“一堵一注”瓦斯抽采鉆孔封孔工藝研究與應用

李田龍

摘要： 瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝采用孔口封堵聚氨酯，孔內注水泥漿的方法，它可以有效封堵鉆孔周圍裂隙，使在抽采過程中不漏氣，提高瓦斯抽采負壓和抽采濃度。

Abstract： The process of "one block and one injection" for gas drainage drilling adopts the method of sealing polyurethane through ostiole and injecting cement slurry into hole， which can effectively block the fracture around the borehole， so that the gas leakage can be avoided during the extraction process， so that the negative pressure and the extraction concentration of the gas are improved.

關鍵詞： “一堵一注”；瓦斯抽采；封孔工藝

Key words： "one block and one injection"；gas extraction；sealing process

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）19-0115-02

0 引言

我國大多數礦井是瓦斯礦井，瓦斯災害是最嚴重的礦井自然災害之一。當前礦井瓦斯治理的一項有效手段是瓦斯抽采，然而在實際的瓦斯抽采期間經常面臨各種問題，比如瓦斯抽采濃度低、預抽時間長、抽采效果差等。這些問題的出現使得瓦斯抽采效果大打折扣，抽采鉆孔的封孔工藝和封孔質量對瓦斯抽采效果影響最大。

陶二煤礦作為高突礦井，在礦井深部突出危險區內，地應力、瓦斯含量和瓦斯壓力較高，瓦斯抽采是礦井瓦斯治理的主要手段。在礦井瓦斯治理工作中同樣存在瓦斯抽采濃度低，抽采效果差，預抽時間長等問題。為了提高礦井瓦斯抽采效果，現場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”封深孔的瓦斯抽采鉆孔封孔工藝。這對于有效封堵鉆孔周圍裂隙、提高瓦斯抽采負壓和抽采濃度、縮短瓦斯抽采達標所需要的時間，大大減少瓦斯事故的發生，提高采掘工作面單進水平，緩解采掘接替緊張的局面具有重要意義。

1 性質用途

陶二煤礦是高突礦井，瓦斯抽采是礦井進行瓦斯治理最主要手段，封孔質量的好壞直接影響瓦斯抽采效果。在底抽巷上斜穿層鉆孔封孔時采用“一堵一注”封孔工藝能夠保證鉆孔在抽采過程中不漏氣，提高瓦斯抽采負壓和抽采濃度，進而縮短瓦斯抽采達標所需要的時間，大大減少瓦斯事故的發生，提高采掘工作面單進水平，緩解采掘接替緊張的局面。

2 適用范圍

瓦斯抽采鉆孔封孔質量是影響煤礦瓦斯抽采效果的重要因素之一。瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝采用孔口封堵聚氨酯，孔內注水泥漿的方法，它可以有效封堵鉆孔周圍裂隙，使在抽采過程中不漏氣，提高瓦斯抽采負壓和抽采濃度，進而縮短瓦斯抽采達標所需要的時間，提高采掘工作面單進水平，緩解采掘接替緊張的局面。該封孔工藝對于上斜瓦斯抽采鉆孔的封孔具有良好的效果。

3 技術原理闡述

瓦斯抽采鉆孔孔口抽采負壓和抽采濃度在封孔工藝沒有改進之前，下降的速度比較快。造成這個現象產生的原因可能是因為在抽放管路的某個環節漏氣而造成的。在對現有可能造成漏氣的環節進行多次封堵之后，發現封堵后的效果依然未得到明顯改善。經過多方論證分析發現，原因在于忽略了煤巖體受掘進影響產生的裂隙。

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：完成鉆孔施工后，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，可使周圍的裂隙和鉆孔隔離開，如此在抽采瓦斯時可確保鉆孔不會漏氣，大大提升了抽采效果。

4 新技術創新點

改進封孔工藝前，封孔工藝比較簡單，對于順煤層鉆孔，下管深度12m，封孔深度8m；對于穿層鉆孔，下管深度8m，封孔深度5m。這種封孔方式封孔效果和封孔質量較差，瓦斯抽采鉆孔孔口抽采負壓和抽采濃度下降很快，瓦斯抽采效果較差。

