“兩堵一壓”封孔新技術(shù)在盤江礦區(qū)的應(yīng)用

文/曠永華

礦井瓦斯災(zāi)害是煤礦五大災(zāi)害之一，高效的煤礦瓦斯抽采技術(shù)和材料應(yīng)用對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)和能源利用有著重要意義。我國(guó)西南地區(qū)礦井瓦斯治理中，主要存在封孔效果不佳，抽采量小的問(wèn)題。而通過(guò)改進(jìn)鉆孔封孔技術(shù)，選用合理的封孔工藝和封孔材料，可以有效地提高鉆孔封孔質(zhì)量及瓦斯抽采效果。貴州盤江精煤股份有限公司在礦井瓦斯治理中，通過(guò)開展“兩堵一壓”新技術(shù)、新工藝及新材料的工程實(shí)踐，有效解決了原來(lái)存在抽采效果差、抽采濃度低等問(wèn)題，取得了明顯效果，為礦井安全發(fā)展提供了根本保障。

一、傳統(tǒng)煤層瓦斯抽采鉆孔封孔工藝的缺陷

目前，煤層瓦斯抽采鉆孔封孔工藝主要包含水泥砂漿封孔、聚氨酯封孔等方法。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明，水泥砂漿封孔易產(chǎn)生漏氣通道，而聚氨酯封孔受封孔長(zhǎng)度及材料強(qiáng)度所限，抽采壽命會(huì)因鉆孔坍塌、斷面收縮變形產(chǎn)生新裂隙而大大縮減。

圖1 “兩堵一壓”平行鉆孔封孔示意圖

二、“兩堵一壓”封孔新技術(shù)的方法及特點(diǎn)

1.技術(shù)方法

“兩堵一壓”封孔新技術(shù)根據(jù)瓦斯治理十二字方針中“孔封嚴(yán)、管到底”的要求及各礦煤層貯存情況、地質(zhì)構(gòu)造設(shè)計(jì)封孔的深度，封孔深度不低于20m，封孔注漿段不低于12m，將Φ32mm套管至孔底。具體工藝如下。

（1）首先，將封孔器前端套在封孔管路(Φ50mm實(shí)管)距抽放口5cm位置處，平行鉆孔回漿管鋪設(shè)在距后端礦用封孔器里端15m處(鉆孔的角度不同，回漿管路的鋪設(shè)位置不同)，然后鋪設(shè)前端礦用封孔器(里端)及回漿管路，送入鉆孔內(nèi)，送至12m處再鋪設(shè)后端礦用封孔器(外端)，最后將抽放管路送至孔中封孔深度不低于20m處，后端礦用封孔器鋪設(shè)在距孔口不超過(guò)8m處，封孔管路距孔口15cm，方便于合茬。

(2）采用ZBQ28/0.5型氣動(dòng)注漿泵，將速凝膨脹封孔劑材料(JDWFK-3型)與水按1：1進(jìn)行配比，在攪拌桶內(nèi)進(jìn)行充分混合，再接入注漿泵進(jìn)行注漿，注入的漿液先對(duì)鉆孔兩端進(jìn)行加固，使兩端先密封，密封的壓力達(dá)到1.2MPa，自動(dòng)爆破閥門自行打開，然后注入密封端以內(nèi)的空白區(qū)和鉆孔周圍的裂隙區(qū)，當(dāng)空白區(qū)和裂隙區(qū)完全密封時(shí)，預(yù)留的排氣管路有渾濁液體排出，此時(shí)，關(guān)閉注漿泵暫停1min后繼續(xù)注入漿液，當(dāng)排氣管路再次有渾濁漿液排出時(shí)，關(guān)閉排氣管路繼續(xù)注入漿液，根據(jù)煤層的堅(jiān)固性系數(shù)和巖性情況確定注漿壓力。當(dāng)煤層注漿壓力不低于0.5MPa，巖性穿層鉆孔注漿壓力不低于1.0MPa時(shí)，停止注漿泵工作，此時(shí)表明鉆孔內(nèi)空白區(qū)和裂隙區(qū)已經(jīng)得到充分密封。該封孔劑材料具有凝固后微膨脹、不析水、凝固速度快等特點(diǎn)。“兩堵一壓”平行鉆孔封孔示意圖工藝實(shí)例如圖1所示。

