關于瓦斯抽采鉆孔化學注漿封孔技術的運用分析

張濤

摘 要：目前所使用的抽采鉆孔封孔技術尚未完善，還存在著封孔較淺、長度不夠、封堵的質量比較差等缺點。對此，特提出一種新型封孔技術--化學注漿封孔技術，可以有效解決這些問題，保證封孔的質量，提高瓦斯抽采的效率。將該技術應用于河南省新龍礦業(yè)有限公司的煤與瓦斯突出礦井之后，取得了不錯的成效。

關鍵詞：瓦斯抽采；鉆孔封孔；化學注漿；應用分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.038

1 前言

為了保證煤礦開采安全，必須要抓緊瓦斯防治工作。瓦斯抽采可以有效控制煤礦內瓦斯的濃度，是瓦斯防治的主要措施之一，而瓦斯抽采的關鍵技術就是鉆孔封孔技術。當前所使用的封孔技術有以下幾種：水泥封孔技術、發(fā)泡材料封孔技術、封孔器封孔技術等。這些封孔技術分別應用于不同的條件下的瓦斯抽采，但是每種在應用時都存在一定的缺陷。針對這些問題，特提出化學注漿封孔技術。

2 礦井的基本概況

河南省新龍礦業(yè)隸屬于河南神火集團有限公司，礦井地處河南省禹州市南部，礦井設計時的產(chǎn)煤速度為0.9Mt/a，主要開采二疊紀時期遺留下來的山西組二1煤層，最大煤層厚度約11m，平均厚度約為4.5m，傾斜角度為8-15度；該礦井中瓦斯的壓力為0.6-2.75MPa，瓦斯的濃度為5.73-13.93m3/t；煤層的硬度在0.2左右，透氣度約為0.001-0.045。

3 瓦斯抽采鉆孔化學注漿封孔技術的運用

3.1 化學注漿的原理

在對煤層的巷道進行開采以后，巷道附近會發(fā)生一定程度的松動，這些松動就會導致某些細小裂縫的出現(xiàn)。而在瓦斯抽采鉆孔施工時，鉆頭會使周圍產(chǎn)生較大的應力，從而使得鉆孔周圍也出現(xiàn)許多裂縫。當這些鉆孔產(chǎn)生的裂縫與松動產(chǎn)生的裂縫連通在一起時，就會在孔洞周圍形成一條裂縫帶，當鉆孔封孔完成以后，這條裂縫帶就成為泄露的主要通道。所以，對于裂縫帶的封堵，才是封孔技術的關鍵。對此，要求封孔的長度至少要超出松動圈裂縫的范圍，同時為了節(jié)約施工成本，封孔的長度也不宜過長。在選擇了合適的封孔長度以后，需要用到發(fā)泡漿料在孔洞內構建一個封閉的空間，如圖1。使用化學注漿的方式將發(fā)泡漿料注滿整個孔洞以后，發(fā)泡漿料會逐漸擴散到孔洞附近的裂縫帶當中。但是由于不同性質的界面之間存在著界面張力，使得發(fā)泡漿料在滲透時只停留在裂縫帶的表面，形成一層表面滯留層。這層表面滯留層大大降低了發(fā)泡漿料的滲透程度，對漿料滲透造成了很大的阻礙作用，而且這種阻礙作用會受到表面滯留層的顆粒比表面積的影響而產(chǎn)生變化。所以，在發(fā)泡漿料滲透進裂縫帶時，需要施加一定的壓力，才能使發(fā)泡漿料突破表面滯留層的阻礙，進入到裂縫帶內部。等到發(fā)泡漿料在裂縫帶內充分反應、膨脹、凝固以后，就可以有效地填充孔洞附近的裂縫，降低瓦斯抽采時漏氣的可能性，提高瓦斯抽采的效率[1]。

3.2 化學注漿的相關材料

目前可用于化學注漿的材料主要有水泥、黏土、聚氨酯材料、聚亞胺膠脂材料等，使用這些材料時都會產(chǎn)生一定的問題，比如封孔的長度不夠、質量不高、成本高、適用范圍小等。

3.3 化學注漿的材料

該礦井所使用的化學注漿材料為賽瑞封孔材料。它在充分反應凝固以后所生成的聚合物抗壓性能比較好、不易產(chǎn)生收縮、不易燃燒、結合力強、密封質量高[2]。

3.4 化學注漿封孔技術

（1）在瓦斯抽采管道最前端約0.75m的位置開始往后端均勻地纏繞棉質紗布，纏繞的長度大概是0.5m，纏好之后用鐵絲將其捆牢，如果鉆孔的方向是向下的，那么可以適當?shù)匮娱L棉質紗布纏繞的長度。

（2）在棉質紗布上涂上一層賽瑞封孔材料，涂抹時要注意均勻性，然后將管道連接起來，將管道送入孔洞內。

（3）把長度大概為2m的注漿管道放入孔洞當中，同時，把涂抹了賽瑞封孔材料的棉質紗布堵在裂縫帶的位置。

（4）將賽瑞封孔材料輸入到注漿壓力泵當中，并通過手動控制開啟注漿壓力泵，將賽瑞封孔材料注入到已形成密閉空間的孔洞當中去。

（5）在注漿過程結束以后，注漿壓力泵不能馬上關閉，還需要維持一段時間的壓力，使得賽瑞封孔材料能夠突破表面滯留層的阻礙，進入到裂縫帶內部，直到漿料完全凝固以后，才可以關閉注漿壓力泵，撤去壓力，并卸載相應的部件，逐一進行清洗、保管[3]。

4 化學注漿封孔技術應用效果

為了驗證化學注漿封孔技術的實用性，特將其與棉蘸發(fā)泡材料封孔技術進行比較，設計對比實驗。在實驗場所進行鉆孔，兩塊區(qū)域各鉆10個孔，計算好材料的用量，然后將相應的設備都準備齊全，開始進行實驗。在實驗過后，經(jīng)過兩個月的觀察測量發(fā)現(xiàn)：使用化學注漿封孔技術處理過的實驗區(qū)域，在一個月后的平均瓦斯抽采濃度還能達到60%，而使用棉蘸發(fā)泡材料封孔技術的實驗區(qū)域，一個月后的平均瓦斯抽采濃度僅為20%左右，由此可見，化學注漿封孔技術的封孔效果遠遠優(yōu)于棉蘸發(fā)泡材料封孔技術。

5 結束語

實驗結果表明，化學注漿封孔技術的應用效果明顯優(yōu)于其他封孔技術，其不僅能夠延長封孔的長度，增加封孔的深度，還能夠有效填充孔洞附近的裂縫帶，降低了瓦斯泄露的可能性，增強了孔洞封堵的密封性，提高了瓦斯抽采的濃度，延長瓦斯抽采的時間，使得瓦斯抽采作業(yè)能獲得更多的經(jīng)濟效益，促進礦產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]王兆豐，武煒.煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式剖析[J].煤炭科學技術，2014，42（06）：31-34+103.

[2]王振鋒，周英，孫玉寧，王永龍.新型瓦斯抽采鉆孔注漿封孔方法及封堵機理[J].煤炭學報，2015，40（03）：588-595.