瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝研究及應用

文/張利連現忠

瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝研究及應用

文/張利連現忠

瓦斯抽采是礦井瓦斯治理的主要手段，但是，在瓦斯抽采過程中，往往出現瓦斯抽采濃度低，抽采效果差，預抽時間長等問題。瓦斯抽采效果受到多種因素的影響，其中抽采鉆孔的封孔工藝和封孔質量是關鍵。目前，國內外瓦斯抽采鉆孔封孔技術主要有黃泥封孔、聚氨酯封孔、樹脂錨固劑封孔、膠囊封孔器封孔、注漿封孔等。這些封孔技術在現場應用中取得了較好的效果，但也存在一些問題。如黃泥漿封孔的作業時間長，勞動強度大；聚氨酯封孔因操作可靠性低會導致封孔失敗等。

為了提高礦井瓦斯抽采效果，煤礦工程技術人員經過大量的分析研究，改進了封孔工藝，提出了全程下套管、“一堵一注”瓦斯抽采鉆孔封孔工藝。本文闡述了“一堵一注”封孔原理及工藝流程，并以邯礦集團陶二煤礦2217下底板巖巷現場試驗為例，比較了使用該封孔工藝前后的瓦斯抽采效果。

一、“一堵一注”封孔原理

改進封孔工藝前，瓦斯抽采鉆孔孔口抽采負壓和抽采濃度下降很快。究其原因，可能是抽放管路某個環節漏氣造成。但是，管路及鉆孔連接頭漏氣多次封堵后，抽采效果仍不佳。通過對各個環節進行仔細分析，煤巖體受掘進影響產生的裂隙被忽略。

巷道形成后，煤巖體的原始應力狀態受到破壞，巷道兩側形成應力集中區域，在此區域內煤巖體受破壞較為嚴重，形成不同程度的裂隙。再在煤體內施工直徑75mm以上鉆孔，加劇了煤體破壞，裂隙貫穿巷幫和鉆孔，在抽采負壓作用下，空氣由巷幫通過裂隙進入鉆孔。

在底板巖巷施工穿層鉆孔預抽煤層瓦斯時，鉆孔均為上斜鉆孔，其封孔原理為：在鉆孔施工完畢后，采用全程下套管（20m以里為花管），然后利用聚氨酯加白布帶在孔口封一段約1m長封堵段，同時在該1m段下入1根2m長4分鋼管用于注水泥漿。待聚氨酯凝固后，將水泥漿通過4分鋼管注入孔內，至水泥漿從里段帶眼雙抗管返出為止。由于封孔段達到20m，利用水泥漿的重力作用滲入鉆孔周圍裂隙，使鉆孔與周圍的裂隙隔離開，進行瓦斯抽采時達到鉆孔不漏氣的目的，從而提高抽采效果。

二、“一堵一注”封孔工藝流程

圖1 上斜鉆孔封孔工藝示意圖

1.封孔材料和設備

2寸雙抗管、2寸花管、4分鋼管、聚氨酯、水泥、注漿泵、白布袋。

2.封孔工藝流程

封孔工藝。鉆孔采用全程下管進行抽放，對于見煤深度大于20m的鉆孔，其封孔深度為20m，里面為花管，對于見煤深度小于20m的鉆孔，其封孔深度為巖孔段，煤孔段為花管。孔口用聚氨酯加白布袋封堵，長度為1m。同時下一根2m長的4分管用于注漿，如圖1所示。

鉆孔封孔步驟。（1）封孔前需檢查鉆孔內是否有煤粉等堵塞鉆孔，若發現有異常現象必須處理完畢后方可進行下一步操作。（2）鉆孔封孔要求全程下管，鉆孔施工完畢后根據鉆孔見煤深度確定封孔長度，對于見煤深度大于20m的鉆孔，其封孔深度為20m，里面為花管，對于見煤深度小于20m的鉆孔，其封孔深度為巖孔段，煤孔段為花管。里面一段封孔管為花管，端口用木塞將管口堵死以防煤塊進入抽放系統，影響抽放效果。（3）在孔口用聚氨酯封1m，并下一根4分管用于注水泥漿。水泥漿比例為水灰比為0.7∶1（質量比）。（4）將注漿泵與注漿管相連接。通過注漿管將水泥漿注入到鉆孔內，直到孔口返漿為止。

