漏氣抽采鉆孔的二次封孔技術(shù)

王 磊

(山西大平煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046200)

隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采深度的延伸，煤層瓦斯壓力、瓦斯含量逐步增大，導(dǎo)致礦井瓦斯涌出量增多，瓦斯災(zāi)害事故頻發(fā)。解決礦井瓦斯最根本的手段是對(duì)煤層進(jìn)行瓦斯抽采作業(yè)，降低煤層瓦斯含量，減少煤層瓦斯向采掘作業(yè)空間的涌出。

目前，突出礦井、高瓦斯礦井均建設(shè)有礦井瓦斯抽采系統(tǒng)，對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行抽采。在抽采系統(tǒng)中對(duì)抽采效果起決定性作用的是抽采鉆孔的封孔質(zhì)量，封孔質(zhì)量的好壞直接影響瓦斯抽采效果[1].我國(guó)瓦斯抽采鉆孔封孔技術(shù)先后經(jīng)歷了黃泥封孔、水泥封孔[2]、聚氨酯封孔[3]、膠囊封孔器封孔[4-5]、“兩堵一注”封孔等[6-7]，現(xiàn)階段煤礦企業(yè)普遍應(yīng)用的是“兩堵一注”封孔工藝。該工藝在現(xiàn)場(chǎng)操作相對(duì)簡(jiǎn)單，流程便于統(tǒng)一管理，封孔質(zhì)量相對(duì)較好。但是，隨著“兩堵一注”封孔工藝的推廣應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)一段時(shí)期抽采后，鉆孔抽采瓦斯?jié)舛人p快，對(duì)瓦斯抽采產(chǎn)生不利影響。鑒于此，提出對(duì)“兩堵一注”封孔抽采鉆孔進(jìn)行二次封孔的方法，并在山西大平煤業(yè)有限公司進(jìn)行應(yīng)用。

1 礦井抽采概況

2013年8月15日,山西大平煤業(yè)有限公司地面瓦斯抽采泵站投入運(yùn)行，泵站安裝有2BEC-72型水環(huán)式真空泵4臺(tái)，單臺(tái)泵的最大抽采量460 m3/min，功率560 kW.兩用兩備，采用高、低負(fù)壓兩趟系統(tǒng)分別抽采井下各地點(diǎn)瓦斯。瓦斯抽采主管路經(jīng)回風(fēng)立井敷設(shè)在總回風(fēng)大巷，瓦斯抽采主管路d530 mm.瓦斯抽采支管路分別敷設(shè)在工作面兩順槽，瓦斯抽采支管路d325 mm.

礦井配備有型號(hào)ZDY3500 L(Q)一體式履帶鉆機(jī)進(jìn)行打鉆施工，采用“兩堵一注”封孔工藝進(jìn)行封孔，具體封孔工藝見(jiàn)圖1.

圖1 “兩堵一注”封孔工藝圖

具體操作流程：鉆孔施工完畢后，下入封孔管，封孔管的長(zhǎng)度根據(jù)巷道破壞圈的大小決定，封孔長(zhǎng)度要超過(guò)煤壁破裂帶。在封孔管上提前固定好兩個(gè)囊袋，將注漿管隨封孔管一起下入鉆孔內(nèi)。待封孔管下到指定位置后，將注漿管與注漿泵相連接，利用攪拌桶把一定比例的水和封孔專(zhuān)用膨脹水泥混合均勻，通過(guò)注漿泵向注漿管里輸送帶有壓力的水泥漿。隨著水泥漿壓力的增大，囊袋中的1號(hào)和2號(hào)爆破單向閥最先打開(kāi)(爆破壓力0.05 MPa)，囊袋開(kāi)始膨脹，當(dāng)囊袋與煤壁緊密接觸并達(dá)到一定壓力后，3號(hào)爆破單向閥打開(kāi)(爆破壓力0.5 MPa)，水泥漿流向兩個(gè)囊袋之間相對(duì)封閉的空間。隨著水泥漿的不斷進(jìn)入，兩個(gè)囊袋之間的水泥漿慢慢有了壓力，由于空間相對(duì)封閉，水泥漿隨著壓力的不斷升高，一部分水泥漿就會(huì)進(jìn)入到煤體的縫隙中。當(dāng)注漿泵的壓力達(dá)到2 MPa后，停止注漿，等待水泥漿凝固8 h后將鉆孔并網(wǎng)抽采。

利用此方法對(duì)抽采鉆孔進(jìn)行封孔作業(yè)，初期效果比較好，抽采瓦斯?jié)舛绕毡槟軌蜻_(dá)到50%以上。但是隨著抽采時(shí)間的延長(zhǎng)，抽采瓦斯?jié)舛人p得很快，抽采45天之后瓦斯抽采濃度減少一半左右。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的抽采，鉆孔附近的煤體會(huì)發(fā)生變形和位移，導(dǎo)致煤體裂隙發(fā)育、延伸，與外部空間導(dǎo)通，致使抽采瓦斯?jié)舛瓤焖偎p。

2 二次加壓注漿封孔工藝

為了有效解決抽采鉆孔抽采瓦斯?jié)舛瓤焖偎p問(wèn)題，增加鉆孔有效抽采時(shí)間，結(jié)合作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出二次加壓注漿封孔方法。具體施工工藝見(jiàn)圖2.

