解析煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式

權立 李印成 劉珩博

陜西省煤層氣開發利用有限公司銅川分公司

一、引言

對于煤礦生產來說，瓦斯事故是影響安全性最為主要的事故之一。隨著近些年我國瓦斯抽采技術水平的快速提升，在治理煤礦瓦斯以及預防瓦斯事故過程中得到了非常大的進步。但是現階段我國某些煤礦瓦斯抽采率以及瓦斯抽采濃度還是無法達到標準，其中最主要的原因就是瓦斯抽采鉆孔封孔的效果不好。所以研究如何加強瓦斯抽采鉆孔封孔質量已經成為了急需解決的問題，同時也是確保煤礦生產安全性的重要保障。本文主要對煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式進行相應的分析，并且提出優化抽采鉆孔效果的技術對策，希望能夠對提升瓦斯抽采率以及瓦斯抽采濃度起到一定幫助。

二、煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式以及存在的問題分析

（一）水泥砂漿封孔方式及問題分析

第一，水泥砂漿封孔方式。此種方式主要是在傳統手工黃泥封孔基礎上進行的有效改進，主要是將細砂和硅酸鹽水泥根據相應比例配置成為水泥砂漿，通過人工封孔以及機械封孔兩種方式進行封孔，一定程度上提升了瓦斯抽采鉆孔的封孔效果。但是人工封孔需要消耗大量的人力物力，并且封孔長度一般在5m以內，已經逐漸淘汰，而采取壓氣封孔或者注漿泵封孔方式代替。

第二，水泥砂漿封孔方式存在的問題。人工水泥砂漿封孔長度有限并且效果相對較差，受到抽采負壓的作用空氣還是會通過巷道裂隙進入到抽采鉆孔內部，從而降低瓦斯抽采濃度。壓氣封孔方式更多應用在巷道破碎帶較短、臨時瓦斯抽采鉆孔封孔中，而注漿泵封孔方式具有注漿泵難以搬運的問題。另外，在井下巷道內進行瓦斯抽采鉆孔會破壞煤體，并且煤體的裂隙尺度也有所差異，水泥砂漿封堵方式不能有效解決鉆孔周邊裂縫封堵問題，效果較差。

（二）聚氨酯封孔方式及問題分析

第一，聚氨酯封孔方式。聚氨酯技術從19世紀開始就已經實施，我國是從上世紀60年代開始對其應用在瓦斯抽采鉆孔封孔實施試驗研究。其基本原理在于：根據相應比例調配多元醇聚醚以及多異氰酸酯同時并將其注入到抽采鉆孔，經過相應反應之后聚氨酯就進行發泡膨脹，從而在鉆孔中產生徑向力進入到鉆孔周邊的裂隙當中，從而實現鉆孔的封堵。聚氨酯在鉆孔中通過發泡、膨脹、凝固從而實現密封鉆孔方式。

第二，聚氨酯封孔方式存在的問題。聚氨酯發泡時間很難進行控制，在封孔長度較長過程中常常因為發泡時間較短而發生聚氨酯發泡膨脹但是封孔管無法送到預定區域的問題。鉆孔一旦出現變形聚氨酯就會由于受壓變形而發生漏氣情況，從而降低抽采濃度。另外，聚氨酯材料自身的黏度相對較高，無法對鉆孔周圍損傷產生的孔隙或者裂隙進行封堵，從而造成密封不嚴、瓦斯抽采過程漏氣嚴重等問題。

（三）“兩堵一注”帶壓封孔方式及問題分析

第一，“兩堵一注”帶壓封孔方式。首先采用袋裝聚氨酯對于封孔段區域實施封堵，一旦聚氨酯發泡膨脹以及凝結之后通過注漿管對于兩側聚氨酯封堵段鉆孔實施注漿。受到注漿壓力的影響，漿液會向鉆孔壁滲透同時填充鉆孔周圍的裂隙而完成抽采鉆孔封孔操作。

