新型高水材料封孔技術在新景公司的應用

李旭陽

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

煤礦瓦斯抽采的技術手段主要有鉆井抽采、巷道抽采和鉆孔抽采，其中鉆孔抽采具有形式靈活、成本低、與生產可以同時進行等優點[1]，因此鉆孔抽采一直是煤礦瓦斯治理的基礎手段，具有廣泛的應用面。但是我國鉆孔抽采質量較差，其中最主要的原因是封孔密封質量差。影響封孔密封質量好壞最核心的因素是封孔材料的使用[2]。現階段，我國煤礦幾乎都在使用水泥砂漿進行封孔。水泥砂漿凝結相對較慢且在凝結后期易開裂，嚴重影響瓦斯抽采質量。基于此，國內外專家學者研究出了一種新型高水材料進行封孔[3]。與傳統水泥封孔注漿材料相比，高水注漿封孔材料具有高水灰比、凝結速度快、固結強度隨時間發展變化較快、性能較穩定等特點，且具有一定的膨脹特性，因此將高水材料應用到封孔上可以大大提高瓦斯的抽采質量[4]。

陽煤集團新景公司在煤層預抽瓦斯存在封孔質量差、抽采效率低的問題，封孔失效等問題也頻繁出現。針對以上問題，新景公司多次進行技術改革，但是改進效果不佳。由于高水材料在封孔方面具有較好的特性，因此新景公司在3218 工作面進行高水材料封孔技術研究，改變傳統的封孔方法，來實現高濃度和高效率的抽采。

1 工程背景

施工地點為3218 輔助進風巷掘進工作面。3218 掘進工作面井下位于一采區北翼中部，東為3216 工作面（正采），南為3217 工作面（正掘），西為3220 工作面（未掘）。3218 輔助進風巷、回風巷設計1392 m，輔助進風巷已掘1070 m，回風巷已掘1260 m。本面南部為一傾向SW 的單斜構造，煤層傾角4°～10°；中部為寬緩背斜、向斜組合的褶皺構造，煤層傾角2°～6°；北部為一傾向SW 的單斜構造，煤層傾角3°～8°。在3218 輔助進風巷進行本煤層抽采鉆孔目的是保護3218 回采工作面。

2 試驗方案

在3218 輔助進風巷選取100 個本煤層預抽鉆孔進行封孔試驗，鉆孔深度120 m，間距均為1.5 m。每10 個鉆孔為一組，共計10 組，其中5 組采用“兩堵一注”高水材料進行封孔，其余5 組采用原“兩堵一注”水泥砂漿封孔工藝進行封孔。鉆孔封孔深度均為9～17 m，抽采負壓要求達到13 kPa。兩種封孔工藝以組為單位交替施工。

由于合作方材料等原因，本次試驗在3218 輔助進風巷選取10 個（280#～289#）本煤層預抽鉆孔采用“兩堵一注”高水材料工藝進行封孔，另選取相鄰的10 個（290#～299#）鉆孔采用“兩堵一注”水泥砂漿工藝進行封孔，封孔完畢后連接抽采系統。

效果考察要求每日測定單孔抽采濃度，并以組為單位測定抽采負壓、流量、濃度。根據抽采參數、封孔成本、抽采達標時間分析對比兩種封孔工藝抽采效果。

3 封孔工藝原理

新型高水材料抽采鉆孔封孔工藝主要原理是：通過注漿管向鉆孔內注入高水材料，前囊袋和后囊袋首先被注入高水材料，當兩個囊袋被注滿后，繼續注漿，注漿管的壓力逐漸超過0.8 MPa 時，爆破閥破裂，兩個囊袋之間的部分隨即被注入高水材料，當返漿管回漿時，用鐵絲將返漿管捆扎，直至壓力表達到1 MPa 時，即可停止注漿。新型高水材料抽采鉆孔封孔工藝示意圖如圖1。

圖1 新型高水材料抽采鉆孔封孔工藝示意圖

注漿所用封孔劑為新型高水材料，材料由A、B 兩種組分組成，與水按照8:5 和8:4 的比例混合。注漿泵采用雙液注液泵，A、B 兩種料分別調制，在雙液注液泵的出漿口混合后注入，示意圖如圖2。

圖2 注漿封孔系統示意圖

4 抽采效果

4.1 抽采參數分析

6 月11 日封孔完畢，12 日測定試驗孔和對照孔抽采濃度，見表1。根據濃度對比表可知，抽采初期，封孔材料未完全凝固，密封還達不到要求，抽采濃度都處于80%以下，平均濃度相差不大。

表1 6 月12 日抽采濃度對比表

從6 月12 日至9 月2 日的抽采數據來看，試驗孔和對照孔的濃度變化趨勢基本一致。通過數據對比，試驗孔平均小組濃度為73.7%，對照孔為55.4%，試驗孔是對照孔的1.3 倍。試驗孔平均混合量0.590 m3/min，平均純量為0.443 m3/min ，對照孔平均混合量0.560 m3/min，平均純量為0.205 m3/min，試驗孔小組純量是對照孔的2.16 倍。瓦斯濃度對照曲線如圖3。

表2 抽采情況對比表

圖3 瓦斯濃度對照曲線

4.2 抽采達標時間

抽采達標時間可以按照下式計算：

T= [（W0-WCY）G]/Q

（1）依據高速公路的具體情況，在施工現場，制定相應的工序、要點，完成相應的觀測工作，并且每一項觀測任務都落實到個人。

式中：WCY為煤的殘余瓦斯含量，7.5 m3/t；WO為煤的原始瓦斯含量， 16.591 6 m3/t；G為煤炭儲量（控制煤量120 m），50 400 t；Q為日抽采純量，試驗孔日抽采純量為5 097.6 m3，對照孔為2 360.8 m3。

計算得出，試驗孔抽采達標時間為89 d；對照孔抽采達標時間為194 d。

試驗孔的瓦斯抽采達標時間比對照孔瓦斯抽采達標時間提前105 d。

4.3 成本比較

高水材料封孔單孔成本2100 元，水泥砂漿封孔單孔成本1866 元。

高水材料4000 元/t，10 個試驗鉆孔共使用A、B 兩種料0.25 t，高水材料單孔封孔費用4000×0.25/10=100 元/孔。整套封孔設備費用為2000 元/套，總計單孔成本為2100 元。

水泥砂漿封孔材料單價為1700 元/t，10 個對照鉆孔共使用材料0.3 t，累計封孔材料費用1700×0.3/10=51 元/孔。整套封孔設備單價為1815元/套，總計單孔成本為1866 元。

5 結論

試驗孔平均小組濃度為75%，對照孔為36.6%，試驗孔是對照孔的1.3 倍。試驗孔平均純量為0.443 m3/min，對照孔平均純量為0.205 m3/min，試驗孔小組純量是對照孔的約2.2 倍。

（2）抽采達標時間

試驗孔抽采達標時間為89 d，對照孔抽采達標時間為194 d。試驗孔的瓦斯抽采達標時間比對照孔瓦斯抽采達標時間提前105 d。

（3）成本對比

高水材料單孔封孔成本為2100 元，水泥砂漿單孔封孔成本為1866 元。高水材料單孔封孔費用比水泥砂漿封孔高234 元。

綜合以上數據分析，高水材料封孔技術相對于傳統的水泥砂漿封孔而言，具有抽采瓦斯濃度高、抽采達標時間短和成本低的特點。所以高水材料封孔技術對于鉆孔抽采瓦斯有較好的應用前景。