經過分析研究和現場試驗，改原來的單一封孔方式為“一堵一注”封孔工藝，即在孔口用聚氨酯封堵1m，待聚氨酯凝固后再進行注水泥漿，水泥漿利用自重沉降，封堵鉆孔周圍的裂隙。這種封孔工藝采用全程下套管，封孔深度達到20m，對于巖孔段長度不足20m的，封孔深度為整個巖孔段。

5 應用實踐情況及效果分析

5.1 “一堵一注”封孔工藝流程

5.1.1 封孔材料和設備

2寸花管、2寸雙抗管、4分鋼管、白布袋、注漿泵、水泥、聚氨酯。

5.1.2 封孔工藝流程

①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+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。

②鉆孔封孔步驟。

Ⅰ、在正式封孔前，檢查鉆孔中是否存在異物，若存在采取措施清除。

Ⅱ、鉆孔封孔要求全程下管，封孔長度要根據施工完畢后的鉆孔見煤深度來確定，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。

Ⅲ、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）。

Ⅳ、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。

現場施工情況表明：由于鉆孔煤孔段塌孔嚴重，多數鉆孔封孔管不能下到孔底，但都能下到煤孔段。

5.2 應用效果分析

5.2.1 改進封孔工藝前

2217下巷預抽鉆孔沒有改進工藝前，瓦斯抽采負壓迅速衰減，瓦斯抽采效果差，要想達到瓦斯抽采達標需要進行長時間的瓦斯抽采工作。

5.2.2 改進封孔工藝后

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。從2013年9月1日至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，2217下底板巖巷采用封孔新工藝后，在開始的幾個月里，瓦斯抽采濃度一直保持在50%以上，最大值達到95%以上，并且可以長時間的保持這個抽采效果。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。

6 與原事物比較主要效益（經濟和社會效益）指標

6.1 經濟效益

采用“一堵一注”封孔工藝后，提高了瓦斯抽采負壓和抽采濃度，提高了瓦斯抽采效果，縮短了消突時間，提高了掘進速度。由于抽采效率的提高，煤層中的瓦斯壓力和含量下降較快，有效地消除了突出危險，從而加快了掘進進度。陶二礦煤巷掘進速度由原來的單月進尺60m，現提高到90m。項目實施前，每月掘進60m，每班出勤10人，則一個月用工900個，每工工資180元，需人工費16.2萬元；該項目實施后，月單進平均提高30m，等于節省人工費用8.1萬元，全年節省97.2萬元。陶二煤礦有6個掘進隊伍，則每年可節約583.2萬元。

6.2 社會效益

①有效的降低了礦井瓦斯的含量，消除了突出危險性，避免了發生瓦斯突出等惡性事故的發生，確保了礦井生產安全。②該項目實施后，縮短了消突時間，提高了煤的掘進速度，緩解了突出礦井采掘銜接緊張的問題，保證了礦井穩定發展。

7 根據現有類似成果評價本成果的總體水平

陶二煤礦是煤與瓦斯突出礦井，瓦斯抽采是礦井治理瓦斯的主要技術手段，采用瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝后，實現了抽采鉆孔全程下套管，封深孔的目標，鉆孔封孔深度達到15m～20m。瓦斯抽采負壓和抽采濃度、抽采純量都得到了較大提高，大大縮短了瓦斯抽采達標所需時間，消除了突出危險性，基本實現了瓦斯零超限，杜絕了瓦斯事故。該技術達到了煤炭行業領先水平。

8 推廣應用前景

鉆孔封孔質量一直是影響瓦斯抽采效果的重要因素之一。該項目針對瓦斯抽采過程中出現的瓦斯抽采濃度低，抽采效果差，預抽時間長等問題進行了研究和現場試驗，提出了瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝。

瓦斯抽采鉆孔“一堵一注”封孔工藝的研究大大提高了瓦斯封孔質量，解決鉆孔抽采工程中的漏氣問題，進一步加大了礦井瓦斯抽采力度，提高瓦斯抽采效果，縮短煤層瓦斯預抽時間，提高工作面掘進速度和單進水平。該技術可以廣泛應用于上斜瓦斯抽采鉆孔的封孔工作中，具有廣泛的推廣應用價值。

9 存在的問題及改進意見

鉆孔封孔注漿時，由于水泥漿在注漿過程中容易發生沉淀，導致水泥漿不均勻，往往使得注進鉆孔的漿液濃度低于預計濃度。因此，在注漿過程中，要安排專人不停地進行攪拌，盡量保證水泥漿均勻。

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