第二，“兩堵一注” 帶壓封孔法存在的問題。如果兩側采取聚氨酯封堵方式，那么受到封堵裝置自身問題、兩端封堵強度較差、注漿壓力跟不上而造成封孔效果相對較差。對于囊袋式封孔設備來說，受到囊袋強度方面的限制注漿壓力無法過高，很難將水泥砂漿注入到鉆孔周邊較深的縫隙當中，無法對鉆孔周邊縫隙進行封堵，不能實現較為嚴密的封孔。另外，因為始封深度和封孔段長度選擇不夠合理，尤其是始封深度選擇不夠合理，目前“兩堵一注”封孔工藝以及參數很難有效實現裂隙帶內抽采鉆孔段的密封，從而造成瓦斯抽采濃度較低、抽采效果不佳。

（四）二次封孔方式及問題分析

第一，二次封孔方式。二次封孔方式屬于全新抽采鉆孔封孔的方式，已經在某些地區得到了應用，并且有效改善了瓦斯的抽采效果。此種封孔方法主要分為兩個階段，第一封孔階段主要位于巷道破碎帶之外區域，將已經卷纏好高分子聚合發泡材料的瓦斯抽采管插入到鉆孔內部實施封孔，同時采用速凝水泥對其進行封堵。第二封孔階段主要是通過壓縮空氣將微細膨脹粉料吹入到鉆孔內部，通過抽采負壓的作用使得粉料進入到漏氣通道，從而對鉆孔周邊的裂隙完成封堵，并且采取速凝水泥將孔口進行封堵，完成封孔操作。

第二，二次封孔方式存在的問題。此種封孔方式需要配備專門的設備，并且對于微細膨脹粉料粒徑具有非常高的要求，微細膨脹粉料容易受潮而結塊。一旦鉆孔中長時間存在水或者粉料，受潮結塊之后無法進入到鉆孔周圍的縫隙當中就會嚴重影響到此種封孔方式的效果。

三、瓦斯抽采鉆孔封孔問題的解決對策

（一）加強多重損傷抽采鉆孔周圍裂隙發育時效性研究

在進行抽采鉆孔施工過程中會在一定程度上損傷巷道和鉆孔周邊的煤巖體，使其產生塑性區、彈性區以及彈塑性區等等，使得鉆孔周圍出現裂隙。實施封孔過程中如果不對裂隙實施封堵就會產生較為嚴重的鉆孔漏氣，從而影響到抽采的效果。另外，隨著時間的積累應力會重新進行分布，會造成鉆孔周圍的裂隙擴展。所以要明確較為合理的封孔長度以及始封深度就要充分研究多重損傷情況下抽采鉆孔周圍裂隙發育時效性情況，主要是對鉆孔周圍裂隙發育時效性實施實驗室測定，獲取巷道周圍三帶以及鉆孔周圍三區分布規律所在（如圖1所示），同時要利用數值模擬軟件對巷道周圍和鉆孔周圍裂隙發育時效特征進行研究。

圖1 巷道周圍三帶以及鉆孔周圍三區分布規律

（二）加強封堵材料性能試驗和兩端合理封堵長度的研究

要對現有聚氨酯或類似膨脹材料的相關性能（主要包括抗壓強度、抗剪強度、氣密性等）實施理論研究，并通過相應試驗對其進行測定。在此基礎上進行高強度、高徑向作用力兩端封堵全新材料的研究，從而保證兩端封堵材料具有足夠的強度，符合封孔方面的要求。要確保兩端封堵材料所具有的作用力能夠符合注漿壓力方面的要求，確保其材料的強度要求，需要針對不同的封堵長度來分析兩端。

（三）確定出較為合理的注漿壓力

在經過了多重損傷情況下抽采鉆孔周圍裂隙發育時效性分析之后能夠獲取鉆孔周圍裂隙分布特性，可以通過數值模擬軟件來對各種注漿壓力情況下漿液對于鉆孔周圍裂隙封堵情況實施模擬分析，同時通過現場監測的方式來對數值模擬所得結果進行驗證，從而獲取較為合理的注漿壓力，確保漿液可以有效進入到鉆孔周圍裂隙當中，從而確保封孔之后鉆孔不會出現漏氣的情況。

四、結束語

本文主要闡述煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式，通過本文的介紹能夠對煤礦瓦斯抽采鉆孔提供一定參考和幫助。