幫煤壁中部，距煤層頂板1.2m左右，距巷道底板0.8m左右，巷道頂板有淋水。

3 試驗情況

根據16031運輸巷抽采鉆孔布置，此次一共試驗了兩種封孔堵漏方法，分別采用合成樹脂法和膠囊封孔法，見示意圖1、2。

合成樹脂堵漏工藝流程：截取一根4m長的4分鋁塑管→距出漿口0.5m固定木塞→距木塞0.3m依次間隔綁三組合成樹脂→進漿口以里0.5m固定木塞→待合成樹脂完全固化后→注漿堵漏。

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圖2 封孔器堵漏示意圖

封孔器堵漏工藝流程：將注漿孔內殘余煤屑吹凈→放入封孔器→連接封孔器補液軟管→手動試壓泵加壓→達到預定壓力后→關閉高壓閥門→觀察壓力表是否穩定→穩定后連接注漿泵堵漏。

3.1 堵漏鉆孔布置方法 根據礦方提供的鉆孔封孔參數，確定出合成樹脂的致密區為9～10m處，保留2～3m注漿安全距離，故將堵漏鉆孔長度設計在6～8m，采用便攜式防突鉆機打孔，鉆頭直徑為65mm，堵漏鉆孔位置設計在距抽采鉆孔左上方0.3m處，傾角、方位角均與抽采鉆孔傾角、方位角相同。

3.2 封孔設備及材料 封孔注漿泵選用2ZBQ-9/3型雙液注漿泵，額定流量：0～24L/min，注漿壓力：0～6MPa，可同時輸送兩種介質也可單獨輸送一種介質，性能穩定，結構緊湊，質量輕，移動操作維護方便的優點。

注漿管選用市場上常見的4分鋁塑管。

注漿堵漏材料：選用某公司生產的微膨脹水泥，其主要性能：①水灰比大；②凝結硬化快；③細度細；④固化體微膨脹，堵漏抗滲性好；⑤滿足抽采需要快，2個小時即可接管實施瓦斯抽采；⑥具有“裂隙修復”功能，該封孔料固化體在水中長期浸泡強度不會降低，反而會繼續升高，在受壓后出現的微細裂隙能夠“自修復”。

3.3 注漿情況 在16031運輸巷下幫，選定1～10#抽采鉆孔作為堵漏試驗孔，其中1～5#采用合成樹脂法，6～10#采用封孔器法堵漏，兩種堵漏方法的注漿情況見表1。

表1 堵漏孔注漿情況

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從上表可以看出，用合成樹脂法，注漿壓力在0.5～1.1MPa，平均注漿壓力為0.6MPa，平均每孔注漿量為25kg；用封孔器法，注漿壓力在1.0～1.5MPa，平均注漿壓力為1.3MPa，平均每孔注漿量為65kg。

用封孔器注漿堵漏，在注漿壓力上是合成樹脂法的2.2倍，注漿量上是合成樹脂的2.6倍，從注漿壓力和注漿量上可以看出，封孔器堵漏明顯好于合成樹脂堵漏。

4 效果分析

從下表可以看出，采取堵漏措施后，抽采濃度由平均12.4%提高到33.5%，濃度提高了2.7倍，尤其是8#抽采孔，抽采濃度由8.6%提高到93.3%，效果較明顯。用合成樹脂法堵漏后平均濃度由14.3%提高到28.2%，封孔器法堵漏后平均濃度由10.6%提高到52.5%，可以看出封孔器法明顯好于合成樹脂法。

表2 堵漏前、后抽采濃度對比表

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表3 堵漏前、后抽采純量對比表

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表中可以看出，采取堵漏措施后，每天單孔平均抽采瓦斯純量由19m3提高到62m3，每天抽采瓦斯純量提高了3.3倍。合成樹脂法堵漏后每天抽采瓦斯純量由26m3提高到67m3，封孔器法堵漏后每天抽采瓦斯純量由12m3提高到56m3。

綜上述，封孔器堵漏和合成樹脂堵漏，都能夠提高抽采濃度，合成樹脂法提高的濃度及瓦斯純量方面不及封孔器法。分析認為：合成樹脂抗壓能力偏小，致使注漿壓力達不到預定值，而漿液只是把較大一點的裂隙充填滿了，一些小的裂隙未被完全充填，但兩種堵漏方法均可以提高抽采濃度，為工作面提前抽采達標奠定了基礎。

5 結論

5.1 采用合成樹脂堵漏方法后，單孔平均抽采濃度由12.4%提高到33.5%，提高了2.7倍，抽采瓦斯純量由26m3提高到67m3，提高了2.6倍。

5.2 采用封孔器堵漏方法后，單孔平均抽采濃度由10.6%提高到52.5%，提高了5倍，抽采瓦斯純量由12m3/d提高到56m3/d，提高了4.7倍。

5.3 低濃度抽采鉆孔堵漏技術，可以使一些低濃度鉆孔得到重新利用，有效地提高瓦斯抽采濃度，保證了瓦斯抽采效果，縮短了抽采周期，為礦井持續發展取得顯著的經濟效益。

參考文獻：

[1]王兆豐，李杰等.抽采鉆孔封孔失效的二次處理措施[J].煤礦安全，2012，43（5）：86-88.

[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（自然科學版），2003，22(4)241-246.

[3]黃鑫業，蔣承林.本煤層瓦斯抽采鉆孔帶壓封孔技術研究[J].煤炭科學技術，2011，39(10):45-48.