新型“堵-注-排”封孔工藝在正珠礦的應用

宋以斌

(山西焦煤集團有限責任公司，山西 太原 030024)

正珠礦隸屬于山西焦煤集團公司，設計生產能力90萬t/a，開采15#煤層，礦井瓦斯絕對涌出量為16.77 m3/min，為突出礦井。礦井于2016年開始使用新型“堵-注-排”封孔工藝，解決了鉆孔封孔質量差、填充材料不能充填封堵段圍巖裂隙、單孔濃度偏低等問題，提高了抽采效果。

1 原封孔工藝與新型“堵-注-排”封孔工藝對比

1.1 原封孔工藝

封孔管采用5根2 m長封孔管連接，封堵段采用毛巾包裹A、B液快速封孔材料，并預留注漿軟管，采用注漿泵將泥漿通過注漿軟管注入注漿段，封孔器結構簡單，封孔效果較差。該工藝結構圖見圖1.

圖1 原封孔工藝結構圖

封孔步驟如下：

1) 開孔用d94 mm鉆頭施工10 m，退桿換d75 mm鉆頭進行鉆進，直至鉆孔成孔。2) 兩端封堵段為毛巾包裹A、B液快速封孔材料，包裹長度為0.5 m，封孔管外端再加設一段d10 mm注漿管。3) 快速封孔材料與孔口管送入鉆孔內，必須在2 min內完成，否則聚氨酯開始膨脹無法將封孔管送入孔內。注漿必須采取多次補漿，直至鉆孔封堵嚴實。4) 用注漿泵將泥漿從注漿軟管中注入注漿段，待返漿管排氣→排水→溢出泥漿后，并保證溢出泥漿期間無摻雜大量水及空氣時方可停止注漿。5) 外封堵段由里向外均勻注入泥漿，在注至孔口后將孔口水泥平整。

1.2 新型“堵-注-排”封孔工藝

新型“堵-注-排”封孔器主要由瓦斯抽排管、注漿管、排水排氣管、內封堵囊袋、外封堵囊袋、鎖緊裝置、單向逆止閥、爆破閥、安全信號閥和金屬管箍等構成。工作時，通過注漿管將注漿材料注入到內外封堵囊袋進行兩端封堵，再次注漿到注漿段，待外段安全信號閥打開，封孔完畢實現鉆孔的封孔工作。該封孔器結構圖見圖2.

1—排水排氣裝置 2、4—內外封堵囊袋 3—爆破閥 5—安全保護信號閥圖2 抽采瓦斯用囊袋注漿式封孔器結構示意圖

封堵步驟如下：

1) 連接封孔裝置：封孔管d50 mm，單根封孔管長度3 m，依次連接3根，里封堵囊袋段距孔口管底部0.5 m，外封堵囊袋段距鉆孔口0.5 m，有效注漿段不小于8 m，孔口管外露長度0.2 m.

2) 注漿材料首先注入并充滿內封堵囊袋，在達到0.15 MPa時，單向逆止閥打開，開始向外封堵囊注漿。

3) 注漿壓力達到0.8 MPa時，內外封堵囊袋之間的爆破閥爆破，注漿材料向內、外封堵囊袋之間注漿，氣、水由雙排管排出。

4) 當壓力達到1.5 MPa，注漿管外段安全信號閥打開，注漿結束，封孔完畢。

1.3 新型“堵-注-排”封孔工藝優點

通過在井下實際施工應用，得出該封孔工藝具有以下幾個優點：

1) 封孔方式操作簡單，封孔時間大幅縮短，節約了工時。

2) 該封孔器自帶安全信號閥，保證整個封孔系統的安全運行和足夠的注漿壓力，且具有傳遞注漿過程結束的信號。

3) 使用抽采瓦斯用囊袋注漿式封孔器封孔時，鉆孔中的水和氣可通過排水排氣管排出，解決了含水鉆孔的封孔難題。

4) 在封孔段對鉆孔施加高壓注漿，主動加固鉆孔，使鉆孔長期保持穩定，為長效封孔創造了條件。

5) 解決了封孔管在封孔后無法處于鉆孔中心位置的難題。

2 瓦斯抽采效果對比分析

采用新型“堵-注-排”封孔工藝后，對11502運輸巷新施工鉆孔與原工藝施工鉆孔參數進行了對比分析，根據近兩個月的檢測數據顯示，單孔抽采濃度大幅提高，支管抽采量有一定增大：

1) 單孔瓦斯抽采濃度由原1%～10%上升至5%～80%，單孔瓦斯抽采量平均值由原來的0.002 1 m3/min上升到0.012 2 m3/min.

2) 11502運輸巷支管抽采平均濃度由原來的1.8%上升到2.8%，提高了55%，抽采量由原0.7 m3/min提高到1.2 m3/min.

3) 地面泵站高負壓抽采平均濃度由原來的1.5%上升到2.2%，提高了37%，抽采量由原來的1.8 m3/min提高到2.7 m3/min.

11502運輸巷補打鉆孔與舊鉆孔參數對比見表1，表1中第一組鉆孔瓦斯濃度對比曲線見圖3.第二組鉆孔瓦斯濃度對比曲線見圖4.

表1 11502運輸巷補打鉆孔與舊鉆孔參數對比表

圖3 第一組鉆孔瓦斯濃度對比曲線圖

圖4 第二組鉆孔瓦斯濃度對比曲線圖

3 新型“堵-注-排”封孔器的瓦斯治理效果

11502綜放工作面自采用新型封孔技術以來，風排瓦斯量由原來的5.14 m3/min降至3.70 m3/min；抽采量由原來的4.89 m3/min提高至7.78 m3/min；抽采率由原來的48.8%提高至67.8%. 工作面瓦斯濃度從0.18%降至0.10%；上隅角瓦斯濃度從0.48%降至0.26%；回風瓦斯濃度從0.4%降至0.24%. 通過采用新型封孔技術，11502綜放工作面瓦斯濃度顯著下降，為回采工作創造了先決條件，同時也確保了回采工作的安全順利進行。

4 結束語

正珠礦自使用該封孔器以來，共施工本煤層抽采鉆孔183個，從現場實際操作中得出該封孔器具有操作簡單、封孔效果好、安全可靠、適用性強、效率高的優點，改進了原封孔工藝，提高了封孔質量，減少了漏氣鉆孔的出現，山西焦煤集團公司將在全集團高瓦斯、突出礦井進行推廣應用，進一步提高集團公司瓦斯治理效果。