“两堵一注”带压封孔技术在白龙山煤矿一井的应用研究.pdf

第 1 2卷 第 4期 2 0 1 5年 8月 中国煤层气 CHI NA COALBED METHANE Vo l _ l 2 No ． 4 Au g u s t ． 2 01 5 ‘‘ 两堵一注“ 带压封孔技术在白龙山 煤矿一井的应用研究 陈存强 华能云南滇东能源有限责任公司矿业分公司白龙山煤矿一井，云南6 5 5 5 0 8 摘要 针对白龙 山煤矿一井在进行底板 穿层抽采钻孔封孔时，存在封孔深度浅、钻孔孔壁裂隙 不能有效封堵，从而导致抽采钻孔抽采效果差的 问题 ，提 出采用 “ 两堵一注” 带压封孔工艺和 速凝膨胀封孔材料 ，并在地面和井下进行 了现场对比试验。研究结果表 明相 比原有封孔工艺， 采用 “ 两堵一注”带压封孔的每排抽采钻孔平均抽采浓度为 5 0 ％ ～ 8 0 ％，提 高了2～ 3倍；每排 抽采钻孔的单孔 瓦斯抽采浓度提高了3 0 ％ ，经过 1 9 0 d的连续抽采单孔瓦斯抽采浓度仍然维持在 3 0 ％ 以 上 。 关键词两堵一注带压封孔 穿层钻孔抽采浓度 Re s e a r c h o n t h e Ap p l i c a t i o n o f“ T wo S e a l i n g a n d On e Gr o u t i n g ” S e a l i n g u n d e r P r e s s u r e T e c h n o l o g y i n t h e No ． 1 W e l l o f Ba i l o n g s h a n C o a l Mi n e CHEN Cu n q i a ng B a i l o n g s h a n C o a l Mi n e o f Mi n i n g I n d u s t r y B r a n c h o f Y u n n a n d i a n d o n g E n e r g y C o ． ，L t d ．， C h i n a H u a n e n g G r o u p ， Y u n n a n 6 5 5 5 0 8 Ab s t r a c t W h e n s e a l i n g t h e c r o s ss e a m d r a i n a g e b o r e h o l e i n No ．1 We l l o f Ba i l o n g s h a n Co a l Mi n e，t h e d e p t h o f s e a l e d b o r e h o l e wa s s h a l l o w a nd f r a c t u r e s o f t h e b o r e h o l e wa l l c o u l d n o t b e e f f e c t i v e l y s e a l e d， wh i c h c a u s e s t h e p o o r d r a i n a g e f r o m t h e d ril l i ng b o r e h o l e ．Th e s o l v e t h i s p r o b l e m ，t h e p a p e r p r o p o s e s t h e t e c h n o l o gy o f“ t wo s e a l i n g a n d o n e g r o u t i n g ” s e a l i n g u n d e r p r e s s u r e a n d t h e s e a l i n g ma t e r i a l o f e a r l y s e t - t i ng e x p a ns i v e g r o u t i n g flu i d，a n d c o nd u c t s o ns i t e c o mp a r a t i v e t e s t s fro m s u r f a c e a n d u nd e r g r o u n d ．