低濃度瓦斯鉆孔裂隙封堵及檢測(cè)提濃技術(shù)的應(yīng)用效果

岳 漢

(潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司)

1 應(yīng)用背景

針對(duì)鉆孔抽采瓦斯過程中，瓦斯?jié)舛群图兞髁看蠓冉档偷募夹g(shù)難題，余吾煤業(yè)公司與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作，于2015年在N1205回順試驗(yàn)了固體顆粒二次封孔技術(shù)，即是將由多種微細(xì)粉料組成的固相顆粒釋放到裂隙中，產(chǎn)生封堵效應(yīng)，使鉆孔內(nèi)的漏氣量減少，但在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中發(fā)現(xiàn)，固體顆粒較難進(jìn)入孔壁裂隙，技術(shù)收效甚微；2018年礦方與華北科技學(xué)院合作，在S3102膠順等地試驗(yàn)小直徑鉆孔二次注漿封孔技術(shù)，雖然取得一定應(yīng)用效果，但順層鉆孔在二次應(yīng)力影響下，鉆孔周圍煤體破碎嚴(yán)重、裂隙發(fā)育，二次封孔難度較大，且在未弄清鉆孔裂隙發(fā)育機(jī)制和漏氣路徑的情況下，盲目地在抽采鉆孔周圍施工小直徑注漿鉆孔，注漿孔位置、深度等參數(shù)較難把握，導(dǎo)致漿液難以對(duì)所有漏氣裂隙進(jìn)行封堵，技術(shù)效果不穩(wěn)定，難以全面推廣應(yīng)用。鑒于此，該礦開發(fā)了鉆孔漏氣檢測(cè)及孔內(nèi)二次注漿提濃技術(shù)，并研發(fā)了成套技術(shù)裝備[1]。

2 技術(shù)原理

注漿堵漏的基本原理就是將漿液通過注漿專用設(shè)備，再注入具有煤壁裂隙的鉆孔當(dāng)中，隨著漿液的流動(dòng)，會(huì)對(duì)產(chǎn)生的裂隙(縫)進(jìn)行填充，漿液會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生凝固，從而對(duì)裂隙(縫)進(jìn)行彌補(bǔ)，這就起到了注漿堵漏的作用，從而提高瓦斯抽采濃度[2]。

孔內(nèi)二次注漿裝置，不僅能夠進(jìn)行注漿堵漏，還兼具鉆孔漏氣檢測(cè)功能。如圖1所示，將本裝置放入鉆孔內(nèi)，穿過封孔段16 m抽采管后，通過內(nèi)管逐步檢測(cè)孔內(nèi)16～20 m區(qū)域不用深度處瓦斯抽采濃度(通過孔口三通與抽采管相連，保持鉆孔抽采狀態(tài))，得出鉆孔具體漏氣區(qū)域，從而確定鉆孔需要封堵的具體位置與長(zhǎng)度。

圖1 鉆孔漏氣檢測(cè)原理

如圖2所示，將該裝置的里氣囊深入孔內(nèi)合適位置，使得探測(cè)的漏氣區(qū)域位于兩布囊之間，通過向氣囊內(nèi)注氣使其膨脹開，外端氣囊封堵住瓦斯抽采管端部，里端氣囊封堵住鉆孔，2個(gè)氣囊以及之間的煤壁形成一個(gè)封堵區(qū)域，再向封堵區(qū)進(jìn)行帶壓注漿，漿液充滿封堵區(qū)后再擠進(jìn)鉆孔煤壁裂隙，實(shí)現(xiàn)漏氣區(qū)的封堵。

