安爾特瓦斯抽放孔封孔工藝在王坡煤業的應用

劉偉偉，王雷剛

王坡煤業為高瓦斯礦井，為對礦井瓦斯進行綜合治理，采用了地面鉆井抽采、本煤層鉆孔預抽及高位鉆孔抽采等方法。對礦井瓦斯抽采系統進行改造升級后，通過實際測量瓦斯預抽鉆孔孔口負壓均大于13 kPa，但瓦斯抽放濃度相對較低，無法達到預期的瓦斯抽采效果，通過對現場抽放工藝進行分析研究，得知瓦斯抽采鉆孔封孔質量好壞對抽采效果有著重要的影響。因此決定對原封孔工藝進行優化改造，以便提高預抽鉆孔瓦斯濃度，改善瓦斯抽采治理效果。

1 常見瓦斯抽采鉆孔封孔方式及使用現狀

我國煤礦常見的瓦斯抽采鉆孔封孔方式主要有：水泥砂漿封孔法、二次封孔法、聚氨酯封孔法、安爾特封孔法等。水泥砂漿封孔法施工中受鉆孔傾角影響較大，當鉆孔角度為水平或者緩傾斜時，封孔不易且費時費力。二次封孔法需配備專業封孔機具設備，而且需做好材料防潮工作，因而限制了其在煤礦井下的大規模使用。聚氨酯封孔法主要采用發泡聚合材料，該材料具有質量輕，反應速度快的特點，但其反應時間不易控制，對封孔者操作技術要求高，當鉆孔圍巖發生變形時容易導致漏氣現象，王坡煤業之前就是使用這種封孔方法。安爾特封孔法亦稱 “兩堵一注”帶壓注漿封孔方法，該方法源自于囊袋式注漿封孔方法，施工時通過具體地質情況確定封孔長度和封孔材料，同時處理好堵頭的封堵強度，會取得很好的封孔效果，是當前效果相對較好的一種封孔方法。

2 安爾特封孔工藝

安爾特高效膨脹封孔劑具有流動性好、凝固速度快、微膨脹性、固結后強度高等優點，針對鉆孔周圍的圍巖裂隙能夠快速滲入，操作簡單且封孔效果好，無需使用專門的注漿設備，使用水泥注漿設備即可，因此該方法適用于煤礦井下各類瓦斯抽放鉆孔的封孔作業。

2.1 封孔原理

安爾特封孔方法采用“兩堵一注”的工藝，即采用安爾特封孔袋聚凝物將鉆孔封孔段兩端密封，通過注漿管在中間部分注入安爾特高效膨脹封孔劑，采用帶壓的方式進行封孔注漿，在高壓和膨脹應力的作用下，封孔劑能夠快速滲入煤巖體裂隙中，將裂隙封閉，鉆孔密封。

2.2 封孔工藝

安爾特封孔工藝見圖1。① 鉆孔形成后，用高壓吹風管將封孔段內煤屑清除；② 在抽排管靠近封孔段里端用透明膠安放2組安爾特高效封孔袋凝聚物，在孔口段用膠帶將2組安爾特高效封孔袋凝聚物和抽排管、注漿管及回漿管固定，注漿管和回漿管分別長0.5 m和2.5 m，直徑均為16 m，兩管在孔口端外露20～30 cm；③ 將封孔袋中間的隔板抽出后，將封孔袋擠壓揉搓20～30 s，將袋內的液體混合均勻后，將抽排管放入孔中，再用棉紗或者編織袋等將孔口堵塞，防止混合物反應噴出，混合物在30～50 min內可以完全反應，然后在兩堵頭之間注入安爾特高效膨脹封孔劑；④ 按上述工藝流程，以若干鉆孔為一組，將孔口兩端封好后再統一注入安爾特膨脹劑；⑤ 進行現場施工需準備1臺2ZBQ24/10型氣動注漿泵，清水桶和漿液攪拌桶各一個；⑥ 注漿泵在運行前應先進行調試工作，主要檢查管路及接頭是否暢通及各接頭是否牢固等；⑦ 封孔劑水灰比為1∶1，將漿液攪拌好后，將注漿泵通過快速接頭與注漿管接通，當回漿管返漿時，停止注漿并將回漿管彎折扎緊，此時應采用間歇性注漿方式，當注漿孔內壓力達到1～2 MPa時，即可停止注漿。注漿工作完成后，將注漿管彎折扎緊，同時打開卸壓閥卸壓，將快速接頭取下與下一注漿孔相連接并注漿；⑧ 注漿工作完成后，將注漿管路拆除，通過清水桶對注漿泵各管路及連接洗頭進行清洗工作，以備再次進行使用。

