囊袋式兩端自堵封孔工藝實驗效果研究

王偉華+王良金+原世騰+付櫟臻

摘要：抽采鉆孔封孔質量的優劣直接影響著煤礦回采工作面瓦斯抽采效果。針對國內瓦斯抽采濃度普遍偏低的現狀，特引進囊袋式兩端自堵封孔工藝以提高瓦斯抽采功效及濃度。本文以焦煤集團中馬村礦為例，通過實驗探索該工藝在增強瓦斯抽采效果上的優勢。

關鍵詞：囊袋式兩端自堵封孔工藝 實驗效果 中馬村礦

1 實驗研究背景

據不完全統計，我國煤礦回采工作面上的瓦斯抽采濃度在30%以上的不足七成，質量偏下的抽采鉆孔封孔工藝直接降低了瓦斯抽采的功效。經研究發現，封孔材料性能以及封孔工藝是決定封孔質量的兩大主因。機械注水泥砂漿封孔、KFB型礦用封孔、發泡聚合材料封孔、黃泥（水泥團）人工封孔等是傳統的抽采鉆孔封孔技術。其中，機械注水泥砂的封孔作業時間較短，但由于設備笨重，在搬運過程中會浪費大量的人力物力；KFB型礦用封孔不但質量差而且難操作；在設備重量和作業時間上均有優勢的發泡聚合材料封孔技術卻只適合短距離封孔，否則不但鉆孔易損耗而且瓦斯抽采濃度達不到標準；黃泥（水泥團）人工封孔技術則由于質量效果較差幾乎被停用。

與過去傳統的封孔技術相比，“兩堵一注”封孔工藝不但封孔效果良好而且抽采瓦斯的濃度較高。但由于該工藝還不成熟，施工復雜、操作繁瑣以及高成本投入等缺點成為其最大的弊病。囊袋式兩端自堵封孔工藝卻能夠較好的規避普通“兩賭一注”封孔工藝的不足，提升瓦斯抽采濃度。本文將以焦煤集團中馬村礦27021底抽巷為實驗基地，設計兩種實驗方案進行抽采效果對比。

2 實驗地點概況

2.1 實驗地點情況描述

實驗地點位于中馬村礦左翼上方位的27021底抽巷與25-27段東大港相鄰，其南面與工作面2704和2501相接，整體坐落于西25回風下山與東27上平軌道的中間。此巷道所處位置地質結構簡單，隨巖層呈傾斜狀態，大構造發育穩定，僅在其巷道區域內存在分叉嚴重的二1煤層，分層間的上下距離各異，非線性變化現象十分明顯。

2.2 工作面鉆孔布置

下圖為該試驗地點27021回風底抽巷第二段抽采鉆孔設計剖面圖及鉆孔設計參數。（見圖1、表1）

3 試驗方案擬選

本次試驗擬選用兩種實驗方案，其中方案一為固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝；方案二為“兩堵一注”帶壓封孔工藝。兩種工藝各取14個鉆孔進行封孔實驗，用編號1#-14#標注。實驗地點位于27021回風底抽巷測點W786.5-W794位置處，鉆孔排間距2.5m，保證了兩種方案的鉆孔布置位于同一抽采區域內。通過對兩種實驗方案對比，從而選出抽采效果較好的一方。

4 實驗過程

4.1 方案一：固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝

4.1.1 封孔參數確定

■

4.1.2 封孔材料及設備

注漿材料：

選用河南能源化工集團研究院有限責任公司自主研發的固特捷化學封孔材料。該材料具有力學強度高、尺寸穩定性好、阻燃、抗靜電、透氣性低、抗收縮性強、粘結力大、耐老化、不怕水、綠色環保等特點。

