提高單一煤層極復(fù)雜條件下瓦斯抽采效果技術(shù)及裝備研究

潘要?jiǎng)?chuàng)

(平禹煤電公司 方山分公司白廟礦，河南 禹州 461070)

1 立項(xiàng)背景和目的意義

2004年8月，經(jīng)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(xué)進(jìn)行突出危險(xiǎn)性區(qū)域劃分，依據(jù)2005年河南理工大學(xué)對(duì)礦井突出危險(xiǎn)性區(qū)域的劃分及平煤辦（2006）57 號(hào)《關(guān)于對(duì)白廟煤礦突出危險(xiǎn)性區(qū)域劃分》的批復(fù)，礦井-145m 水平以上為無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)域，-145m 水平以下為突出危險(xiǎn)區(qū)域。目前礦井采掘活動(dòng)已經(jīng)步入突出危險(xiǎn)區(qū)域，根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第六條規(guī)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(qū)域綜合防突措施的，嚴(yán)禁進(jìn)行采掘作業(yè)。”及《國(guó)家安全監(jiān)督管理總局等四部委關(guān)于印發(fā)＜煤礦與瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定＞的通知》第三條規(guī)定：“應(yīng)當(dāng)進(jìn)行瓦斯抽采的煤層必須先抽采瓦斯； 抽采效果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求方可安排采掘作業(yè)。”

由于我礦煤層地質(zhì)條件復(fù)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(wèn)題，主要表現(xiàn)在：鉆孔漏氣現(xiàn)象嚴(yán)重，瓦斯抽采濃度過(guò)低。由于鉆孔漏氣現(xiàn)象嚴(yán)重，使得礦井瓦斯抽采濃度達(dá)不到抽采要求。鑒于此，本項(xiàng)目針對(duì)瓦斯抽采封孔問(wèn)題進(jìn)行了深入細(xì)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(yōu)勢(shì)，并經(jīng)模擬試驗(yàn)，取得了良好的效果

2 項(xiàng)目研究主要內(nèi)容

技術(shù)關(guān)鍵：封孔器的研究，封孔材料的研究。

技術(shù)指標(biāo)：第一次封孔采用聚氨酯，封孔長(zhǎng)度為1.0m；第二次封孔采用注水泥漿，封孔長(zhǎng)度為全巖段減去1.0m；封孔時(shí)全程下管，鉆孔內(nèi)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(nèi)所下φ50mm 的封孔管長(zhǎng)度=（巖石段長(zhǎng)度+穿煤段長(zhǎng)度，所封孔號(hào)可根據(jù)打鉆記錄查尋），煤孔段下篩管，巖孔段下無(wú)孔洞直管。

3 解決關(guān)鍵問(wèn)題和創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 現(xiàn)階段封孔技術(shù)存在的問(wèn)題

3.1.1 高分子發(fā)泡材料存在問(wèn)題

（1）高分子發(fā)泡材料不能充填鉆孔周圍的原始裂隙。高分子材料在發(fā)泡膨脹的過(guò)程中，封孔段鉆孔處于開(kāi)放狀態(tài)，發(fā)泡材料不能形成足夠的膨脹力，不能使發(fā)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(fā)泡材料強(qiáng)度低、可壓縮量大、對(duì)鉆孔沒(méi)有足夠的支護(hù)作用，不能維護(hù)鉆孔的穩(wěn)定性。

3.1.2 膨脹（PD）水泥材料存在問(wèn)題

PD 材料的應(yīng)用主要存在的問(wèn)題是缺少與之配套的封孔設(shè)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(wèn)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(duì)周圍的裂隙進(jìn)行封堵。

3.2 本技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比結(jié)論

本項(xiàng)目研制的主動(dòng)式注漿封孔裝置結(jié)構(gòu)新穎、 構(gòu)思巧妙，試驗(yàn)證明其封孔效果較傳統(tǒng)封孔有顯著的提高，是提高穿層鉆孔瓦斯?jié)舛鹊挠行Х椒āＥc其他現(xiàn)有封孔方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）封孔效果有顯著提高。通過(guò)模擬試驗(yàn)證明，提高瓦斯抽放封孔效果的一個(gè)有效方法是對(duì)鉆孔周圍的煤體裂隙進(jìn)行封堵。通過(guò)理論計(jì)算得：在瓦斯抽放的后期，較常規(guī)封孔方法，主動(dòng)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(chǎn)品，單個(gè)封孔成本大約在260 元左右。其耗費(fèi)的聚氨脂量可比常規(guī)聚氨脂發(fā)泡封孔方法少60%，且封孔效果更好。總體一個(gè)封孔器成本可控制在350 元左右。

（3）現(xiàn)場(chǎng)施工工藝簡(jiǎn)單，封孔時(shí)間短。該封孔工藝使用簡(jiǎn)單，不需要對(duì)工人進(jìn)行專門培訓(xùn)。封一個(gè)鉆孔只需3～5min。大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

（4）可擴(kuò)展性強(qiáng)。針對(duì)不同長(zhǎng)度的鉆孔，需要封堵的長(zhǎng)度不同，封孔長(zhǎng)度可任意擴(kuò)展。

（5）實(shí)施效果。封孔效果有顯著提高；封孔成本大幅降低；現(xiàn)場(chǎng)施工工藝簡(jiǎn)單，封孔時(shí)間短；可擴(kuò)展性強(qiáng)。

（6）取得的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。由于目前很多煤礦在瓦斯封孔設(shè)備和技術(shù)方面還存在著很大一部分安全問(wèn)題和技術(shù)問(wèn)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景。

4 結(jié)論

方山分公司白廟礦提高單一煤層極復(fù)雜條件下瓦斯抽采效果技術(shù)及裝備研究方案，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的考察及論證，在方山分公司白廟礦的成功實(shí)施，滿足了抽采達(dá)標(biāo)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(fā)展前景和市場(chǎng)前景。經(jīng)過(guò)逐步實(shí)施，已達(dá)到安全使用之目的。

備注：本項(xiàng)目申報(bào)中國(guó)平煤神馬集團(tuán)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)。