大孔径抽采瓦斯钻孔封孔技术的改进.pdf

增刊铁法科技2018 年 12月 通风与安全 大孔径抽采瓦斯钻孔封孔技术的改进 大兴矿张朝川 摘要通过采取施工大孔径顺层钻孔，同时使用专用封孔器封孔，有效提髙了钻孔的抽采负压及抽采 浓度。 关键词大孔径瓦斯抽采封孔器抽采效果 大兴矿施工顺层钻孔的孔径94mm,封孔方法 已经从原聚氨酯胶配合封孔管封孔，改进为“两堵 一注水泥封孔”，但由于水泥凝固时间较长，且膨胀 系数低，不能保证封孔段完全被水泥注满，封孔段仍 有裂隙和空间，影响了封孔质量。通过增加钻孔孔 径至114mm,引进、使用“带压封孔器”对顺层钻孔 进行封孔，瓦斯抽采的纯量明显增加。利用“带压 封孔器”封孔后的钻孔漏气率低，瓦斯抽采浓度明 显提高，钻孔抽放周期更长。 1封孔工艺 1.1带压封孔器封孔原理 利用气动注浆泵以压缩空气为动力源，由于气 缸和注浆缸具有较大的作用面积比，从而以较小的 气压便可使注浆缸产生较大的注浆压力。通过压力 差使两个囊袋及囊袋之间先后注浆，从而实现带压 注浆封孔。 封孔注浆料在一定的注浆压力作用下,能够充 填、胶结和封闭破碎煤体之间的裂隙，恢复其整体 性，可以劈裂、扩展煤体内的微小裂隙，充填孔隙和 煤体凹凸面，增大浆液扩散范围，密实充填钻孔周边 裂隙。浆体凝固后,对钻孔产生支撑作用，使钻孔得 到可靠支护，增加钻孔稳定性消除抽采期裂隙通道 的产生与发展。该工艺避免了单纯的聚氨酯封孔工 艺所带来的封孔长度、封孔深度受限,不能形成足够 的膨胀力,不能充分挤入封孔段周围钻孔裂隙，以及 抗压能力低、支护作用差导致产生后期裂隙和漏气 通道的弊端，发挥注浆料浆液快速凝固的优势，在凝 固后既充填钻孔周边裂隙、又主动支护钻孔的优势， 在抽采阶段不产生新漏气通道，有效提高抽釆浓度 和纯流量，延长钻孔有效抽采时间，提高瓦斯抽采 率。 1.2 封孔工艺流程 1.2. 1封孔前准备 1 检查封孔器是否在运输途中造成损伤。 2 检查囊袋是否破损。 3 检查爆破阀是否完好，注浆管是否有断裂， 折痕。 ⑷检查抽放管路是否在运输途中造成损伤选 择抗压达到1.6MPa以上的抽放管路。 5检査接口，接头，以及管身是否完好。 ⑹检査注浆泵各个配件是否配备齐全且无损 坏。 7出浆总成，进气总成，泵体，搅拌器要正确安 装。 ⑻油雾器内加注润滑油。 9连接风源，向外拉出进气调节阀门并旋转, 观测进气压力，保证进气压力稳定在0. 35MPa,下扣 37 增刊铁法科技2018年12月 进气调节阀门，稳定进气压力。 Q0打开注浆泵,检查注浆泵是否正常工作。 仙将岀浆口堵住，等待注浆泵自动憋停,观测出 浆口压力,使出浆口压力稳定在1.5MPa,如有偏离， 调节进气风压进气压力和出浆压力成正比关系。 1.2.2封孔器安装 1将抽放管穿过封孔器囊袋。 ⑵在囊袋末端3c m处捆扎，以防止下孔过程 中，囊袋与抽放管滑脱，不能将封孔器下到预定位 置。 3 捆扎过程中，要防止因用力过度，操作不当等 人为因素将囊袋扎破或者损坏。 4 将封孔器连同抽放管，插入钻孔，推送至预设 位置。 1.2.3 注浆过程 1 按照0.81的水灰比例将水和注浆料加入 搅拌桶搅拌桶中有标刻线。 2 开启搅拌器，使浆液充分搅拌。 3 连接出浆口和封孔器进浆口，启动注浆泵, 开始注浆。 4 观测注浆压力表，当浆液注满两个囊袋后， 压力表开始缓慢升压，当压力至1.2MPa左右时，瞬 间回零，表示爆破阀已经打开。等压力表再次缓慢 升压，达到1.5MPa时，注浆泵自动停止，封孔完成。 封孔注浆示意图，见图1、图2。 图1封孔注浆示意图 图2注浆封孔后示意图 1注浆管;2钻孔;3水泥砂浆;4一破阀； 5测压管/抽采管;6囊袋 1.2.4拆卸及清洗 1注浆完成后，需先打开出浆口泄压阀，待压 力释放后,方可拆卸出浆口与封孔器注浆口的连接。 ⑵清理搅拌桶。 3搅拌桶加注清水，并开启注浆泵，直至注浆 泵泵出清水。 ⑷连续开启关闭出浆口泄压阀，防止泄压阀内 凝固堵塞。 1.2.5注意事项 1 浆液应保持连续搅拌，避免因浆液放置时间 过久导致浆液在搅拌桶中初凝 2 注浆泵未工作，且搅拌桶内有浆液的情况 下，要每隔五分钟启动一次注浆泵，防止泵体内部浆 液初凝，影响注浆泵的使用寿命或者损坏。 ⑶抽放管连接要安全可靠。丝扣连接的抽饭 管在使用之前应做连接口处抗压测试，保证其抗压 强度在1.5MPa以上;快插式连接公头母头对接前 应涂抹专用胶水,保证连接不滑脱,不漏气。 2应用情况 N21203工作面煤岩形态总体为一单斜构造，煤 层产状为193。 243。厶6。 10。。工作面东侧发育 有F15-和1N2_3号断层，断层产状分别为268。 厶40H 0 14m、112厶45H 0 7m,其中 F15“ 号断层在回顺掘进至987m时实见，其落差2.7m, 对工作面回采有一定影响；工作面西侧发育有F44、 債2_2、氓2亠、氓2」0、氓2」号断层，运顺掘进至 38 增刊铁法科技2018年12月 471m实见F44号断层，断层产状为70。厶50。H 40m,未发育到工作面内，对回采无影响，fN2_2、 氓2_9、氓2」0、氓2一”号断层为F44号断层的分支断 层，分别在运顺728m,884m、896、1108m实见，落差 分别为l .Om、3.2m、1.8、2.3m,这4条小断层对工 作面回采有一定影响；工作面北侧为F15号边界断 层，断层产状为222 Z60H 30 50m,工作面掘进 期间未实见，但在回顺730m处实见其分支断层，产 状为209 Z63H 2.0m,预计对工作面回采有一定 影响。根据工作面掘进实际情况看，小断层较发育， 预计回采过程中可能还会有其它小断层出现。 本工作面煤为气煤。层厚3.02 5. 13m,-般 为4.12m。呈黑色，以亮煤为主，暗煤次之,局部煤 层中夹薄层炭质泥岩。根据掘进期间选煤厂煤质化 验结果，预计工作面原煤全水分为8. 1,灰分为 35.27。煤层自燃发火期1 3个月，煤尘爆炸指 数为 23.59。 根据中煤科工集团重庆研究院12、13、14_,煤 层北二采区突出危险性鉴定报告结论，大兴矿12 煤层北二采区具有突出危险性，12煤层为突岀煤 层。 根据掘进期间实见，本工作面顶板裂隙发育，裂 隙中含水和瓦斯，回采过程中应加强瓦斯治理工作。 中煤科工集团重庆研究院大兴煤矿南二、北二、南 五采区煤层安全开采基本参数测试研究报告提供 数据，预计回采期间瓦斯相对涌出量为15.01n /t , 绝对瓦斯涌岀量为41.69m3/min0 图3 NJ 203回顺28*钻场设计 图4 N21203回顺19*钻场设计 表1 N21203回顺本层钻孔预抽量统计对比 協 接抽 时间 负压 mmHg 压差 mmH20 捕放 峨 混合 iffl m3/min 纯沆量 m/min 抽采 天敷 d m3 备注 N21203 勰 28* 钳场 2018/1/2278231.850.16 7585.1 1 94mm “秫 -注“ 2018/1/2378231.850.06 2018/1/2478231.660.04 2018/1/2578521.210.M 2018/1/2678421.170.03 2018/1/2780531.170.W 2018/1/28801551.170.04 N21203 酿 19* 2018/1/22803781.441.12 78736 紈 is 114mm “带压 2018/1/23802651.170.76 2018/1/24802651.170.76 2018/1/25805551.851.02 2018/1/26805501.850.93 2018/1/27805501.850.93 2018/1/28905301.850.56 1 顺层钻孔设计，详见图3、图4,抽采效果详见表 10采用施工①114mm孔径且使用封孔器封孔的 19*钻场，比采用①94mm孔径且使用“两堵一注水 泥封孔”的28*钻场抽采纯量及抽采浓度都有较大 幅度的增加。