封孔材料：封孔管采用Φ32mm鋼管；5m囊袋；注漿管。注漿管采用內徑為11mm的專用注漿管。注漿管要求具備阻燃、抗靜電等物理性質。

注漿設備：本次試驗選用河南能源化工集團研究院有限公司研發的“化學封孔材料輸送裝置”。該裝置具備注漿效率高、操作簡單、維護方便、勞動強度低等特點。

4.1.3 現場操作步驟

①用窗紗將第一根花管包裹好并用膠帶捆扎結實。

②囊袋套在花管之后第二根抽采管上，并將注漿管與囊袋內抽采管一起綁扎。

③用寬透明膠帶將囊袋、注漿管、封孔管三者捆綁固定牢靠然后依次向鉆孔內下管。

④注漿后，固特捷封孔材料混合反應并軸向流動并膨脹充滿囊袋兩端堵頭，形成封閉空間。

⑤固特捷材料繼續反應充滿已形成的封閉空間，依靠自身膨脹力實現帶壓功能。封孔注漿結束后，用普通水泥將孔口0.5m段固實固牢。

下圖為方案一封孔示意圖：

■

圖2 方案一封孔示意圖

4.2 方案二：“兩堵一注”帶壓封孔工藝

4.2.1 封孔參數確定

■

4.2.2 材料及設備

注漿材料：注漿材料選用膨脹水泥；封孔材料：封孔管采用Φ32mm鋼管；鋁塑管；注漿設備：水泥注漿泵。

4.2.3 現場操作步驟

①用窗紗將第一根花管包裹好并用膠帶捆扎結實。

②將3袋聚氨酯封孔用AB袋綁扎在花管下方1.5-2m位置處，同時將注漿管和回氣管埋入鉆孔。

③根據封孔段長度確定注漿管和回氣管的長度，回氣管應長于注漿管。在接近孔口5m處的抽采管上，綁扎3袋4聚氨酯封孔用AB袋。

④向注漿管內注入水泥漿，水灰比為1：1.2。

⑤封孔注漿結束后，用普通水泥將孔口0.5m段固實固牢。

下圖為方案二封孔示意圖：

■

圖3 方案二封孔示意圖

5 實驗結果及結論

兩種工藝瓦斯抽采濃度對比數據表

■

■

上圖4為這次實驗兩種封孔工藝下瓦斯抽采濃度的對比折線圖，從中可以總結得出：

①通過兩種實驗數據對比可以看出，在相同地區、相同抽采負壓條件下，方案一在抽采濃度上具有顯著的優越性，固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝較“兩堵一注”帶壓封孔工藝具有抽采濃度高、后期高濃度維持時間長等優點。

②固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝能夠很好的實現對瓦斯抽采鉆孔封孔的定長定位問題，有效的保障了封孔質量。

③固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝具有勞動強度小、工時短、封孔成本低的優點，其具有很好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]趙鐵錘.搞好瓦斯抽放利用 促進煤礦安全生產[J].中國煤層氣，2005（02）.

[2]張曉龍.本煤層瓦斯抽采鉆孔封孔技術試驗研究[J].中州煤炭，2013（05）.

[3]王啟金，李紅行，劉志鴻，王世賢，張廣江.囊袋式注漿封孔技術在鄭州礦區“三軟”煤層的應用[J].中州煤炭，2009（07）.

[4]張福旺，范付恒，秦汝祥.囊袋式兩堵一注封孔裝置在順層鉆孔瓦斯抽采中的應用[J].煤炭工程，2013（11）.

作者簡介：王偉華（1983-），男，河南焦作人，碩士研究生，研究方向：安全技術及工程。endprint

摘要：抽采鉆孔封孔質量的優劣直接影響著煤礦回采工作面瓦斯抽采效果。針對國內瓦斯抽采濃度普遍偏低的現狀，特引進囊袋式兩端自堵封孔工藝以提高瓦斯抽采功效及濃度。本文以焦煤集團中馬村礦為例，通過實驗探索該工藝在增強瓦斯抽采效果上的優勢。

關鍵詞：囊袋式兩端自堵封孔工藝 實驗效果 中馬村礦

1 實驗研究背景

據不完全統計，我國煤礦回采工作面上的瓦斯抽采濃度在30%以上的不足七成，質量偏下的抽采鉆孔封孔工藝直接降低了瓦斯抽采的功效。經研究發現，封孔材料性能以及封孔工藝是決定封孔質量的兩大主因。機械注水泥砂漿封孔、KFB型礦用封孔、發泡聚合材料封孔、黃泥（水泥團）人工封孔等是傳統的抽采鉆孔封孔技術。其中，機械注水泥砂的封孔作業時間較短，但由于設備笨重，在搬運過程中會浪費大量的人力物力；KFB型礦用封孔不但質量差而且難操作；在設備重量和作業時間上均有優勢的發泡聚合材料封孔技術卻只適合短距離封孔，否則不但鉆孔易損耗而且瓦斯抽采濃度達不到標準；黃泥（水泥團）人工封孔技術則由于質量效果較差幾乎被停用。

