兩種瓦斯抽采鉆孔封孔技術對比分析

鄧晨

（西山煤電（集團）公司安監局，山西太原，030053）

0 引言

我國絕大多數煤層屬于低透氣性煤層，許多礦井在瓦斯抽采鉆孔封孔方面存在問題導致瓦斯抽采效果不理想?，F有的瓦斯抽采鉆孔封孔方法存在不易操作、準備時間長、成本較高等缺點，此外還存在封孔深度短（通常深度小于12 m），鉆孔封孔成孔率低等問題。瓦斯抽采效果差嚴重威脅著安全生產[1-3]。

本文以官地礦22612 工作面瓦斯抽采鉆孔為背景，采用分體組合式囊袋無管封孔技術和膠囊式注聚氨酯封孔技術進行對比研究，以選用更為合適的封孔技術，提高瓦斯抽采率，保證工作面的安全。

1 鉆孔封孔技術

1.1 分體組合式囊袋無管封孔技術

技術原理：將封孔用CE 材料（將膨脹劑和陽離子絮凝劑進行微膠囊化處理后的活性膠囊加入添加了分散劑的高分散度水泥漿中，后將活性水泥漿與水溶性樹脂和增塑劑及偶聯劑聚合的水溶性聚合物進行界面復合得CE材料）通過氣動攪拌注漿泵將封孔漿液注入可調式棉麻囊袋。單孔封孔時間10 min～15 min，封孔深度10 m～16 m，現場可以根據實際條件進行調整。封孔技術分為三個步驟：（1）推入囊袋，向充水式抽采管替代裝置內注水，使充水式抽采管替代裝置體積膨脹并在其表面裹上一層隔膜層，隨后通過充水式抽采管替代裝置將分體組合式囊袋塞入至鉆孔中的預定深度；（2）密封固化管的形成，通過注漿管向封孔段及兩端的囊袋注入CE 材料，待材料徹底凝固后，將充水式抽采管替代裝置的水放出并退出該裝置，最終形成環形的密封固化管；（3）孔口端的處理，選取長度為1 m～2 m 的孔口轉接管，并通過樹脂密封膠將其固定在鉆孔孔口端。該技術的封孔裝置原理圖見圖1，實物圖見圖2[4-5]。

圖1 分體組合式囊袋無管封孔裝置原理圖

圖2分體組合式囊袋實物圖

該裝置有兩個囊袋，用φ 16mm注漿管連接，兩個囊袋的距離可任意調節，即封孔深度可根據實際需要調節，適應性強。每個囊袋內設有一個單向閥，連接兩囊袋的注漿管上有一爆破閥，待兩個囊袋注滿，爆破閥處壓強達到2 MPa 時，爆破閥打開，向兩囊袋間注漿，待返漿管有漿液流出后，表示該孔已注滿。

1.2 膠囊式注聚氨酯封孔技術

膠囊式注聚氨酯封孔技術原理：采用長度為500 mm 的φ 64 mm 聚氯乙烯封孔器1根，將封孔器與3根長度為4 m 的64 mmPVC 管連接，中間用PE 管專用膠連接固定，鉆孔末端用聚氨酯封孔毛巾進行封堵。采取膠囊帶壓進行聚氨酯注漿封孔技術，封孔長度為12 m以上，該技術封孔裝置原理如11頁圖3所示。

圖3 膠囊式注聚氨酯封孔技術裝置

技術操作便捷，操作時間短，勞動強度低。操作時需進行必要的防護作業，設備清洗較為繁瑣，清洗不當會造成設備堵死。封孔效果初期較為明顯，經過長期負壓抽采，濃度衰減明顯。單孔成本比其他技術高，封孔材料存儲要求高，運輸勞動強度大。

2 工業試驗

本次研究以官地礦3#層22612工作面底抽巷為背景，采用以上2種封孔技術進行試驗，選用35個鉆孔采用分體組合式囊袋無管封孔技術進行封孔，選用27個鉆孔采用膠囊式注聚氨酯進行封孔。最終通過瓦斯抽采濃度進行對比。

2.1 工程概況

3#層22612 工作面地面位于風峪溝與劉家皮溝之間，蓋山厚度為358 m～700 m，平均約529 m。22612工作面井下位于中六采區東南部，工作面四周均為未采區。2#煤層與3#煤層間距約12.05 m。地面標高為1 360 m～1 690 m，工作面標高為961 m～1 002 m，底抽巷位于老底中粒砂巖中，走向長度為870 m。3#層平均厚度2.66 m，煤層厚度從東北向西南方向逐漸變薄。3#層煤塵爆炸指數為17.27%，且為不易自燃煤層。工作面布置如圖4所示。

