順層孔封孔新工藝在國投新集二礦的應(yīng)用

程 田 裴文洲

（國投新集二礦 安徽 淮南 232181）

0 引言

國投新集二礦是我國突出礦井之一，目前主采煤層已接近突出危險(xiǎn)區(qū)或者非突出煤層高瓦斯區(qū)域，順層預(yù)抽鉆孔是該礦解突及瓦斯治理的主要措施之一，封孔工藝主要采用傳統(tǒng)分段聚氨酯封孔及注漿封孔。 分段聚氨酯封孔具有封孔時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)但存在封孔有效長度短及煤層破碎帶漏氣嚴(yán)重的缺點(diǎn)，注漿封孔具有封孔嚴(yán)密的優(yōu)點(diǎn)但存在封孔時(shí)間長且只適用于上、下向鉆孔對水平鉆孔無效和不能完全侵入微小裂隙的缺點(diǎn)，另外，以上兩種方法在煤層破碎帶尤其是在軟分層封孔時(shí)均存在塌孔和漏氣嚴(yán)重的現(xiàn)象。 新集二礦結(jié)合兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)， 采用鉆孔全程下花管的方法克服塌孔問題，提出了聚氨酯充填全程下花管的封孔工藝，在現(xiàn)場實(shí)踐中與分段封孔工藝進(jìn)行了對比，效果顯著。

1 聚氨酯分段封孔與充填封孔工藝

1.1 順層鉆孔原封孔工藝（聚氨酯分段封孔）

鉆孔封孔工藝主要分為兩個(gè)部分。 第一部分：鉆孔通暢檢查；第二部分：管路下置。

第一部分：鉆孔通暢檢查

（1）鉆孔收尺起鉆完成后，將?63mm 孔徑的聚乙烯管連接成8m/段（巷道內(nèi)在鉆場處寬度為9m），共計(jì)3 段，向孔內(nèi)下入，下置的深度可以達(dá)到24m。

（2）第一趟?63mm 孔徑的聚乙烯管下置完成后，然后從?63mm 孔徑的聚乙烯管內(nèi)下入第二趟?32mm 的篩型聚乙烯管，孔底一根底端安裝錐形的導(dǎo)向器，確保?32mm 的聚乙烯管可以下到孔底。

（3）上述兩趟管路均可以下到設(shè)計(jì)要求后，將孔內(nèi)的兩趟聚乙烯管全部取出，證明鉆孔內(nèi)通暢，無需下鉆透孔。

第二部分：管路下置

（1）鉆孔通暢檢查結(jié)束后，對三段封孔管注明標(biāo)記以區(qū)分里中外三段。 在距里段的前端4m、7m 處（即孔深20m 處）用鐵絲扎緊一個(gè)雙層的編織袋，袋底朝向孔底方向，防止聚氨酯在孔內(nèi)沒有發(fā)泡就出現(xiàn)滲漏）； 在中間段距前端3m、6m處用鐵絲扎緊一個(gè)雙層的編織袋，袋底朝向孔底方向，在外段距前端3m、6m 處用鐵絲扎緊一個(gè)雙層的編織袋， 袋底朝向孔底方向，（因處于試驗(yàn)階段，可以多扎或少扎，現(xiàn)場扎緊的段數(shù)和聚氨酯的注入量必須記錄清楚，為后期試驗(yàn)的總結(jié)提供數(shù)據(jù)）。

（2）每段倒入的聚氨酯需要提前做好計(jì)量，每段的聚氨酯倒入量單液為800mL（即一桶的三分之一，地面做過實(shí)驗(yàn)800mL 的聚氨酯發(fā)泡段達(dá)到2m）。

（3）待前期工作準(zhǔn)備完成后，開始陸續(xù)向孔內(nèi)送入?63mm孔徑的聚乙烯管，為防止聚氨酯滲漏，在編織袋送到孔口處在倒入聚氨酯，現(xiàn)場操作室要求迅速、熟練。