圖2 二次加壓注漿封孔方法工藝圖

具體操作方法：在第一次封孔的基礎(chǔ)上，孔口另外再安設(shè)一個(gè)囊袋以及注漿管。待抽采鉆孔抽采瓦斯?jié)舛冉档偷皆椴蓾舛鹊?/2時(shí)，利用注漿泵向孔口囊袋注入攪拌好的膨脹水泥。水泥漿壓力先是將5號(hào)爆破單向閥打開(kāi)(爆破壓力0.05 MPa)，囊袋開(kāi)始膨脹，當(dāng)囊袋與煤壁緊密接觸并達(dá)到一定壓力后,4號(hào)爆破單向閥打開(kāi)(爆破壓力0.5 MPa)，水泥漿流向新舊兩個(gè)囊袋之間相對(duì)封閉的空間。隨著水泥漿的不斷進(jìn)入，兩個(gè)囊袋之間的水泥漿慢慢有了壓力，由于空間相對(duì)封閉，水泥漿隨著壓力的不斷升高，高壓水泥漿就會(huì)進(jìn)入到煤體的縫隙中，堵塞鉆孔與外部空間的裂隙通道。當(dāng)注漿泵的壓力達(dá)到3 MPa后，停止注漿，等待水泥漿凝固8 h后將鉆孔并網(wǎng)抽采。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

山西大平煤業(yè)有限公司3113運(yùn)輸順槽2020年應(yīng)用此二次加壓注漿封孔工藝開(kāi)展了6個(gè)月的工業(yè)試驗(yàn)。88#、89#、91#、92#鉆孔抽采瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)見(jiàn)表1.

表1 鉆孔抽采瓦斯?jié)舛缺?/p>

由表1可知：

1)88#、89#、91#、92#四個(gè)鉆孔經(jīng)過(guò)第一次“兩堵一注”封孔后，封孔質(zhì)量較好，抽采瓦斯?jié)舛仍?0%～80%，抽采瓦斯?jié)舛容^高，抽采效果良好。

2)88#、89#、91#、92#四個(gè)抽采鉆孔經(jīng)過(guò)近50天的抽采后，由于抽采瓦斯導(dǎo)致煤體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，裂隙增大、延伸。抽采瓦斯?jié)舛确謩e降低到原有濃度的53.7%、59.6%、55.6%、56.6%，出現(xiàn)明顯衰減現(xiàn)象。

3)采取二次加壓注漿封堵漏氣鉆孔。二次注漿的水泥在高壓作用下進(jìn)入煤體裂隙內(nèi)部，堵塞煤體裂隙與外部空間的聯(lián)系，提高抽采鉆孔的氣密性。經(jīng)過(guò)二次加壓注漿處理后，88#、89#、91#、92#四個(gè)抽采鉆孔抽采瓦斯?jié)舛确謩e提高了47.2%、45.2%、60%、55.8%.

4)經(jīng)過(guò)二次加壓注漿封堵的漏氣鉆孔，由于堵塞了煤體因抽采瓦斯而二次發(fā)育的裂隙，所以后期抽采瓦斯過(guò)程中煤體裂隙再發(fā)育的階段會(huì)比較緩慢，鉆孔抽采瓦斯?jié)舛人p速率減緩，有效抽采瓦斯時(shí)間就會(huì)大大提高。從4個(gè)鉆孔的觀測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，瓦斯有效抽采時(shí)間延長(zhǎng)了約4個(gè)月。

4 結(jié) 論

1)提出利用二次加壓注漿的方法處理“兩堵一注”封孔的漏氣鉆孔。基本工藝為利用注漿泵將膨脹水泥漿注入到封孔管孔口新增的囊袋和第一次注漿時(shí)的囊袋之間，水泥漿在注漿高壓力的作用下進(jìn)入到煤體因抽采瓦斯而產(chǎn)生的裂隙內(nèi)，堵塞煤體裂隙，隔斷鉆孔與外部空間的聯(lián)系，提高鉆孔密閉性，提高瓦斯抽采濃度和延長(zhǎng)瓦斯有效抽采時(shí)間。

2)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，通過(guò)采取二次加壓注漿的方法處理的漏氣鉆孔，抽采瓦斯?jié)舛瓤商岣?5%～60%，鉆孔有效抽采時(shí)間增加約4個(gè)月,提高了鉆孔利用率，增強(qiáng)了瓦斯抽采效果。二次加壓注漿封孔的方法在我國(guó)煤層抽采瓦斯漏氣鉆孔處理中具有廣闊的應(yīng)用前景。