圖4 22612工作面布置示意圖

3#層老頂為砂質泥巖，厚度為7.32 m，灰色，下部為灰黑色，質不均，斜層理，含植物化石；直接頂為泥巖，厚度為1.57 m，黑色，質不均，松軟、破碎，有擠壓現象；直接底為泥巖，厚度為1.83 m，黑色，性脆，含炭量較高，含植物化石，老底為中粒砂巖，厚度為4.51 m，灰白色。根據官地礦工作面煤層具體地質參數，可知3#層瓦斯含量：6.94 m3/t，殘存瓦斯含量：1.94 m3/t，瓦斯壓力：0.58 MPa，百米鉆孔瓦斯流量：0.043 3 m3/min×hm，煤層透氣性系數：3.164 29 m2/MPa2×d，孔隙率：4.24%，衰減系數：0.007 433d-1。

2.2 工作面鉆孔布置

在22612工作面底抽巷瓦斯鉆孔選取兩種封孔技術進行效果對比研究，鉆孔主要分布在電纜幫巷道側和風管幫巷道側。電纜幫巷道側共進行試驗鉆孔35個，孔號為72～106，因塌孔因素導致其中一個鉆孔無法進行封孔，孔號為91，實際封孔34 個。風管幫巷道側共進行試驗鉆孔27 個，孔號為84～110，因塌孔因素導致其中四個鉆孔無法進行封孔，孔號分別為85、96、98、99，實際封孔23 個。試驗鉆孔布置方式見圖5，設計鉆孔參數見表1。

圖5 22612工作面底抽巷瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

表1 鉆孔技術參數表

22612 工作面底抽巷兩幫共封孔57 個，采用兩種封孔技術，分別為分體組合式囊袋無管封孔技術和膠囊封孔器+聚氨酯注漿封孔技術，兩種技術封孔長度均為12 m，鉆孔孔口負壓均為16 kPa，抽采時間為30天，各孔的封孔技術見表2。

表2 22612工作面底抽巷鉆孔封孔技術類型

2.3 瓦斯濃度分析

采用以上兩種封孔技術封孔后，對相關鉆孔的瓦斯濃度進行觀測記錄，為了有效的對比兩種技術的優劣，現選取22612工作面風管幫巷道側鉆孔孔號89#至92#孔、電纜幫巷道側孔號86#至89#孔的鉆孔瓦斯抽采濃度進行分析。

圖6 風管幫巷道側鉆孔濃度變化圖

圖8 兩種封孔技術瓦斯抽采濃度變化對比圖

由圖6和7所示，22612工作面風管幫巷道側采用的2 種封孔技術瓦斯抽采濃度始終保持緩慢波動，可以分析得到膠囊式注聚氨酯封孔技術的瓦斯抽采濃度小于分體組合式囊袋無管封孔技術。采用分體組合式囊袋無管封孔技術的鉆孔除個別觀測日外濃度始終高于60%，而采用膠囊式注聚氨酯封孔技術的鉆孔的濃度處于40%～60%之間。22612工作面電纜幫巷道側采用的2 種封孔技術瓦斯抽采濃度均始終保持穩中有降，采用分體組合式囊袋無管封孔技術瓦斯抽采濃度均高于采用膠囊式注聚氨酯封孔技術，濃度始終高于60%，采膠囊式注聚氨酯封孔技術的鉆孔瓦斯抽采濃度處于30%～60%之間。

由圖8 可知，2 種封孔技術的濃度穩中有降，且分體組合式囊袋無管封孔技術瓦斯抽采濃度始終高于膠囊式注聚氨酯封孔技術。采用分體組合式囊袋無管封孔技術的4個鉆孔的平均抽采濃度為72.2%，用采膠囊式注聚氨酯封孔技術的4 個鉆孔的平均抽采濃度為47.9%。由此可知，在22612工作面采用分體組合式囊袋無管封孔技術可使得瓦斯抽采濃度提高24.3%。

3 結束語

在官地礦22612 工作面采用現場試驗的方法，測試分析了分體組合式囊袋無管封孔技術及與膠囊式注聚氨酯封孔技術瓦斯抽采鉆孔密封效果，得到采用分體組合式囊袋無管封孔技術的4個鉆孔的平均抽采濃度為72.2%，用采膠囊式注聚氨酯封孔技術的4個鉆孔的平均抽采濃度為47.9%。因此分體組合式囊袋無管封孔技術可使得瓦斯抽采濃度提高，為相似礦井的瓦斯抽采提供了技術經驗。