與過去傳統的封孔技術相比，“兩堵一注”封孔工藝不但封孔效果良好而且抽采瓦斯的濃度較高。但由于該工藝還不成熟，施工復雜、操作繁瑣以及高成本投入等缺點成為其最大的弊病。囊袋式兩端自堵封孔工藝卻能夠較好的規避普通“兩賭一注”封孔工藝的不足，提升瓦斯抽采濃度。本文將以焦煤集團中馬村礦27021底抽巷為實驗基地，設計兩種實驗方案進行抽采效果對比。

2 實驗地點概況

2.1 實驗地點情況描述

實驗地點位于中馬村礦左翼上方位的27021底抽巷與25-27段東大港相鄰，其南面與工作面2704和2501相接，整體坐落于西25回風下山與東27上平軌道的中間。此巷道所處位置地質結構簡單，隨巖層呈傾斜狀態，大構造發育穩定，僅在其巷道區域內存在分叉嚴重的二1煤層，分層間的上下距離各異，非線性變化現象十分明顯。

2.2 工作面鉆孔布置

下圖為該試驗地點27021回風底抽巷第二段抽采鉆孔設計剖面圖及鉆孔設計參數。（見圖1、表1）

3 試驗方案擬選

本次試驗擬選用兩種實驗方案，其中方案一為固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝；方案二為“兩堵一注”帶壓封孔工藝。兩種工藝各取14個鉆孔進行封孔實驗，用編號1#-14#標注。實驗地點位于27021回風底抽巷測點W786.5-W794位置處，鉆孔排間距2.5m，保證了兩種方案的鉆孔布置位于同一抽采區域內。通過對兩種實驗方案對比，從而選出抽采效果較好的一方。

4 實驗過程

4.1 方案一：固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝

4.1.1 封孔參數確定

■

4.1.2 封孔材料及設備

注漿材料：

選用河南能源化工集團研究院有限責任公司自主研發的固特捷化學封孔材料。該材料具有力學強度高、尺寸穩定性好、阻燃、抗靜電、透氣性低、抗收縮性強、粘結力大、耐老化、不怕水、綠色環保等特點。

封孔材料：封孔管采用Φ32mm鋼管；5m囊袋；注漿管。注漿管采用內徑為11mm的專用注漿管。注漿管要求具備阻燃、抗靜電等物理性質。

注漿設備：本次試驗選用河南能源化工集團研究院有限公司研發的“化學封孔材料輸送裝置”。該裝置具備注漿效率高、操作簡單、維護方便、勞動強度低等特點。

4.1.3 現場操作步驟

①用窗紗將第一根花管包裹好并用膠帶捆扎結實。

②囊袋套在花管之后第二根抽采管上，并將注漿管與囊袋內抽采管一起綁扎。

③用寬透明膠帶將囊袋、注漿管、封孔管三者捆綁固定牢靠然后依次向鉆孔內下管。

④注漿后，固特捷封孔材料混合反應并軸向流動并膨脹充滿囊袋兩端堵頭，形成封閉空間。

⑤固特捷材料繼續反應充滿已形成的封閉空間，依靠自身膨脹力實現帶壓功能。封孔注漿結束后，用普通水泥將孔口0.5m段固實固牢。

下圖為方案一封孔示意圖：

■

圖2 方案一封孔示意圖

4.2 方案二：“兩堵一注”帶壓封孔工藝

4.2.1 封孔參數確定

■

4.2.2 材料及設備

注漿材料：注漿材料選用膨脹水泥；封孔材料：封孔管采用Φ32mm鋼管；鋁塑管；注漿設備：水泥注漿泵。

4.2.3 現場操作步驟

①用窗紗將第一根花管包裹好并用膠帶捆扎結實。

②將3袋聚氨酯封孔用AB袋綁扎在花管下方1.5-2m位置處，同時將注漿管和回氣管埋入鉆孔。

③根據封孔段長度確定注漿管和回氣管的長度，回氣管應長于注漿管。在接近孔口5m處的抽采管上，綁扎3袋4聚氨酯封孔用AB袋。

④向注漿管內注入水泥漿，水灰比為1：1.2。

⑤封孔注漿結束后，用普通水泥將孔口0.5m段固實固牢。

下圖為方案二封孔示意圖：

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圖3 方案二封孔示意圖

5 實驗結果及結論

兩種工藝瓦斯抽采濃度對比數據表

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上圖4為這次實驗兩種封孔工藝下瓦斯抽采濃度的對比折線圖，從中可以總結得出：