经过7天的观察，采用封孔器封孔的 抽采钻孔流量及浓度衰减较为缓慢，采用“两堵一 注水泥封孔”的钻孔流量及浓度呈递减状态。 经济效益对比，详见表2。可知，采用“两堵一 注”封孔与采用“带压封孔器”封孔对比，从长远来 看，采用“带压封孔器”封孔，每封1000个孔节省 3.3万元。 下转48页 39 增刊铁法科技2018年12月 灯具的使用寿命，提高了工作效率。在节能和节省 灯具使用的同时,科学的管理和节省能源方面，有效 节省了电费与管理费材料费的支出。 2.3安装超温报警保护装置 压缩机每天连续运行，产生的高温压缩空气储 蓄在储气罐内，并向矿井提供生产用风。储气罐安 装超温报警保护装置，在超温时能自动切断电源并 报警，保护压力容器的安全运行，温度巡检仪对储气 罐温度进行监测，当储气罐内部温度达到60T时, 温度巡检仪上限温度继电器吸合，其节点控制高压 断路器和警铃，高压断路器断电并报警。利用XJ Y -160智能快速巡检仪和J Z -44继电器，成功研制 并安装超温报警保护装置，通过实际运行效果显著。 即节约电能又安全经济运行。智能快速巡检仪具有 超温报警功能，储气罐温度达到设定的温度上限值 时，工作继电器J 1吸合，继电器J 1所带节点闭合, 控制空压机停机并报警,实现自动断电，满足煤矿安 全规程的要求。实现数字精确控制后，减少空压机 无效作功。安装前储气罐达到额定压力后释放压 力，安装后储气罐通过温度数字控制空压机的启停。 减少压缩空气释放，浪费电能，节电效果显著。储气 罐超温保护进一步改进，通过改进前后空压机减少 排放次数对比，可计算改进后的经济效益。空压机 电压6kV,工作电流38A,每天减少排放次数3次， 相当于空压机每天工作0.5h , 年按365天计算， 每年可节约用电7.2万KWh ,节约电费5. 8万元。 3节油解决措施 设备润滑站、液压站用油严禁提前更换,加入量 按最低使用要求，加强巡查，及时增补。例如按各设 备油标下线加入，不得超过5mm,可减少成品油 20的投入，年可节油800L。 4结语 晓明矿采取多项节能措施，压风机安全稳定运 行,保障了矿井安全生产，创造了经济和安全效益, 并为今后矿井可持续性发展提供了技术支持。 作者简介万 鑫（1992-），男，2013年毕业于辽宁工程技术大 学机械工程自动化专业，现任晓明矿运转队技术员。联系电话 15941089550” （上接39页） 表2 NJ 203回顺不同封孔工艺经济效益对比 封孔工艺所需材料单价备注 “两堵一注” 封孔 聚氨酯胶15 元/kg 每封1000个钻 孔成本为4. 83 万元 4、6分铁管12. 5 7C/m PE封孔管29 元/m 水泥300 7C/t 封孔泵15000元/台 “带压封孔器” 封孔 带压封孔器 300元/套 每封1000个钻 孔成本为4. 5 万元 注浆料 PE封孔管 封孔泵15000元/台 3结语 采取顺层大孔径钻孔，同时使用专用封孔器封 孔，能够有效地提高钻孔的抽采负压及抽采浓度，一 是注浆封孔过程中能够通过压力表的数值体现出孔 内浆液是否已注满;二是钻孔漏气率低，瓦斯抽采浓 度明显增加，钻孔抽放周期更长（衰减慢）；三是节 约封孔材料，降低封孔成本。 作者简介张朝川（ 1986 -）,男，工程师，毕业于辽宁工程技术大 学安全工程专业，现任大兴矿抽釆一队技术员。联系电话 151410029310 48 .