（4）待?63mm 孔徑的聚乙烯管外部的聚氨酯充分凝固后，從?63mm 孔徑的聚乙烯管內(nèi)下入?32mm 的聚乙烯管到孔底，為了節(jié)省材料可將?63mm 孔徑聚乙烯管內(nèi)的?32mm 的聚乙烯管拆除， 即在?32mm 的聚乙烯管距孔口22m 處不用束結(jié)連接。超出?63mm 孔徑聚乙烯管到孔底段的?32mm 的聚乙烯管為篩型管，?32mm 的聚乙烯管外露不得超過50mm，否則影響束結(jié)安裝和連接管路。

（5）最后在?63mm 孔徑的聚乙烯管管口安裝束結(jié)和閘閥聯(lián)管抽放。

1.2 順層鉆孔新封孔工藝（聚氨酯充填封孔）

鉆孔封孔工藝主要分為三個(gè)部分。 第一部分：鉆孔通暢檢查；第二部分：管路下置；第三部分：聚氨酯充填和聯(lián)管抽采。

第一部分：鉆孔通暢檢查（可根據(jù)鉆孔施工或起鉆情況不做通常檢查）

（1）鉆孔收尺起鉆完成后，將?63mm 孔徑的聚乙烯管連接成8m/段（巷道在鉆場處寬度一般不少于8m），共計(jì)3 段，向孔內(nèi)下入，下置的深度達(dá)到24m。

（2）第一趟?63mm 孔徑的聚乙烯管下置完成后，然后從?63mm 孔徑的聚乙烯管內(nèi)下入第二趟?32mm 的篩型聚乙烯管，孔底一根底端安裝錐形的導(dǎo)向器，確保?32mm 的聚乙烯管可以下到孔底。

（3）上述兩趟管路均可以下到設(shè)計(jì)要求后，證明鉆孔內(nèi)通暢， 將孔內(nèi)的兩趟聚乙烯管全部取出，無需下鉆透孔。

第二部分：管路下置

俯角孔下置方案：

（1）鉆孔通暢檢查結(jié)束后，對三段封孔管注明標(biāo)記以區(qū)分里中外三段， 同時(shí)準(zhǔn)備好充填用的PVC 增強(qiáng)管（事先在管壁上均勻的打好篩眼，篩眼?10mm，篩眼間距10mm）。在距里段的前端4m 處（即距孔口20m 處）用鐵絲扎緊一個(gè)雙層的編織袋，袋底朝向孔底方向，防止聚氨酯在孔內(nèi)沒有發(fā)泡就出現(xiàn)滲漏），同時(shí)在距里段的前端5m 處將PVC 增強(qiáng)管（事先在前端5m 范圍內(nèi)的管壁上均勻的剪好篩眼，篩眼?10mm，篩眼間距20mm）牢固的捆綁在封孔管上，并將PVC 增強(qiáng)管的里段用鐵絲扎緊，防止聚氨酯從PVC 增強(qiáng)管前端滲漏。

（2）編織袋內(nèi)和充填段倒入的聚氨酯需要提前做好計(jì)量，編織袋內(nèi)的聚氨酯倒入量單液為800mL， 其發(fā)泡長度達(dá)到2m，確保充填的聚氨酯不向孔底滲漏。充填段的聚氨酯注入量單液為7500mL，即充填段長度為18m（距孔口1～19m 段）。

（3）待前期工作準(zhǔn)備完成后，開始陸續(xù)向孔內(nèi)送入?63mm孔徑的聚乙烯管和充填管，現(xiàn)場操作時(shí)要求迅速、熟練。

（4）待編織袋內(nèi)聚氨酯充分凝固后，從?63mm 孔徑的聚乙烯管內(nèi)下入?32mm 的聚乙烯管到孔底，?32mm 的聚乙烯管外露不得超過?63mm 聚乙烯管50mm，否則影響閘閥安裝和聯(lián)管抽采。