①通過兩種實驗數據對比可以看出，在相同地區、相同抽采負壓條件下，方案一在抽采濃度上具有顯著的優越性，固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝較“兩堵一注”帶壓封孔工藝具有抽采濃度高、后期高濃度維持時間長等優點。

②固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝能夠很好的實現對瓦斯抽采鉆孔封孔的定長定位問題，有效的保障了封孔質量。

③固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝具有勞動強度小、工時短、封孔成本低的優點，其具有很好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]趙鐵錘.搞好瓦斯抽放利用 促進煤礦安全生產[J].中國煤層氣，2005（02）.

[2]張曉龍.本煤層瓦斯抽采鉆孔封孔技術試驗研究[J].中州煤炭，2013（05）.

[3]王啟金，李紅行，劉志鴻，王世賢，張廣江.囊袋式注漿封孔技術在鄭州礦區“三軟”煤層的應用[J].中州煤炭，2009（07）.

[4]張福旺，范付恒，秦汝祥.囊袋式兩堵一注封孔裝置在順層鉆孔瓦斯抽采中的應用[J].煤炭工程，2013（11）.

作者簡介：王偉華（1983-），男，河南焦作人，碩士研究生，研究方向：安全技術及工程。endprint

摘要：抽采鉆孔封孔質量的優劣直接影響著煤礦回采工作面瓦斯抽采效果。針對國內瓦斯抽采濃度普遍偏低的現狀，特引進囊袋式兩端自堵封孔工藝以提高瓦斯抽采功效及濃度。本文以焦煤集團中馬村礦為例，通過實驗探索該工藝在增強瓦斯抽采效果上的優勢。

關鍵詞：囊袋式兩端自堵封孔工藝 實驗效果 中馬村礦

1 實驗研究背景

據不完全統計，我國煤礦回采工作面上的瓦斯抽采濃度在30%以上的不足七成，質量偏下的抽采鉆孔封孔工藝直接降低了瓦斯抽采的功效。經研究發現，封孔材料性能以及封孔工藝是決定封孔質量的兩大主因。機械注水泥砂漿封孔、KFB型礦用封孔、發泡聚合材料封孔、黃泥（水泥團）人工封孔等是傳統的抽采鉆孔封孔技術。其中，機械注水泥砂的封孔作業時間較短，但由于設備笨重，在搬運過程中會浪費大量的人力物力；KFB型礦用封孔不但質量差而且難操作；在設備重量和作業時間上均有優勢的發泡聚合材料封孔技術卻只適合短距離封孔，否則不但鉆孔易損耗而且瓦斯抽采濃度達不到標準；黃泥（水泥團）人工封孔技術則由于質量效果較差幾乎被停用。

與過去傳統的封孔技術相比，“兩堵一注”封孔工藝不但封孔效果良好而且抽采瓦斯的濃度較高。但由于該工藝還不成熟，施工復雜、操作繁瑣以及高成本投入等缺點成為其最大的弊病。囊袋式兩端自堵封孔工藝卻能夠較好的規避普通“兩賭一注”封孔工藝的不足，提升瓦斯抽采濃度。本文將以焦煤集團中馬村礦27021底抽巷為實驗基地，設計兩種實驗方案進行抽采效果對比。

2 實驗地點概況

2.1 實驗地點情況描述

實驗地點位于中馬村礦左翼上方位的27021底抽巷與25-27段東大港相鄰，其南面與工作面2704和2501相接，整體坐落于西25回風下山與東27上平軌道的中間。此巷道所處位置地質結構簡單，隨巖層呈傾斜狀態，大構造發育穩定，僅在其巷道區域內存在分叉嚴重的二1煤層，分層間的上下距離各異，非線性變化現象十分明顯。

2.2 工作面鉆孔布置

下圖為該試驗地點27021回風底抽巷第二段抽采鉆孔設計剖面圖及鉆孔設計參數。（見圖1、表1）

3 試驗方案擬選

本次試驗擬選用兩種實驗方案，其中方案一為固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝；方案二為“兩堵一注”帶壓封孔工藝。兩種工藝各取14個鉆孔進行封孔實驗，用編號1#-14#標注。實驗地點位于27021回風底抽巷測點W786.5-W794位置處，鉆孔排間距2.5m，保證了兩種方案的鉆孔布置位于同一抽采區域內。通過對兩種實驗方案對比，從而選出抽采效果較好的一方。

