新型封孔技術在瓦斯抽放鉆孔中的應用

孫 博

（山西焦煤集團西山煤電鎮(zhèn)城底礦，山西 古交 030203）

1 回采工作面概況

鎮(zhèn)城底礦22612回采工作面主采3#煤，含有夾矸1～2層，煤層傾角平均12°，平均厚度為3.5m，屬于中厚煤層，分布較為穩(wěn)定，埋深476m，煤層直接頂為泥巖，厚度1.1m，老頂為細砂巖、粉砂巖，厚度10.2m，直接底為灰黑色泥巖，厚度1.1m。該礦井經(jīng)鑒定為高瓦斯礦井，22612巷位于3.5m的3#煤層中，對22612巷采取抽放措施進行瓦斯抽采，其中瓦斯基本參數(shù)如表1所示：

表1 22612巷瓦斯基本參數(shù)

此區(qū)域煤層屬于近水平煤層，起伏變化情況不大，煤質堅硬系數(shù)f=1.61，煤質較堅硬，采用本煤層瓦斯鉆孔抽放瓦斯的方法。由于煤層節(jié)理較為發(fā)育，且施工瓦斯鉆孔多布置于裂隙帶及孔隙帶，因此瓦斯抽放鉆孔封孔難度較高，而瓦斯通常以吸附態(tài)形式賦存于煤體中，而瓦斯運移通道除了解吸之外，還包括裂隙通道，常見裂隙有裂縫、節(jié)理、斷裂及割理等。因此，有必要對此難題進行深入研究并解決。

該礦區(qū)過去的封孔工藝為從孔口處向孔內(nèi)封6～8m，封口材料選擇聚氨酯。由于封孔深度較淺，加之裂隙的影響，使得瓦斯能夠從裂隙快速逃逸，從而快速降低了瓦斯的抽放效果，極大地縮短了抽放鉆孔的有效使用期。

由于改進前的封孔技術是在封口之后立即對瓦斯進行抽放，因此大量瓦斯被抽放出來，煤層瓦斯壓力和含量開始下降，煤層發(fā)生變形、位移等變化，從而使得煤層透氣性增加，瓦斯得到排放，形成一系列微觀裂隙以及孔隙裂隙，這些孔隙裂隙以及微觀裂隙在與大氣連通之后，當采用抽放鉆孔進行瓦斯抽放時，由于負壓作用，空氣進入鉆孔及抽放管路，因此造成了抽放系統(tǒng)瓦斯?jié)舛鹊慕档停裕仨殞υ饪走M行改進，為此提出了二次封孔技術。

2 二次封孔技術原理與設計

2.1 二次封孔

二次封孔是在一次封孔基礎之上，利用壓縮空氣的壓力將微細膨脹粉送入鉆孔中，此時由于瓦斯抽放系統(tǒng)的負壓作用，細微膨脹粉會滲入到煤層周圍孔隙區(qū)域，這樣就可以做到利用細微膨脹粉阻止空氣進入瓦斯抽放系統(tǒng)，漏風量明顯減少，瓦斯抽放濃度明顯提高，延長了瓦斯抽放系統(tǒng)的使用時間，提高了抽放系統(tǒng)的安全性。

在一次封孔階段，由于瓦斯抽放的進行，煤層會發(fā)生變形以及位移，導致鉆孔周圍煤層的孔隙裂隙擴張和發(fā)育，外界空氣容易侵入鉆孔，使得瓦斯抽采濃度不斷降低。在二次封孔階段，將與壓縮空氣管相連的花管插入煤層鉆孔中，并靠近一次封孔階段的聚氨酯封孔處，打開花管上的閥門，用0.2～0.3MPa的壓力將微細膨脹粉吹入煤層鉆孔內(nèi)直至充滿，抽出花管，采用速凝水泥密封鉆孔，如圖1所示。

圖1 二次封孔示意圖

2.2 粉料輸送機

進行二次封孔需要運用粉料輸送機，裝置如圖2所示。

減壓閥的作用是將高壓氣體進行減壓，利用三通將減壓后的氣體分為兩路，一路進入進氣室，通過傾斜底板的折射向上吹過透氣帆布進入吹料室，使粉料吹散為漂浮狀態(tài)；另一路經(jīng)吹料進氣管及漸縮出口高速吹出，將處于漂浮狀態(tài)的粉料吹進出料管中，最終進入鉆孔。

圖2 粉料輸送機結構

2.3 二次封孔效果記錄

表2是部分試驗鉆孔數(shù)據(jù)記錄結果，從表中可以看出一次封孔后，在孔間距為2m時瓦斯?jié)舛确浅８撸f明此時效果最好；在二次封孔后，大部分鉆孔瓦斯抽放濃度較一次封孔濃度有比較明顯的提高，如表2所示：

表2 改進前后封孔瓦斯抽放濃度對比

3 結論

（1）二次封孔技術在回采工作面、煤巷以及石門見煤處等地點的應用均取得了較好的效果，瓦斯抽放濃度得到大幅度提升，避免了瓦斯涌入工作面等環(huán)境，給生產(chǎn)帶來隱患。

（2）對于裂隙發(fā)育煤層，二次封孔技術具有重要經(jīng)濟價值，技術可行性較高，且設計安全合理，能夠在裂隙發(fā)育煤層進行瓦斯抽放工作時進行推廣并應用此技術。