The s t u d y r e s u l t s h o ws t h a t c o mp a r e d wi t h o rig i n a l s e a l i n g t e c h n o l o gy ，t h e a v e r a g e d r a i na g e c o n c e n t r a t i o n o f t h e d r i l l e d bo r e h o l e a p p l i e d t hi s n e w t e c h no l o g y wa s 5 0％ ～8 0％ ，up b y 2～3 t i me s ，a n d t h e d r a i n a g e c o n c e n t r a t i o n o f t h e s i n g l e b o r e h o l e s i n c r e a s e d b y 3 0％ ． Af t e r 1 9 0 d a y s o f c o n t i n u e s d r a i na g e，t h e d r a i n a g e c o n c e n t r a t i o n o f t h e s i n g l e b o r e h o l e r e ma i n s mo r e t h a n e 3 0 ％ ． Ke y wo r d s Two s e a l i n g a n d o n e g r o u t i n g；s e a l i n g u n de r p r e s s u r e；a c r o s s d ril l i n g；d r a i n a g e c o n c e n t r a t i o n 作者简介陈存强 ，男 ，工程师 ，现任华能云南滇东能源有 限责任公司矿业分公司白龙 山煤矿一井总工程师。 第 4期 “ 两堵一注 ”带压封孔技术在 白龙 山煤矿一井 的应用研究 2 9 我国大部分煤与瓦斯突出矿井采用钻孑 L 预抽煤 层瓦斯 的区域综合防突措施 ，但是 目前我国瓦斯抽 采钻孔 的预抽瓦斯体积分数低 ，瓦斯抽采钻孔封孔 效果不佳 ，抽采浓度低 ，抽采瓦斯量小 ，导致大多 矿井瓦斯抽采量不达标。煤层瓦斯抽采效果的影响 因素包括煤层原始瓦斯含量 、原始瓦斯压力 、地质 构造 、煤层透气性系数 、衰减系数、煤的坚 固性系 数等煤层赋存特性 ，及抽采钻孔施工参数 、封孔工 艺等施工参数。煤层瓦斯抽采过程包括钻孔设计 、 施工 、封孔以及合茬连抽等多道工序 ，其中抽采钻 孔封孔质量的好坏直接影响到煤层 瓦斯抽采效果 ， 通过改进钻孔封孔技术 ，选用合理的封孔工艺和封 孔材料 ，可以提高钻孔封孔质量 ，从而提高煤层瓦 斯抽采效果。 目前国内外用于抽采钻孔封孔的技术主要有机 械注水泥砂浆封孑 L 、发泡聚合材料封孔 、封孔器封 孔等。但是这些封孔技术受到了钻孔方式 、封孔成 本和封孑 L 效果等因素的影响 ，均不能很好的满足 白 龙山煤矿一井现场的要求 。针对 白龙山煤矿一井特 有的地质构造、煤层瓦斯赋存 、煤层结构和构造特 点 ，为了提高封孑 L 质量 ，改善封孔效果 ，在对现有 的高分子发泡材料和水泥砂浆封孔技术进行总结分 析的基础上 ，提 出了新型 的 “ 两堵一 注”带压 封 孔技 术 ，并在 云 南 白龙 山煤 矿一 井 进行 了现 场 试 验 1 “ 两堵一注” 带压封孔原理 “ 两堵一注”带压封孔工艺 的原理是 在钻孔 孔 口一定距离 的抽 采管 实管 两端布置囊袋 A 和囊袋 B，通过注浆管向两个囊袋注入速凝膨胀封 孑 L 注浆液，使囊袋膨胀后在封孔段两端对孔壁形成 压力 ，当注浆压力达到一定值后 ，使得 中央爆破 阀 开启 ，注浆液开始填充两个囊袋中间封孔段空间 ， 当排气管返回注浆液时说明钻孑 L 封孔段已充满 ，关 闭排气管后继续向封孔段注浆加压 ，最后达到带压 封孑 L 要求 如 图 1所示 。 带压封孔使用 的速凝膨胀封孔液材料具有凝固 膨胀后不析水 、微膨胀的特点 ，因此在钻孔封孔段 充满注浆液后 ，在注浆液的凝固过程 中，封孔材料 将不会收缩并继续膨胀 ，充填封孔段周围已有的裂 隙，提高封孔质量 ，从而达到密封钻孑 L 的 目的。 ． a ；1 ． 7 ㈠ l 6 1 一囊袋A； 2 一囊袋 B ； 3 一单向逆止阀； 4 一注浆管； 5 一 中央爆破阀 ；6 一 塑料 堵头；7 一抽采管 筛孔管； 8 一速凝膨胀封孔注浆液 ；9 一排气 管 ；1 0 一抽采管 实管 图 1 “ 两堵一注 ”带压封孔原理示意图 2 “ 两堵一注” 带压封孑 L 过程 “ 两堵一注”带压封孔技术封孔过程如 图 2所 示 ，具体封孔步骤如下 1 送人抽采管及封孔装置 抽采管分为 两段 ，前 端为筛 孑 L 管 ，后 端为 实 管 ，实管两端绑缚囊袋 A和囊袋 B，囊袋和注浆管 以及排气管组成封孔装置 ，封孔时首先将抽采管连 同封孔装置送入钻孔。 2 注浆囊袋膨胀 将速凝膨胀封孔材料 与水按 1 1比例混合均 匀后 ，启动风动 注浆泵通过注浆管 向两端囊袋 A 和 B注入速凝膨胀封孔注浆液 ，使 囊袋膨胀后在 封孔段两端对孔壁形成压力 ，达到密封钻孔封孔段 两端 的作用。 3 封孔段注浆 当注浆压力达到 0 ． 60 ． 