三、應用實例

1.試驗礦井概況及現場應用

陶二煤礦為高瓦斯突出礦井，設計生產能力125萬t/a，主采1#煤層和2#煤層，地質條件復雜。礦井開拓深度內2號煤層最大瓦斯含量13.102m3/t、最大瓦斯壓力1.51MPa，煤層透氣性系統為0.158 m2/(MPa2·d)。

試驗地點選擇在2217下底板巖巷第一抽采鉆場內，巷道在2#煤層底板距煤層法距約17米砂巖中掘進，采用錨網噴支護。頂板巖性多為中、細粒砂巖，局部為泥巖和粉砂巖，底板巖性多為粉砂巖和泥巖。

2013年8月份在2217下底板瓦斯抽放巷鉆場內施工了12個穿層鉆孔抽放2#煤層瓦斯。采用全程下管、“一堵一注”封深孔的鉆孔封孔工藝，取得了較好的效果。

2.應用效果分析

在改進封孔工藝前，礦井采用聚氨酯封孔，封孔段長度設計為8m，但是在實際封孔過程中，由于塌孔等原因，很難達到要求。鉆孔封孔完畢接入抽采系統后，瓦斯抽采濃度和抽采負壓都比較低。2217下巷預抽鉆孔采用原有的封孔工藝，最大瓦斯抽采濃度不到15%，瓦斯抽采負壓迅速衰減，在鉆孔接入抽放系統后不到20天的時間內瓦斯抽采負壓降低到13kPa以下。說明瓦斯抽采效果差，要想達到瓦斯抽采達標需要更長的時間。

在2217下底板巖巷采用全程下套管、“一堵一注”封深孔的封孔工藝后，大大提高了瓦斯抽采效果，圖2和圖3分別為試驗鉆場1#和8#鉆孔采用新封孔工藝后的瓦斯抽采濃度和抽采負壓變化曲線圖。

從圖2可以看出，從2013年9月至2014年3月7個月的時間里瓦斯抽采濃度一直保持在50%以上，最大值達到95%以上。可見，采用封孔新工藝后，可以保持較長時間的抽采效果。從圖3可以看出，采用封孔新工藝后，瓦斯抽采負壓一直保持在15kPa以上，最大抽采負壓達到30kPa以上，滿足了抽采需要。

由上述分析可知，采用新的封孔工藝后，瓦斯抽采濃度由原來的15%以下提高到了50%～95%以上，瓦斯抽采濃度提高了3.3～6.3倍。瓦斯抽采負壓由原來很快衰減至規定的抽采負壓13kPa以下，提高到了15kPa以上，且保持時間較長。

圖2 瓦斯抽采濃度變化曲線

圖3 瓦斯抽采負壓變化曲線

四、結語

瓦斯抽采效果的好壞直接關系到礦井瓦斯抽采達標速度。在諸多影響瓦斯抽采效果的因素中，瓦斯抽采鉆孔的封孔質量是最關鍵環節。全程下套管、“一堵一注”封深孔的瓦斯抽采鉆孔封孔工藝，由于封孔段達到20m，利用水泥漿的重力作用滲入鉆孔周圍裂隙，使鉆孔與周圍的裂隙隔離開，進行瓦斯抽采時達到鉆孔不漏氣的目的。陶二煤礦2217下底板巖巷上斜抽采鉆孔采用該封孔工藝后，提高了礦井瓦斯抽采效率，滿足了礦井瓦斯抽采需要，效果十分顯著。

（作者單位：冀中能源邯鄲礦業集團）

（責任編輯：龐永厚）