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收稿日期２０１９ －０３ －０７ 作者简介薛创１９９４ － ꎬ男ꎬ安徽理工大学全日制研究生在读ꎬ研究方向为煤炭瓦斯灾害防治ꎮ 保德煤矿 煤层瓦斯抽采钻孔失效机制及封孔技术优化 薛创安徽理工大学 能源与安全学院ꎬ安徽 淮南 ２３２０００ 摘 要保德煤矿预抽率和预抽瓦斯浓度都偏低ꎬ预抽煤层瓦斯对于高瓦斯矿井非常重要ꎬ针对瓦斯抽采偏低的原 因ꎬ本文从松动圈漏气机理和封孔材料质量两方面分析引起漏气的机理ꎬ并通过保德煤矿现场实践ꎬ得出可以有效增加长 时间瓦斯抽采率的方法ꎮ 关键词瓦斯抽采ꎻ封孔材料ꎻ抽采率ꎻ封孔质量 中图分类号Ｆ４０３. ７ꎻＴＤ７１２. ６ 文献标志码Ｂ 文章编号１００８ －０１５５２０１９０５ －０１３５ －０２ １ 瓦斯抽采漏气机理 １. １ 巷道松动圈漏气机理 随远离巷道壁面其围岩分区依次为松动圈、 塑性区、弹性区和原岩应力区[１]ꎮ 钻孔孔口封孔 段位于巷道围岩不同区域内ꎬ将会对钻孔封孔质 量产生重大影响ꎮ 完全渗流区 松动圈 内裂隙 呈网状分布ꎬ其渗透性比原岩应力区大 １ ３ 个数 量级ꎬ巷道内空气可在该区域内自由流动ꎮ 松动 圈是巷道工程中普遍存在的客观物理力学状 态[２]ꎮ １. ２ 封孔材料质量引发漏气 我国煤矿瓦斯抽采使用的封孔材料主要有黏 土黄泥类、水泥基材料、高水材料、聚氨酯材料 ４ 种类型ꎮ 水泥基材料有硬化收缩和早凝时间长 的缺点ꎮ 在实际封堵中ꎬ一般会加入一些添加剂 来改善水泥砂浆的性能ꎬ提高封堵效果ꎬ且在加压 的情况下会达到更好的封孔效果[３]ꎮ ２ 工程实际测试地点与方法 ２. １ 矿井概况 保德煤矿隶属国家能源集团神东煤炭集团公 司ꎬ位于山西省保德县境内ꎬ分属东关、桥头两镇 辖区ꎮ 矿区东与佘家梁、张家沟、炭岭沟、河石盘 等小煤矿相接ꎬ西与苏家里村为邻ꎬ北抵黄河康家 滩村ꎬ南至山西省煤炭运销公司王家岭煤矿预留 区ꎮ 东 西 宽 约 ５. ７ｋｍꎬ 南 北 长 １４ｋｍꎬ 面 积 约 ５５. ９０７７ｋｍ２ꎮ ２. ２ 测试方法 根据试验研究内容ꎬ在三盘区 ８１３１０ 回风顺 槽 １９ －２８ 联巷之间进行常规瓦斯抽采钻孔施工ꎬ 采取不同封孔材料、封孔段长度和封孔堵头等不 同组合方式进行试验ꎮ 封孔方式为了找到适合 保德煤矿的最佳封孔方式ꎬ先确定 １８ 种不同封孔 方式组合封孔ꎬ每种方式打 ５ 个孔ꎬ共 ９０ 个钻孔ꎬ 孔间距 ５ｍꎬ每组钻孔间距 ２０ｍꎬ测试其抽采负压、 抽采浓度、抽采量ꎬ顺层钻孔不同封孔方式布置如 图 １ 所示ꎮ 图 １ 顺层钻孔不同封孔方式布置图 第一种、第十七种使用矿上封孔水泥ꎬ马丽 散作为堵头ꎬ封孔深度为孔口至孔内 ８ｍꎬ封孔管 使用矿方原使用的封孔管ꎬ两堵一注正常压力进 行封孔ꎮ 第二种使用淮南 Ａ、Ｂ 料封孔水泥与马丽散 的组合方式ꎬ封孔深度为孔口至孔内 ８ｍꎬ封孔管 使用矿方原使用的封孔管ꎬ两堵一注正常压力进 行封孔ꎮ 待十八种封孔方法打好一组钻孔就进行 封孔ꎬ封孔方式按照设计方案进行ꎮ 在每一组封 好孔后就进行连管ꎬ接入系统进行抽采ꎮ ３ 测试数据分析 ３. １ 不同封孔段长度效果的对比分析 以抽采浓度为参数对比分析ꎮ 对于第一组、 第四组、第十二组和第十四组封孔方式ꎬ都是采用 矿上材料和马丽散组合封孔ꎬ不同的是ꎬ第一组封 ０ ８ｍꎬ第四组封 ０ １２ｍꎬ第十二组封 ８ｍ １６ｍꎬ ５３１ 第十四组封 ０ １６ｍꎬ通过现场实测得出每组封孔数据ꎬ结果如图 ２ 所示ꎮ 图 ２ 不同封孔工艺抽采瓦斯浓度对比图 将第三组、第七组、第十一组和第十六组进行 比较ꎬ都采用新材料加囊袋的封孔方式ꎬ不同的是 第三组封 ０ ８ｍꎬ第七组封 ０ １２ｍꎬ第十一组封 ８ｍ １６ｍꎬ第十六组封０ １６ｍꎬ将这４ 组封孔后的 汇总浓度绘制图形ꎬ比较封孔效果ꎬ如图 ３ 所示ꎮ 图 ３ 不同封孔工艺抽采瓦斯浓度对比图 从图２ 图３ 可以看出ꎬ８ｍ １６ｍ 封孔距离最 佳ꎬ０ ８ｍ 封孔方式略优于 ０ １２ｍꎬ说明对于封 孔长度来说ꎬ存在一个最佳封孔距离ꎮ ３.２ 相同封孔段长度ꎬ不同封孔材料和堵头的 效果对比分析 封孔长度 ０ ８ｍꎬ矿上材料与马丽散组合和 新材料与马丽散组合的两种封孔方式ꎬ抽采效果 如图 ４ 所示ꎮ 图 ４ 不同封孔工艺抽采瓦斯浓度对比图 由图 ４ 可以看出ꎬ在整个抽采时间段内ꎬ瓦斯 浓度是先增大ꎬ经过上下波动后又继续增大的过 程ꎬ两种材料的抽采浓度表现出相同的规律性ꎮ 由此说明ꎬ新材料比矿上原有材料具有更好的封 孔效果ꎮ ４ 结论 从试验数据分析可以得出ꎬ对于封孔长度来 说ꎬ不是封孔距离越长越好ꎬ而是存在一个最佳封 孔距离ꎬ相同封孔长度、不同封孔材料的试验条件 下ꎬ新材料比矿上原有材料具有更好的封孔效果ꎮ 参考文献 [１]董方庭ꎬ郭志宏. 围岩松动圈巷道支护理论及应用 技术[Ｍ]. 北京煤炭工业出版社ꎬ２００１. [２]靖洪文ꎬ等. 钻孔摄像测试围岩松动圈的机理与实 践[Ｊ]. 中国矿业大学学报ꎬ２００９ꎬ３８５６４５ －６６９. [３]刘少博. 新义矿顺层抽采钻孔瓦斯运移规律及封 孔技术研究[Ｄ]. 焦作河南理工大学ꎬ２０１４. 责任编辑陈文明 ６３１
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