8 MP a后 ，注浆管 的 中央爆破阀门 自动开启 ，速凝膨胀封孔注浆液开始 填充囊袋 A和囊袋 B中间的封孔段空间 ，当排气 管返回注浆液时说明钻孔封孔段 已充满。 4 注浆液填充钻孑 L 孔壁裂隙 关闭排气管路后继续 向封孔段注浆 ，注浆液在 注浆泵压力作用下不断填充钻孔孔壁周围裂隙，对 已有的裂隙进行封堵 。 5 封孔完成 当注浆压力 达到 1 ． 5 MP a ，表明钻 孔孔壁周 围 裂隙已得到充分填充 ，达到密封钻孔的要求 ，此时 停止注浆 ，封孑 L 完成 。 3 地 面试 验及 结果分析 在进行煤矿井下封孔对 比试验前 ，在地面进行 了带压封孔模拟试验 用 直径 1 0 0 m m的铁管模拟 3 2 中 国 煤 层 气 第 4期 1 O 0 9 O 8 0 7 O 。 0 5 0 粪 4 0 3 0 2 O 1 0 O 1 O O 9 0 8 0 7 O 。 o 矮 5 0 4 o 3 0 2 0 1 O O 抽采天数 d a 1 6 6 ～1 6 7 排钻孔 抽采天数 【 d b 1 6 8 1 6 9 排钻孔 抽采天数 d b 1 7 0 1 7 2 排钻孔 图 5 1 6 6～1 7 2排钻孔平均抽采浓度变 化规律 料与钻孔孔壁壁面之间不能很好结合 ，使得封孑 L 后 钻孔围岩存在缝隙 ，同时普通水泥浆在凝固后会干 裂、产生收缩 变形 而形成 裂 隙。而 “ 两堵 一注” 带压封孔工艺可以使囊袋对钻孔孔壁产生压力 ，同 时新型封孔材料速凝膨胀封孔注浆液具有 微膨胀 性 ，其凝 固后 的收缩特征表现不明显，不易随着抽 采时间的增长而形成再生裂隙，从而提高钻孔的封 孑 L 质量 ，进而大大增加抽采钻孔的瓦斯抽采浓度。 4 ． 3封孔技术推广应用 通过井 下 C ， 。 煤层 底 板 岩 石 回风 大 巷 进行 “ 两堵一 注”带 压封孔试验 获得很好 的抽 采效果 后 ，继续在 C 煤层底板岩石回风大巷 、C 。 煤层 底板胶运大巷及辅运大巷等地点进行大面积推广使 用。矿井 目前采用 “ 两堵一注 ”带压封孔工艺进 行抽采钻孔封孔的数量已经达到 9 6 0个 ，在抽采负 压达 2 0 k P a 的条件下 ，进行 9 0 d的连续抽采 ，钻孔 的平均抽采浓度均达到 5 0 ％以上。 由于 白龙 山煤矿一井 C ，煤层为 3号无烟煤 ， 煤质松软、破碎 ，煤层透气性低且吸附性极强 ，抽 采钻孑 L 的单孔流量相对较低 1～1 ． 3 L ／ ra i n ，钻 孔瓦斯衰减不 明显 ，有利于煤层瓦斯的长时间连续 抽采 ，矿井将进一步研究先进的松软低透气性煤层 瓦斯抽采增透措施 ，在此基础上进一步提高白龙山 煤矿一井的瓦斯抽采效果。 参考文献 俞启香 ． 矿井瓦斯防治 [ M] ．徐州中国矿业大学 出版社 ，2 0 1 2 ． 于不凡 ．煤矿瓦斯灾害防治及技术利用手册 [ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ，2 0 0 5 ． 胡千庭 ．煤矿瓦斯抽采与瓦斯灾害防治 [ M] ．徐 州 中国矿业大学出版社 ，2 0 0 7 ． 袁 亮 ．松 软 低 透 性 煤 层 群 瓦 斯 抽 采 理 论 与 技 术 [ M] ．北京煤炭工业出版社 ， 2 0 0 4 ． 黄鑫业，蒋承林 ． 本煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技 术研 究 [ J ] ．煤 炭 科 学技 术，2 0 1 1 ，3 9 1 0 4 547． 王兆丰，刘军 ．我国煤矿瓦斯抽采存在的问题及对 策探讨 f J ] ．煤矿安全，2 0 0 5 ，3 6 3 2 5 2 7 ． 朱诗山 ．煤矿瓦斯抽采技术 [ J ] ．煤炭技 术 ，2 0 0 9 ， 2 8 6 1 0 21 0 3 ． 周福宝，李金海，昃玺，等 ．煤层瓦斯抽采钻孑 L 的 二次封孔 方法 研究[ J ] ．中国 矿业 大 学 学报， 2 0 0 9，8 3 6 6 46 7 ． 周福宝，刘应科 ，张 贵 ．新型气囊式 自动封闭装 备研究 [ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 8 ，3 7 5 6 0 4 6 0 7． 刘林 ，廖黎 ． Z Y F型钻孑 L 液压封孑 L 器的研究 [ J ] ． 煤炭工程师 ，1 9 9 8 6 9 1 1 ． 王永安 ，赵耀 江 ．瓦斯 抽采 钻孑 L 封 孑 L 方 法 的改进 [ J ] ．山西煤炭，2 0 0 6 3 2 4 2 5 ． 陈飞，池晓明，王祖文，等 ． 煤岩储层保护技术研 究进展 [ J ] ．中国煤层气，2 0 1 3 ，1 0 1 2 6 3 0． 责任编辑桑逢云 ∞ 5 ；∞ ∞ 卯 蚰 ∞ m 0 一 一 矮 幂 j ] ] i ] O 1 2