圖1 安爾特封孔工藝

3 工業性試驗

3.1 試驗地點

本次安爾特封孔工業性試驗地點為王坡煤業3205運輸順槽，王坡煤業為高瓦斯礦井，現主采3#煤層，3#煤層厚度為4.1～6.7 m，均厚5.76 m，煤層傾角為2°～11°，針對工作面瓦斯涌出量較大的問題，通過采用本煤層鉆孔抽放和高位鉆孔抽放兩種方法對工作面進行瓦斯預抽，鉆孔選用ZYWL-1900R履帶式全液壓鉆機，鉆桿直徑為73 mm，長度為1000 mm，鉆頭選用直徑為115 mm的PDC鉆頭，封孔段長8 m，直徑為75 mm的PVC抗靜電封孔管與直徑為457 mm的抽排管通過蛇形膠管連接，鉆孔參數如表1所示。

3.2 效果分析

王坡煤業原瓦斯鉆孔封孔采用聚氨配合麻袋片的方法，采用該方法后，抽采孔有效抽采期短，抽采孔抽采濃度會發生嚴重下降，無法達到預期抽采效果。在試驗巷道內施工鉆孔20個，共分為4組，每組5個鉆孔，A組（編號1～5）和B組（編號11～15）為采用原封孔工藝的鉆孔，C組（編號6～10）和D組（編號16～20）為采用新封孔工藝的鉆孔，采用交叉封孔的方式，即采用新封孔工藝的鉆孔和采用原封孔工藝的鉆孔間隔布置，每組的5個鉆孔的封孔時間及瓦斯濃度的測定要保持同步，每個鉆孔孔口的負壓應大于13 kPa。鉆孔封孔完成后，對抽放孔的瓦斯濃度和流量進行持續測量并記錄，共測量10周，每周測量一次，然后對每組5個鉆孔所測量的瓦斯濃度和流量取平均值，繪制圖2中的不同封孔工藝的瓦斯平均濃度對比圖和圖3中瓦斯平均純流量對比圖。

圖2 不同封孔工藝瓦斯平均濃度對比

由圖2可知，A組鉆孔和B組鉆孔均為采用原封孔工藝，采用原封孔工藝，抽采濃度最高時可達到55%，然而隨著時間的增長，抽采濃度下降較快，當到第5周時，抽采濃度已經下降到30%以下，鉆孔無法持續較長時間的高濃度抽采；而采用安爾特封孔工藝后，初期最高抽采濃度可達到80%，直到第10周鉆孔抽采濃度仍在50%以上，10周內平均抽采濃度可達到70.7%，瓦斯抽采濃度下降較慢，能夠保持較長時間的高濃度抽采。

圖3 不同封孔工藝瓦斯平均純流量對比

由圖3可知，采用原封孔工藝的A組和B組鉆孔內瓦斯平均純流量均小于0.05 m3/min，隨著時間的增長緩慢下降，最終10周內平均純流量為0.024 m3/min，從總體來看，平均純流量處于較低的水平；而采用新封孔方式后，C組和D組所測定的平均純流量均保持在0.05 m3/min以上，10周內平均純流量為0.072 m3/min，由圖2和圖3可知，采用新型安爾特封孔工藝可以有效提高瓦斯抽采的濃度和流量。

3.3 鉆孔封孔質量的影響因素

① 封孔材料的流動性及凝固后的強度等性質對封孔質量具有重要的影響；② 鉆孔封孔長度對其密封性好壞有重要影響；③ 該封孔方式為帶壓封孔，則注漿壓力的大小會影響到封孔質量的好壞；④ 若煤巖體破碎，節理裂隙發育，則會影響到封孔質量；⑤ 煤層內含水，瓦斯流動的通道被水封死，則會影響到瓦斯抽采的效果；⑥ 在工作面回采動壓影響下，會導致鉆孔周邊煤巖體破碎，對封孔效果產生不利影響。

4 結語

本文對不同封孔方法優缺點及安爾特封孔原理及工藝進行了介紹，通過在順層鉆孔對原封孔方法及安爾特封孔方法進行工業性試驗對比，結果表明采用新型封孔方式可有效提高瓦斯鉆孔抽采濃度及流量，對該礦瓦斯治理起了積極有益的作用。

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