新型封孔技術(shù)在瓦斯抽放鉆孔中的應(yīng)用

孫 博

（山西焦煤集團(tuán)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(xì)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(duì)22612巷采取抽放措施進(jìn)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(zhì)堅(jiān)硬系數(shù)f=1.61，煤質(zhì)較堅(jiān)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(yùn)移通道除了解吸之外，還包括裂隙通道，常見(jiàn)裂隙有裂縫、節(jié)理、斷裂及割理等。因此，有必要對(duì)此難題進(jìn)行深入研究并解決。

該礦區(qū)過(guò)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(jìn)前的封孔技術(shù)是在封口之后立即對(duì)瓦斯進(jìn)行抽放，因此大量瓦斯被抽放出來(lái)，煤層瓦斯壓力和含量開(kāi)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(dāng)采用抽放鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放時(shí)，由于負(fù)壓作用，空氣進(jìn)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?duì)原封孔進(jìn)行改進(jìn)，為此提出了二次封孔技術(shù)。

2 二次封孔技術(shù)原理與設(shè)計(jì)

2.1 二次封孔

二次封孔是在一次封孔基礎(chǔ)之上，利用壓縮空氣的壓力將微細(xì)膨脹粉送入鉆孔中，此時(shí)由于瓦斯抽放系統(tǒng)的負(fù)壓作用，細(xì)微膨脹粉會(huì)滲入到煤層周圍孔隙區(qū)域，這樣就可以做到利用細(xì)微膨脹粉阻止空氣進(jìn)入瓦斯抽放系統(tǒng)，漏風(fēng)量明顯減少，瓦斯抽放濃度明顯提高，延長(zhǎng)了瓦斯抽放系統(tǒng)的使用時(shí)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(jìn)行，煤層會(huì)發(fā)生變形以及位移，導(dǎo)致鉆孔周圍煤層的孔隙裂隙擴(kuò)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(kāi)花管上的閥門(mén)，用0.2～0.3MPa的壓力將微細(xì)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(jī)

進(jìn)行二次封孔需要運(yùn)用粉料輸送機(jī)，裝置如圖2所示。

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

圖2 粉料輸送機(jī)結(jié)構(gòu)

2.3 二次封孔效果記錄

表2是部分試驗(yàn)鉆孔數(shù)據(jù)記錄結(jié)果，從表中可以看出一次封孔后，在孔間距為2m時(shí)瓦斯?jié)舛确浅８撸f(shuō)明此時(shí)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(jìn)前后封孔瓦斯抽放濃度對(duì)比

3 結(jié)論

（1）二次封孔技術(shù)在回采工作面、煤巷以及石門(mén)見(jiàn)煤處等地點(diǎn)的應(yīng)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(lái)隱患。

（2）對(duì)于裂隙發(fā)育煤層，二次封孔技術(shù)具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值，技術(shù)可行性較高，且設(shè)計(jì)安全合理，能夠在裂隙發(fā)育煤層進(jìn)行瓦斯抽放工作時(shí)進(jìn)行推廣并應(yīng)用此技術(shù)。