4 實驗過程

4.1 方案一：固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝

4.1.1 封孔參數確定

■

4.1.2 封孔材料及設備

注漿材料：

選用河南能源化工集團研究院有限責任公司自主研發的固特捷化學封孔材料。該材料具有力學強度高、尺寸穩定性好、阻燃、抗靜電、透氣性低、抗收縮性強、粘結力大、耐老化、不怕水、綠色環保等特點。

封孔材料：封孔管采用Φ32mm鋼管；5m囊袋；注漿管。注漿管采用內徑為11mm的專用注漿管。注漿管要求具備阻燃、抗靜電等物理性質。

注漿設備：本次試驗選用河南能源化工集團研究院有限公司研發的“化學封孔材料輸送裝置”。該裝置具備注漿效率高、操作簡單、維護方便、勞動強度低等特點。

4.1.3 現場操作步驟

①用窗紗將第一根花管包裹好并用膠帶捆扎結實。

②囊袋套在花管之后第二根抽采管上，并將注漿管與囊袋內抽采管一起綁扎。

③用寬透明膠帶將囊袋、注漿管、封孔管三者捆綁固定牢靠然后依次向鉆孔內下管。

④注漿后，固特捷封孔材料混合反應并軸向流動并膨脹充滿囊袋兩端堵頭，形成封閉空間。

⑤固特捷材料繼續反應充滿已形成的封閉空間，依靠自身膨脹力實現帶壓功能。封孔注漿結束后，用普通水泥將孔口0.5m段固實固牢。

下圖為方案一封孔示意圖：

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圖2 方案一封孔示意圖

4.2 方案二：“兩堵一注”帶壓封孔工藝

4.2.1 封孔參數確定

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4.2.2 材料及設備

注漿材料：注漿材料選用膨脹水泥；封孔材料：封孔管采用Φ32mm鋼管；鋁塑管；注漿設備：水泥注漿泵。

4.2.3 現場操作步驟

①用窗紗將第一根花管包裹好并用膠帶捆扎結實。

②將3袋聚氨酯封孔用AB袋綁扎在花管下方1.5-2m位置處，同時將注漿管和回氣管埋入鉆孔。

③根據封孔段長度確定注漿管和回氣管的長度，回氣管應長于注漿管。在接近孔口5m處的抽采管上，綁扎3袋4聚氨酯封孔用AB袋。

④向注漿管內注入水泥漿，水灰比為1：1.2。

⑤封孔注漿結束后，用普通水泥將孔口0.5m段固實固牢。

下圖為方案二封孔示意圖：

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圖3 方案二封孔示意圖

5 實驗結果及結論

兩種工藝瓦斯抽采濃度對比數據表

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上圖4為這次實驗兩種封孔工藝下瓦斯抽采濃度的對比折線圖，從中可以總結得出：

①通過兩種實驗數據對比可以看出，在相同地區、相同抽采負壓條件下，方案一在抽采濃度上具有顯著的優越性，固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝較“兩堵一注”帶壓封孔工藝具有抽采濃度高、后期高濃度維持時間長等優點。

②固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝能夠很好的實現對瓦斯抽采鉆孔封孔的定長定位問題，有效的保障了封孔質量。

③固特捷囊袋式兩端自堵封孔工藝具有勞動強度小、工時短、封孔成本低的優點，其具有很好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]趙鐵錘.搞好瓦斯抽放利用 促進煤礦安全生產[J].中國煤層氣，2005（02）.

[2]張曉龍.本煤層瓦斯抽采鉆孔封孔技術試驗研究[J].中州煤炭，2013（05）.

[3]王啟金，李紅行，劉志鴻，王世賢，張廣江.囊袋式注漿封孔技術在鄭州礦區“三軟”煤層的應用[J].中州煤炭，2009（07）.

[4]張福旺，范付恒，秦汝祥.囊袋式兩堵一注封孔裝置在順層鉆孔瓦斯抽采中的應用[J].煤炭工程，2013（11）.

作者簡介：王偉華（1983-），男，河南焦作人，碩士研究生，研究方向：安全技術及工程。endprint