提高單一煤層極復雜條件下瓦斯抽采效果技術及裝備研究

潘要創

(平禹煤電公司 方山分公司白廟礦，河南 禹州 461070)

1 立項背景和目的意義

2004年8月，經煤科總院重慶分院鑒定，白廟礦二1 煤層為煤與瓦斯突出煤層，白廟礦為煤與瓦斯突出礦井。2005年礦井委托河南理工大學進行突出危險性區域劃分，依據2005年河南理工大學對礦井突出危險性區域的劃分及平煤辦（2006）57 號《關于對白廟煤礦突出危險性區域劃分》的批復，礦井-145m 水平以上為無突出危險區域，-145m 水平以下為突出危險區域。目前礦井采掘活動已經步入突出危險區域，根據《防治煤與瓦斯突出規定》第六條規定：“突出礦井采掘工作做到不掘突出頭，不采突出面。未按要求采取區域綜合防突措施的，嚴禁進行采掘作業。”及《國家安全監督管理總局等四部委關于印發＜煤礦與瓦斯抽采達標暫行規定＞的通知》第三條規定：“應當進行瓦斯抽采的煤層必須先抽采瓦斯； 抽采效果達到標準要求方可安排采掘作業。”

由于我礦煤層地質條件復雜多變、煤層透氣性差、封孔效果不良等原因，使得我礦的瓦斯抽采存在諸多問題，主要表現在：鉆孔漏氣現象嚴重，瓦斯抽采濃度過低。由于鉆孔漏氣現象嚴重，使得礦井瓦斯抽采濃度達不到抽采要求。鑒于此，本項目針對瓦斯抽采封孔問題進行了深入細致的研究，從封孔器材和封堵材料入手，提出了一種全新的封孔方法，較以往的封孔方法存在一定的優勢，并經模擬試驗，取得了良好的效果

2 項目研究主要內容

技術關鍵：封孔器的研究，封孔材料的研究。

技術指標：第一次封孔采用聚氨酯，封孔長度為1.0m；第二次封孔采用注水泥漿，封孔長度為全巖段減去1.0m；封孔時全程下管，鉆孔內需要下兩根管，一根為φ50mm 的封孔管，一根為φ16mm 注漿管，其中孔內所下φ50mm 的封孔管長度=（巖石段長度+穿煤段長度，所封孔號可根據打鉆記錄查尋），煤孔段下篩管，巖孔段下無孔洞直管。

3 解決關鍵問題和創新點

3.1 現階段封孔技術存在的問題

3.1.1 高分子發泡材料存在問題

（1）高分子發泡材料不能充填鉆孔周圍的原始裂隙。高分子材料在發泡膨脹的過程中，封孔段鉆孔處于開放狀態，發泡材料不能形成足夠的膨脹力，不能使發泡高分子材料擠入封孔段鉆孔周圍的裂隙，這些裂隙將成為漏氣通道（初期漏氣通道）。

（2）高分子發泡材料強度低、可壓縮量大、對鉆孔沒有足夠的支護作用，不能維護鉆孔的穩定性。

3.1.2 膨脹（PD）水泥材料存在問題

PD 材料的應用主要存在的問題是缺少與之配套的封孔設備，單純的將PD 水泥注入鉆孔，有可能存在堵塞抽放管路的問題。而且由于注漿材料在鉆孔中缺少壓力，鉆孔周圍裂隙的滲透量很小，不能有效地對周圍的裂隙進行封堵。

3.2 本技術與現有技術的對比結論

本項目研制的主動式注漿封孔裝置結構新穎、 構思巧妙，試驗證明其封孔效果較傳統封孔有顯著的提高，是提高穿層鉆孔瓦斯濃度的有效方法。與其他現有封孔方法相比具有如下優點：

（1）封孔效果有顯著提高。通過模擬試驗證明，提高瓦斯抽放封孔效果的一個有效方法是對鉆孔周圍的煤體裂隙進行封堵。通過理論計算得：在瓦斯抽放的后期，較常規封孔方法，主動式封孔可以提高抽放濃度35%以上。

（2）封孔成本大幅降低。該封孔器為一次性使用產品，單個封孔成本大約在260 元左右。其耗費的聚氨脂量可比常規聚氨脂發泡封孔方法少60%，且封孔效果更好。總體一個封孔器成本可控制在350 元左右。

（3）現場施工工藝簡單，封孔時間短。該封孔工藝使用簡單，不需要對工人進行專門培訓。封一個鉆孔只需3～5min。大大降低了勞動強度，提高了生產效率。

（4）可擴展性強。針對不同長度的鉆孔，需要封堵的長度不同，封孔長度可任意擴展。

（5）實施效果。封孔效果有顯著提高；封孔成本大幅降低；現場施工工藝簡單，封孔時間短；可擴展性強。

（6）取得的經濟、社會效益。由于目前很多煤礦在瓦斯封孔設備和技術方面還存在著很大一部分安全問題和技術問題需要解決，而我們的裝置恰好基本符合了這些煤礦的需求，大大的提高了煤礦的安全性，提高了效率。另外，本裝置由于結構簡單，容易操作，而且封孔明顯，因此這套裝置可在瓦斯抽采中推廣使用，具有可觀的經濟效益和發展前景。

4 結論

方山分公司白廟礦提高單一煤層極復雜條件下瓦斯抽采效果技術及裝備研究方案，經過詳細的考察及論證，在方山分公司白廟礦的成功實施，滿足了抽采達標的需求，大大的提高了煤礦的安全性，提高了效率，具有很廣的發展前景和市場前景。經過逐步實施，已達到安全使用之目的。

備注：本項目申報中國平煤神馬集團科學技術進步獎。