防突鉆孔護壁硬管恒壓抽放封孔抽采技術的研究與應用

張瑩通　介鐵栓

摘? 要： 目前，突出礦井中普遍存在瓦斯抽采鉆孔預抽濃度低、衰減快，抽采效果不明顯的問題，嚴重制約了礦井安全生產。而瓦斯預抽濃度低的 主要原因是由于封孔工藝落后等原因造成的，煤與瓦斯突出礦井防突鉆孔封孔注漿技術有待進一步提高。本著優化封孔注漿效果，提高防突鉆孔瓦斯抽 采濃度的目的，需要進一步研究，總結較為完善的封孔注漿技術體系。

關鍵詞： 封孔工藝;護壁;恒壓抽放

煤與瓦斯突出是影響煤礦安全生產的重大因素之一，對于煤與瓦斯 突出礦井，在工作面掘進和回采之前都必須對工作面進行區域瓦斯治理。 當前，煤與瓦斯突出礦井采取的區域防突措施主要以底板預抽巷施工穿層 預抽鉆孔預抽煤層瓦斯為主要內容。而穿層鉆孔封孔注漿工藝對鉆孔瓦斯 抽放濃度及效果又起著至關重要的作用。目前，突出礦井中普遍存在瓦斯 抽采鉆孔預抽濃度低、衰減快，抽采效果不明顯的問題，嚴重制約了礦井 安全生產。而瓦斯預抽濃度低的主要原因是由于封孔工藝落后等原因造成 的，煤與瓦斯突出礦井防突鉆孔封孔注漿技術有待進一步提高。

1 傳統封孔工藝的演變、現狀及存在問題

義安礦業穿層鉆孔封孔注漿工藝從起初的“一堵一注”封孔注漿，在 現場實際應用中不斷摸索、改進、優化，演變到后來的“兩堵一注”封孔 注漿、“兩堵兩注”封孔注漿，一直到現在使用的“兩堵兩注”硬管直連 封孔注漿工藝，基本趨于穩定成熟。“兩堵兩注”硬管直連封孔注漿工藝 為全孔深封孔，巖段全部下入φ40mmPE實管， 煤段全部下入φ50mm花管 （2m/根） ，實管與花管采用插接方式連接。具體如下： ①鉆孔封孔前， 封孔段內的煤、巖粉、積水必須用壓風進行清理，確保鉆孔通暢，穿層鉆 孔封孔之前必須對鉆孔內的煤泥進行清理。②封孔人員封孔前應檢查封孔 囊袋及注漿管是否有明顯破口，如果有破口，則必須更換。③封孔人員封 孔前將孔口金屬網等雜物剪掉，最里端花管末端安裝堵頭，每根抽放管 接口處必須抹pvc膠粘接，一側敲打緊固，煤孔段全程下花管，實管進入 煤孔段斜長為1-2米。見煤孔深（巖段） ≥18m時， 封孔注漿段位于第11- 18m，封孔段長度為8m;10m < 見煤孔深（巖段） < 18m時， 封孔器里側 囊袋位于煤巖結合處，封孔深度為見煤孔深（巖段長度），封孔段長度 為8m。④當見煤孔深（巖段） ≤ 10m時， 封孔器里側囊袋位于煤巖結合 處，將封孔器2個囊袋中間的注漿管剪斷并用快接恢復連接，并保證外囊 袋位于孔口向里2m以上。⑤穿層鉆孔封孔時，必須加裝一根二次注漿管， 二次注漿管固定在兩個囊袋中間，具體位置為里側囊袋下側，距離里側囊 袋10-20cm處。囊袋兩端用扎帶緊固，注漿管、二次注漿管緊貼封孔管每 間隔2米用扎帶緊固在封孔管上（注：囊袋中間嚴禁捆扎）。⑥花管布置 在整個煤孔段，偏差不得少于2米。該封孔工藝在現場實際操作應用中有 效提高了鉆孔瓦斯抽放濃度及效果。但該封孔工藝在地面試驗過程中，當 花管長度超過4m時，因抽放負壓被花管上的抽放孔分流，花管末端基本無 負壓。另外，義安礦所采煤層為“三軟”煤層，鉆孔沖孔后煤段極易塌孔 埋壓抽放管堵塞瓦斯抽放通道，且塌孔后的煤體易將抽放花管上的抽放孔 糊住，造成瓦斯抽放效果差，負壓低。