2.技術(shù)特點(diǎn)

(1）操作簡(jiǎn)單，節(jié)省時(shí)間。該工藝采用金鼎安全自主研發(fā)的FKJW-50/0.5型礦用封孔器和ZBQ 28/0.5型礦用氣動(dòng)注漿泵，具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)鉆孔的自動(dòng)封孔，同時(shí)對(duì)松軟煤層鉆孔起到支護(hù)作用，簡(jiǎn)化了操作工序，大大節(jié)約了封孔時(shí)間。

(2）嚴(yán)堵裂隙，質(zhì)量?jī)?yōu)良。封孔器中間部位壓注的JD-WFK-3型速凝膨脹封孔劑凝固速度快，無(wú)污染不助燃，抗壓強(qiáng)度高，同時(shí)具有微膨脹效果，能夠有效進(jìn)入鉆孔周圍微小裂隙中，封堵鉆孔漏風(fēng)通道的同時(shí)與松軟煤體緊密結(jié)合，提高了煤體強(qiáng)度，有利于保護(hù)抽采鉆孔。

表1 盤江各礦區(qū)瓦斯平均抽采濃度數(shù)據(jù)對(duì)比

圖2 試驗(yàn)采區(qū)瓦斯平均抽采濃度增長(zhǎng)倍數(shù)

三、礦區(qū)應(yīng)用效果分析

隸屬于貴州盤江精煤股份有限公司的七對(duì)礦井在煤層順層瓦斯抽采時(shí)，普遍存在抽采效果差、抽采濃度低下等問(wèn)題。為了解決此問(wèn)題，盤江股份開展了“兩堵一壓”新技術(shù)、新工藝及新材料的工程實(shí)踐，采用JD-WFK-3型速凝膨脹封孔劑、FKJW-50/0.5型礦用封孔器、ZBQ 28/0.5型礦用氣動(dòng)注漿泵，在七對(duì)礦井的試驗(yàn)采區(qū)進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，并將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果與原封孔工藝進(jìn)行對(duì)比分析。

實(shí)際工作中，將盤江股份旗下7對(duì)礦井的2個(gè)采區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，考察周期均為兩個(gè)月，取平均濃度，預(yù)抽鉆孔的負(fù)壓為13KPa。具體對(duì)比分析結(jié)果如表1和圖2所示。

對(duì)比分析結(jié)果顯示，各個(gè)礦井在原工藝條件下，試驗(yàn)采區(qū)平均瓦斯抽采濃度為9.5%～24.7%，采用新工藝后試驗(yàn)采區(qū)平均瓦斯抽采濃度為39.7%～68.9%。七對(duì)礦井在采用新工藝后平均瓦斯抽采濃度均大幅度上升，上升幅度為1.2～4.5倍，其中月亮田煤礦B采區(qū)上升幅度最小，但也達(dá)到了原始濃度的1.2倍，上升幅度最高的為火鋪煤礦B采區(qū)，達(dá)到原始濃度的4.5倍。

綜上所述，采用“兩堵一壓”新技術(shù)，利用囊袋式礦用封孔器(FKJW-50/0.5型)、礦用氣動(dòng)注漿泵(ZBQ 28/0.5型)、速凝膨脹封孔劑(JD-WFK-3型)等新材料，在試驗(yàn)采區(qū)開展瓦斯抽采工業(yè)試驗(yàn)，體現(xiàn)出瓦斯抽放鉆孔密封密實(shí)、抽采效果好等優(yōu)點(diǎn)，提高了抽采負(fù)壓，縮短了煤層瓦斯的消突時(shí)間。

四、結(jié)論

針對(duì)目前盤江股份旗下所有礦井封孔及抽采存在的問(wèn)題，結(jié)合各礦井(采區(qū))抽放鉆孔的封孔深度、封孔段的分析，采用“兩堵一壓”封孔新工藝、新材料開展瓦斯抽采工業(yè)試驗(yàn)，各試驗(yàn)礦井(采區(qū))鉆孔瓦斯抽采平均濃度由原來(lái)的9.5%～24.7%提高到39.7%～68.9%，與原始平均瓦斯抽采濃度相比均提高了1.2～4.5倍，大大提高了采區(qū)瓦斯的抽采濃度，提高了礦井瓦斯治理效果，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。