主動式帶壓封孔技術應用

摘要：近年來瓦斯抽采技術得到了很大發展，鉆孔封孔技術由原先的水泥填充發展到了聚氨酯封孔、氣囊封孔等技術。由于煤礦地質條件、煤層瓦斯透氣性、瓦斯含量、瓦斯壓力等條件的不同選擇封孔方式也不一樣。這里就孟津煤礦結合本礦實際，比較和研究了各種封孔工藝的優缺點，提出了主動式帶壓封孔技術。并在現場進行使用和推廣，取得了較好的封孔效果。

關鍵詞：透氣性 衰減系數 封孔工藝 帶壓封孔 抽放濃度

一、引 言

孟津煤礦隸屬于義煤集團公司的一個基建礦井，礦井設計生產能力為120Mt/a，該礦井的主采煤層為二1煤層，該煤層屬于大采深、破碎等級高、低透氣性煤與瓦斯突出煤層。為確保巷道掘進和工作面順利回采，必須施工大量的消突鉆孔，提高鉆孔施工質量和鉆孔抽放效果直接關系到煤層的消突效果，而封孔工藝、封孔質量嚴重制約著鉆孔的消突效果。因此，對鉆孔封孔工藝的不斷改進是突出礦井一直研究的課題。

二、現行封孔工藝

（一）水泥封孔技術

鉆孔施工完畢后，將抽放管依次送入鉆孔內，然后將水泥、速凝劑和膨脹劑按比例攪拌均勻，做成炮泥狀，用炮棍將水泥充填到孔壁與抽放管之間的空隙內，達到封孔效果，該封孔方法最大的缺陷在于封孔長度僅為孔口的2m左右，且水泥凝固收縮后漏氣通道增多，封孔質量差。

（二）氣（液）囊封孔技術

鉆孔施工結束后，在抽放管套一囊袋，待抽放管送入預定位置后，通過壓風（液）裝置將氣囊鼓起。通常氣囊長度約為2m，氣（液）囊可承受壓力有限，與孔壁的接合面不夠充分，且難以隔斷巖層裂隙的漏氣通道，故封孔質量也較差。

（三）毛巾+聚氨酯封孔技術

鉆孔施工結束后，待封孔管即將送入預定位置時，在抽放管的合適位置處纏繞500mm*1000mm毛巾，并在毛巾上均勻攪拌A、B膠，并迅速將其送入鉆孔內，待其發泡后封閉鉆孔。

（四）水泥砂漿封孔技術

鉆孔施工結束后，在鉆孔抽放管外端借用聚氨酯A、B膠和毛巾的作用，并在鉆孔抽放管旁側預放置注漿管和排氣管，通過注漿泵和注漿管向孔內注漿，并通過排氣管排出空氣和檢測注漿量的多少。

三、主動式帶壓封孔工藝

（一）封孔原理

總結以上封孔工藝的優缺點，結合鉆孔實際情況，提出“主動式快速帶壓封孔法”，即將囊袋式和聚氨酯封孔的有效結合，該方法利用囊袋的束縛性和聚氨酯的發泡膨脹性能使鉆孔周圍的裂隙得到充填，消除開孔時形成的漏氣通道（裂隙），即消除初期漏氣通道，也能使鉆孔得到一定的的支護，保證鉆孔的穩定，使鉆孔周圍不再產生新的漏氣通道（裂隙），即避免后期漏氣通道的產生和發展。

（二）封孔工藝及操作方法

1、封孔工藝

鉆孔施工結束后，在鉆孔的合適位置放置一根特制的帶囊袋的封孔管，囊袋通過軟管與孔外的注膠設備相連，通過壓風裝置和注膠罐向囊袋注入聚氨酯膠液。

2、操作方法

第一步：根據鉆孔煤巖孔深度確定封孔花管、實管的數量和特制封孔管的預定位置；第二步：按照次序將封孔管送入鉆孔內，并將注漿管一端與特制封孔管囊袋快速連接，另一端延伸至孔外；第三步：將注漿管另一端與注漿罐快速接頭連接，將聚氨酯A、B膠按照1：1的比例倒入注漿罐內，并將罐蓋擰緊上下搖動罐體使得A、B充分混合，通過快速接頭和壓風管將風壓入罐體內，將聚氨酯混合液送入囊袋內，待聚氨酯發泡膨脹后封閉鉆孔。

3、優缺點

（1）該封孔工藝簡單易學，操作方便，封孔時間僅需幾分鐘，屬傻瓜式操作，隨學隨會。

（2）特制封孔管可放置于鉆孔的任意位置，不用顧忌囊袋不到位或膨脹效果。且封孔膠囊可適當加長，增加有效封孔長度。

（3）囊袋的束縛性使聚氨酯不會隨意流動，且在聚氨酯快速發泡膨脹的過程中，膨脹壓力可達到3～4MPa，能夠實現帶壓封孔的要求，并將孔壁裂隙通道進行充填封堵。

（4）該封孔工藝相比水泥砂漿封孔，操作簡便，成本低廉，效果明顯。

（5）該封孔工藝聚氨酯發泡過程為化學放熱過程，產生的高熱能易造成特制封孔管變形，因此，要求該封孔管必須為加強型的。

四、應用范圍

（一）本煤層鉆孔封孔

鉆孔施工完畢后，由于底板巷釋放孔控制巷幫15m左右，為避免鉆孔穿孔影響本煤層鉆孔抽放效果，要求封孔膠囊必須放置在距孔口16～20m以外才能確保封孔效果。為防止聚氨酯發泡蔓延至封孔花管堵塞抽放管，故在特制抽放管和花管之間添加一根封孔實管；為防止抽放管接頭漏氣，故在特制封孔管外端僅連接一根16～20m的抽放管。

（二）傾斜鉆孔封孔

由于鉆孔孔口周圍受爆破、來壓等應力影響，孔口裂隙較發育，為此，需將特制封孔管放置在距孔口5～6m處，并用一根5-6m 的抽放管與特制封孔管進行密閉連接，并在孔口外端充填水泥或聚氨酯破布。

五、效果對比

（一）性價比

經過對比，顯而易見，主動式封孔的性價比遠優于水泥砂漿封孔工藝。

（二）參數對比

鉆孔封孔后，經過對鉆孔抽放參數的不斷測量與統計， 由對比可知，主動式聚氨酯封孔后，單孔能夠抽到高濃度瓦斯；單孔瓦斯濃度衰減較慢，有利于達到單孔抽放量目標。

六、結語

該封孔方法材料集中，操作簡單，易學易懂，省時省力，不僅減少了封孔工序，更重要的是易于工人熟練操作，節省了封孔時間和封孔人員數量，為打鉆爭取了更多的時間，尤其是加強了封孔質量，提高了抽放效果，為本煤層消突工作提供了強有力的支撐。

（作者單位：孟津煤礦抽放隊）

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