2 護壁硬管恒壓抽放封孔工藝技術研究

義安礦所采煤層為“三軟”煤層，鉆孔沖孔后孔內極易塌孔壓壞抽放 管及堵塞抽放花管上的抽放孔，造成瓦斯抽放效果差，負壓低。如何保護 鉆孔內煤段瓦斯抽放通道，保證抽放負壓成為提高瓦斯抽放濃度及效果的瓶頸。

2.1? 技術原理

為進一步提升穿層鉆孔瓦斯抽放負壓及效果，根據瓦斯密度和在空氣 中的賦存特性（瓦斯比空氣輕，在密閉空間中存在于頂部），通過反復摸 索試驗，我們優化封孔工藝，將φ32mmPE實管全段套入φ50mm花管內， 用φ50mm封孔花管來保護φ32mm抽放管不受煤巖體擠壓， φ32mmPE實管 末端距花管底部10cm位置，以提高抽放負壓和抽放效果，能夠更有效抽取 游離在管壁頂部和裂隙中的瓦斯。

2.2? 現場試驗

我們在義安礦業12160工作面軌道底抽巷進行護壁硬管恒壓抽放封孔 工藝改進試驗。試驗內容（護壁硬管恒壓抽放封孔工藝）：用φ32mmPE實管代替φ40PE實管，將φ32mmPE實管全段套入φ50mm花管內，末端距花管 底部10cm位置，以提高抽放負壓和抽放效果，能夠更有效抽取游離在管壁 頂部和裂隙中的瓦斯。操作流程：以20米巖段， 10米煤段鉆孔為例，首先 確定下入花管（ φ50mm ）長度為8米，花管連接好后，將φ32mm的PE實管 竄入φ50mm花管內距花管底部10cm位置，用鐵絲將32實管與花管進行捆 綁并固定牢固，將捆綁好的50花管與32實管下入孔底，其余步驟仍按原要 求進行操作（將里囊袋固定在煤巖結合面向外2米位置，外囊袋固定在孔 口向里10米位置，采用“兩堵兩注”注漿法進行注漿連貫抽放）。

2.3? 注漿工藝

①注漿桶直徑為58cm。桶內要求標記刻度，每個刻度為10cm。所用水 泥每袋15千克，水泥漿液的水灰質量比為1：1.2，具體操作辦法是：注漿桶 內每10cm高度的水配置2袋共計30千克水泥。②自注漿開始到結束，需不間 斷攪拌，保證漿液均勻。③先將注漿泵連接封孔器注漿管，管路安設完成 后，利用注漿泵壓力由注漿管向鉆孔內注入膨脹水泥漿液，注漿壓力達到 1.2Mpa，停止注漿;將二次注漿管與注漿泵連接，利用注漿泵向封孔器里、 外囊袋中間注膨脹水泥漿液，注漿壓力達到1.2Mpa，并持續穩壓1至2分鐘， 停止注漿。④該孔注漿完畢后，將注漿管接入清水，使用清水涮洗注漿泵和 注漿管路。⑤注漿后鉆孔孔口使用水泥抹平，確保孔口嚴密不漏氣。

2.4? 施工安全注意事項

①鉆孔施工完畢后，要立即封孔，避免鉆孔內煤段塌陷。②封孔前， 檢查封孔管等設備是否完好，保證封孔質量。③注漿前及注漿過程中應檢 查注漿所用高壓膠管，發現有變形、開裂及接頭密封圈破損現象時，要及 時更換。④注漿時，所有注漿人員必須站在注漿管較安全一側，嚴禁人員 站在注漿管正前方或注漿管連接處，以防管裂傷人。⑤施工人員注漿時， 必須佩帶防塵口罩，耐酸堿皮手套，嚴防水泥、化學藥劑進入眼睛或腐蝕 皮膚等。⑥注漿時，應有專人觀察現場鉆孔注漿情況，一旦發現漏漿，應 立即停止注漿并處理。⑦注漿過程中，如發現注漿泵壓力與孔口壓力不相 符，應檢查壓力表是否失靈，并立即更換壞表。

結束語： 該項目通過現場試驗改進穿層鉆孔封孔注漿工藝，總結出一 套完善的封孔注漿抽放技術體系，有效提高了瓦斯抽采濃度及效果。項目 封孔所使用的封孔管，材料來源廣泛，成本低廉，經濟效益高，成本投入 低，施工對環境無污染，具有良好經濟、社會效益。該技術對煤與瓦斯突 出礦井穿層鉆孔封孔注漿提供了實踐經驗，為礦井重大災害治理發揮了積 極作用，應當引起人們對該技術保持足夠的關注和推廣。

參考文獻：

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