圖2 瓦斯抽采裝置

3 試驗(yàn)裝置

孔內(nèi)二次注漿裝置主要由4個(gè)部分組成，分別為囊袋短接、封孔段注漿短接、注漿連接管、孔口三通裝置。為了實(shí)現(xiàn)囊袋、注漿段單獨(dú)充氣與注漿，裝置采用內(nèi)外管同心結(jié)構(gòu)，其中外管外徑45 mm，壁厚3.5 mm，內(nèi)徑38 mm；內(nèi)管外徑28 mm，壁厚7 mm，內(nèi)徑14 mm，管子尺寸既具有良好的穿封孔管能力，又能夠滿足外管充氣，內(nèi)管注漿要求。此外，管的兩端采用螺紋連接，并加裝“O”型密封圈，確保了裝置的氣密性[3-4]。試驗(yàn)裝置見圖3～圖5所示。

圖3 囊袋短接實(shí)物(第二代)

圖4 孔口三通裝置實(shí)物(第二代)

圖5 封孔段注漿短接、注漿連接管裝置實(shí)物(第二代)

4 試驗(yàn)概況

以S5101膠順為試驗(yàn)地點(diǎn)，選擇低濃鉆孔相對(duì)較多的129#～200#鉆孔為試驗(yàn)區(qū)域。試驗(yàn)開始前對(duì)該區(qū)域的鉆孔漏氣位置進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，以便找到該區(qū)域的普遍漏氣位置，進(jìn)而確定最短二次封孔深度，具體選擇139#、144#、151#、153#、164#等17個(gè)鉆孔為試驗(yàn)孔，對(duì)其中6個(gè)鉆孔漏氣位置進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)17個(gè)低濃鉆孔進(jìn)行二次注漿。

5 試驗(yàn)效果

根據(jù)圖6二次注漿前后鉆孔單孔濃度變化對(duì)比得知，孔內(nèi)二次封孔注漿工藝，不僅能夠在一定程度上提升了注漿孔的抽采濃度，還能對(duì)注漿鉆孔附近相互影響的鄰近抽采鉆孔濃度具有提升作用。如173#鉆孔注漿后，鉆孔濃度由1.2%提升到78.2%，其附近的171#、172#、174#鉆孔濃度也大幅度提升。

孔內(nèi)二次注漿工藝在處理串孔鉆孔低濃問題上還需進(jìn)行系統(tǒng)分析與區(qū)域集中處理，如179-1#與180#鉆孔相互串孔，試驗(yàn)過程中前期僅對(duì)179-1#孔進(jìn)行孔內(nèi)二次注漿，但注漿后2個(gè)鉆孔仍相互串孔，鉆孔濃度未得到提升，可能原因?yàn)?80#孔也存在煤墻漏氣；此外194-1#、195#、195-1#也存在相互串孔情況，鑒于此，擬在后期繼續(xù)對(duì)180#鉆孔、195#鉆孔進(jìn)行孔內(nèi)二次注漿提濃，進(jìn)而觀測(cè)鉆孔濃度變化[5](圖6)。

圖6 二次注漿前后鉆孔單孔濃度變化對(duì)比

6 結(jié) 論

6.1 社會(huì)效益

(1)理論分析了鉆孔封孔段漏氣的機(jī)理，并利用實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)測(cè)了鉆孔漏氣位置及規(guī)律，為低濃度的異常鉆孔的分析處理提供了理論及技術(shù)支撐。

(2)提出了低濃度鉆孔二次封孔堵漏提濃的新思路，并研發(fā)了成套設(shè)備裝置，實(shí)現(xiàn)了低度濃病態(tài)鉆孔的靶向處理。

(3)提升了鉆孔抽采濃度，促進(jìn)了工作面快速抽采達(dá)標(biāo)，保證了安全生產(chǎn)。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益

(1)裝置加工制作成本約1.5萬元，且可重復(fù)使用，若按成套裝置使用壽命100孔/套計(jì)算，則單孔提濃裝置費(fèi)用僅為150元。

(2)二次封孔注漿水泥平均用量為150 kg/孔，單孔提濃材料費(fèi)用為405元。

(3)單孔二次封孔注漿3人單班能處理3個(gè)孔，單孔提濃人工費(fèi)用約為260元。

(4)平均100 m鉆孔施工成本約為9 000元，該技術(shù)工藝處理好一個(gè)鉆孔能挽救損失8 185元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。