圖1 俯角鉆孔示意圖

圖2 仰角鉆孔示意圖

仰角孔下置方案：

（1）鉆孔通暢檢查結(jié)束后，將?63mm 孔徑的聚乙烯管陸續(xù)向孔內(nèi)下入，同時(shí)準(zhǔn)備好充填用的PVC 增強(qiáng)管（事先在管壁上均勻的打好篩眼，篩眼?10mm，篩眼間距10mm）。 在封孔管下入20m 后（外露4m 左右），將PVC 增強(qiáng)管（軟管）牢固的捆綁在?63mm 孔徑的聚乙烯管外部（距外端4m 左右），并將PVC 增強(qiáng)管的前端端部用鐵絲扎緊， 防止聚氨酯從PVC增強(qiáng)管前端滲漏； 在距?63mm 孔徑的聚乙烯管外端0.5-1.5m 處用鐵絲扎緊一個(gè)雙層的編織袋， 袋底朝向孔口方向（防止聚氨酯在孔內(nèi)沒有發(fā)泡就出現(xiàn)滲漏），然后向編織袋內(nèi)倒入800mL 聚氨酯，聚氨酯倒入完成后，將?63mm 孔徑的聚乙烯管陸續(xù)送入孔內(nèi)，外露不超過300mm。

（2）待編織袋內(nèi)聚氨酯充分凝固后，從?63mm 孔徑的聚乙烯管內(nèi)下入?32mm 的聚乙烯篩型管到孔底，?32mm 的聚乙烯管外露不得超過?63mm 孔徑的聚乙烯管50mm，否則影響束結(jié)安裝和連接管路。

第三部分：充填聚氨酯

（1）待孔內(nèi)封堵用聚氨酯凝固后，開始將事先計(jì)量好的聚氨酯分別倒入充填器內(nèi)， 利用壓風(fēng)將聚氨酯陸續(xù)送入孔內(nèi)。

（2）待充填的聚氨酯凝固后，孔口處用水泥糊實(shí)并聯(lián)管抽采。

2 聚氨酯分段封孔與充填封孔工藝對比分析

2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)、方法及瓦斯參數(shù)

試驗(yàn)地點(diǎn)：210108 風(fēng)巷7#、8# 鉆場

試驗(yàn)方法：210108 風(fēng)巷7# 鉆場使用分段封孔法。

210108 風(fēng)巷8# 鉆場使用充填封孔法。

試驗(yàn)煤層瓦斯參數(shù)如表1 所示：

表1

2.2 封孔材料準(zhǔn)備和封孔設(shè)備

（1）封孔材料的準(zhǔn)備

封孔材料：外徑Ф63mm(聚乙烯雙抗瓦斯管)及配套接頭、Ф32mm 聚乙烯雙抗瓦斯管、Ф32mm 束結(jié)、Ф32mm 自制導(dǎo)向器，Ф20mm 的PVC 增強(qiáng)管、聚氨酯及抗靜電阻燃塑料編織袋等；

（2）封孔設(shè)備

自制充填器1 臺，使用風(fēng)壓0～0.5MPa，規(guī)格為長* 寬*高=600mm*500mm*800mm，重量10kg。

2.3 封孔工藝對比分析

此處采用在同負(fù)壓下的濃度做對比，分別選取了鉆孔施工參數(shù)相近的7# 鉆場4 號、6 號孔（分段封孔）和8# 鉆場12號、14 號孔（充填封孔）在封孔作抽采濃度對比。

表2 聚氨酯分段封孔鉆孔濃度變化表

表3 聚氨酯充填法封孔鉆孔濃度變化表

通過以上數(shù)據(jù)分析，采用分段封孔效果不理想，封孔后3天內(nèi)，濃度下降明顯。 而充填聚氨酯封孔工藝效果明顯，封孔后單孔抽采濃度5 天內(nèi)仍大于70%。

3 改進(jìn)

3.1 鉆進(jìn)工藝

此次試驗(yàn)地點(diǎn)施工的順層鉆孔為俯角孔，且長度均大于60m，施工難度較大，施工過程中必須做到“低壓慢速，邊進(jìn)邊退，掏空前進(jìn)”，在鉆機(jī)給進(jìn)壓力突然增大時(shí)必須采取停止鉆進(jìn)并壓風(fēng)排渣或者退鉆的措施進(jìn)行降壓，防止鉆孔堵塞。[1]

3.2 封孔材料改進(jìn)

PVC 增強(qiáng)管的強(qiáng)度需要選擇強(qiáng)度更高的PVC 增強(qiáng)管，確保安全施工。

［1］張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.