胡底煤業13091 巷瓦斯抽采鉆孔密封工藝研究

王 濤

（晉能控股煤業公司胡底煤業，山西 晉城 048000）

鉆孔抽采瓦斯是煤礦瓦斯治理的主要技術手段，鉆孔施工后要求對鉆孔進行密封，其密封效果是保證抽采效率的關鍵因素之一。由于煤礦井下鉆孔施工地點其煤巖體強度較低（尤其在松軟煤巖層中），鉆孔周圍煤巖體往往存在微裂隙，進一步增加了密封的難度[1-2]。瓦斯抽采鉆孔的密封效果直接影響著瓦斯抽采效果的好壞，因此，封孔工藝應具備密封性好、操作方便、速度快、材料省等特性。目前，采用的鉆孔封孔材料及工藝主要包括粘土卷封孔、封孔器封孔、水泥砂漿封孔、聚氨酯封孔等。其中，粘土卷封孔對粘土材料軟硬程度要求較高，太軟時易形成空腔與裂隙，使封孔失敗，過硬時會出現裂縫；靜壓注水式封孔器較笨重，操作不便，封孔質量無法保證；水泥砂漿封孔，不僅材料便宜、操作方便、速度快、封孔深度較長，而且其封孔嚴密、效果較好，但是水泥凝固過程中會產生收縮現象；聚氨酯封孔速度比較快，對巖體裂隙也有一定的封堵作用，但是其工藝復雜，適應性較低[3-5]。

1 工程背景

胡底煤業13091 巷為Ⅲ1307（上）工作面瓦斯抽采巷，工作面位于+200 m 水平3 號煤一盤區，平均采高2.85 m，北部為五條開拓大巷，南為礦井邊界，西為1305（上）工作面，東為1309（上）工作面。本工作面瓦斯相對涌出量為7.77 m3/t，工作面施工大孔徑抽采鉆孔進行瓦斯綜合治理。目前，礦井主要采用傳統聚氨酯封孔，其封孔效果較差，導致瓦斯抽放效果較差，直接影響到了工作面正常生產。

2 瓦斯抽采鉆孔密封關鍵工藝

2.1 瓦斯抽采鉆孔密封設備

瓦斯抽采鉆孔密封系統主要包括動力系統、注漿系統、密封系統等，密封設備和材料由FYFB.2-0.5/13 風動液壓封孔泵（由料泵和風動油泵組成）、注漿管、回漿管、PD-Ⅲ新型鉆孔密封材、PB 密封材料等組成，封孔設備連接方式如圖1，孔口處連接方式如圖2。

圖1 封孔設備連接方式

圖2 孔口處連接方式

2.2 瓦斯抽采鉆孔密封工藝

試驗礦井密封抽放孔為近水平孔，對密封質量要求很高，采用新型密封材料以及配套的工藝，封孔長度10 m 以上，具體封孔工藝步驟如下：

（1）采用2 根抽放管（5 m/根）為一組，封孔深度10 m，里面的抽放管前端裹上聚氨酯，把抽放管都送進孔后，將一根注漿管（2 m）也送入孔，孔口用PB 材料進行封堵。為方便連接入抽放管路，抽放管要留40 cm 在孔外。具體如圖3。

圖3 抽放孔封孔工藝示意圖

（2）按灰水比2:1 配制PD 材料漿液，將注漿管接到注漿泵上，開始注漿。

（3）封孔完畢后，次日在抽放管上接上孔板流量計后，并入管路抽放，記錄孔口負壓、流量、濃度等參數。

3 瓦斯抽采鉆孔密封關鍵工藝試驗

本次密封試驗采用PD 材料封孔和聚氨酯封孔在胡底煤業13091 巷進行對比試驗，累計用PD 材料封孔168 個，聚氨酯對比孔20 個，封孔工藝試驗實施前管路總濃度為3%左右，單孔有效濃度在10%以下。本次用PD 材料共封孔168 個，占該巷道總孔數的1/2，抽放負壓最低為16 kPa，壓差最低為20 kPa，現總管路濃度在20%左右，單孔有效濃度在45%～60%。

3.1 總管路參數變化分析

圖4 給出了試驗巷道總管路濃度變化曲線。

圖4 試驗巷道總管路濃度變化曲線

由圖可知，試驗巷道總管路濃度呈上升趨勢，試驗巷道初期鉆孔采用傳統聚氨酯封孔，該時間階段內，總管路濃度一直在3%左右徘徊，采用新工藝之后總管路濃度上升23%左右，并且濃度還在上升，提升效果顯著。

圖5 和圖6 給出了總管路瓦斯純量和混量的變化曲線。由圖5、圖6 可知，總管路瓦斯純量在瓦斯混量上升不大的前提下，由1.15 m3/min 上升到現在的2.51 m3/min，而且還在不斷的上升，純量提升150%，對于瓦斯利用提供便利條件。

圖5 總管路瓦斯純量變化曲線

圖6 總管路瓦斯混量變化曲線

3.2 單孔濃度變化分析

試驗巷道試驗初期，鉆孔采用傳統聚氨酯封孔，但是由于聚氨酯封孔漏風比較嚴重，封孔濃度基本在2%～8%之間，而且在一個月內有明顯的下降趨勢，進而導致總管路濃度在3%徘徊。

試驗巷道試驗后期，鉆孔采用新提出的瓦斯抽采鉆孔密封工藝，封孔后幾天瓦斯抽放濃度比較大，瓦斯濃度在45%以上鉆孔占據總封孔數量之90%，30%以上鉆孔在99%。隨著時間推移，瓦斯濃度呈緩慢下降趨勢。抽放30 d 后，濃度在45%以上的鉆孔達到83%，而30%以上鉆孔占總數93%。隨之抽放進入逐步穩定階段，濃度在45%以上的鉆孔達到80%，而30%以上鉆孔還是占總數90%。圖7給出了采用新瓦斯抽采鉆孔密封工藝封孔后不同時間內瓦斯抽放濃度分布圖。

圖7 封孔后不同時間內瓦斯抽放濃度分布圖

4 社會經濟效益分析

晉煤集團胡底煤業主要采取本煤層瓦斯預抽方法進行瓦斯治理，由于鉆孔密封質量問題，導致瓦斯抽放濃度衰減快，瓦斯抽放濃度低，煤層需要預抽時間長，造成采掘接續緊張。采用提出的新瓦斯抽采鉆孔密封工藝，可使13091 巷瓦斯抽放濃度提高30%左右，抽取同樣瓦斯量可減少抽放時間三分之一。為使瓦斯充分解析，把節省三分之一的時間的一半繼續抽放，既減少預抽時間，使回采效率增加，又增加了瓦斯抽放量，后期進行推廣應用后，累計新增利潤2000 余萬元。同時，提出的新封孔工藝使瓦斯抽放效率大大增加，降低瓦斯事故發生概率，提高礦井的安全性，為職工創造良好的工作環境。

5 結論

胡底煤業采用傳統聚氨酯進行瓦斯抽采鉆孔封孔，其封孔效果較差，導致瓦斯抽放效果較差，直接影響到了工作面正常生產。為此，針對性開發了新瓦斯抽采鉆孔密封關鍵工藝，并在胡底煤業13091 巷進行了現場瓦斯抽采試驗。工藝應用后瓦斯抽采濃度、瓦斯抽采量均有大幅提高，進行推廣應用后，累計新增利潤2000 余萬元。同時，提出的新封孔工藝使瓦斯抽放效率大大增加，降低瓦斯事故發生概率，提高礦井的安全保障能力。