古城煤矿全程注浆封孔技术研究与实践.pdf

1042019 年第 6 期 古城煤矿全程注浆封孔技术研究与实践 范存恒 （潞安集团古城煤矿建设管理处，山西 长治 046100） 摘 要 潞安集团针对“两堵一注”的施工工艺进行钻孔封孔操作复杂、容易堵孔问题，提出了“全程注浆”技术，通 过一体式囊袋注浆可以提高封孔质量，减少劳动量。“全程注浆”技术在瓦斯抽放浓度和抽采纯量两个方面分别是“两堵 一注”的近 3 倍和 4 倍。 关键词 瓦斯抽放 钻孔封孔 全程注浆 中图分类号 TD712.6 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2019.06.042 Research and Practice of Whole Process Grouting and Sealing Technology in Gucheng Coal Mine Fan Cun-heng Construction Management Office of Gucheng Coal Mine, Luan Group, Shanxi Changzhi 046100 Abstract Lu an Group, in view of the construction process of “two blockage and one injection“, proposed the “whole- process grouting“ technology, which can improve the quality of hole sealing and reduce the amount of labor through the integrated bag grouting. The “whole-process grouting“ technology is nearly three times and four times higher than the “two blockages and one injection“ technology in gas drainage concentration and purity respectively. Key words gas drainage hole sealing whole process grouting 收稿日期 2018-12-13 作者简介 范存恒（1992-），男，河南虞城人，2013 年毕业于 河南理工大学地质工程专业，现从事煤矿瓦斯抽采工作，助理工 程师。 瓦斯抽采是瓦斯治理的有效手段，在瓦斯抽采 过程中，钻孔封孔是关键技术环节。在封孔技术中 使用较多的是“两堵一注”。但是，这种方法在实 际运用中存在一定的不足，空气进入钻孔影响瓦斯 抽放浓度和抽放量。因此，研究新的封孔技术是非 常必要的。本文提出的“全程注浆”封孔技术，在 古城煤矿进行了实践运用。 1 全程注浆封孔技术研究 1.1 “两堵一注”封孔工艺存在问题 煤炭开采深度越来越深，地质条件复杂多样， 同时由于机械化开采造成的采动影响，对瓦斯抽放 钻孔造成的破坏也日益严重，传统的封孔技术条件 下，容易导致钻孔发生漏气等问题。潞安集团广泛 使用的“两堵一注”工艺存在一定的问题。 （1）封孔技术操作复杂。“两堵一注”技术 中“堵”的组成包括内外两个 A/B 袋、注浆管道和 返浆管道等多个部分，而且部分需要在井下进行安 装布置，操作比较复杂。 （2）抽采效果受外部影响较大。由于“堵” 组成中的内外两个 A/B 袋会受热膨胀堵住内孔影响 抽采效率，封孔质量易受人为影响。 1.2 “全程注浆”封孔技术原理 针对上述问题，为了提高封孔质量，简化操作 工艺，提出“全程注浆”封孔技术。“全程注浆” 封孔技术操作简单，随下管直接进入孔内开始注浆， 减少了施工时间，也不易造成封孔堵塞，避免了二 次封孔。其具体操作如下 （1）把长度为 8m 的速封式注浆囊袋套入封孔 管 3.5m 位置（如图 1 所示），用专用管卡进行固 定处理。 （2）把封孔管插入瓦斯抽放钻孔。 （3）当注浆工作开始以后，囊袋外端会充分 膨胀硬实并将爆破阀爆开口，此时注浆完成。 图 1 全程注浆封孔工艺示意图 1052019 年第 6 期 2 全程注浆封孔技术试验 为了对全程注浆技术进行更加准确的分析，在 古城煤矿进行了试验。试验方法分别选择“两堵一 注”和“全程注浆”两种方法进行封孔，对比抽采 浓度等数据，并通过实践考察现场的便捷性。 2.1 抽采钻孔施工 试验区域选择在 N1303 工作面顺槽内，长度为 30m。试验方案为在 30m 范围内每隔 3m 布置一 个钻孔。前 5 个钻孔通过“两堵一注”进行封孔， 并入H1管道， 后5个钻孔通过 “全程注浆” 进行封孔， 并入 H2 管道。安装好孔板流量计。钻孔布置示意 图如图 2 所示。 图 2 N1303 巷道顺槽 30m 试验区钻孔布置示意图 2.2 封孔工艺对比 （1）“两堵一注”封孔情况 通过试验发现，采用“两堵一注”进行封孔操 作比较复杂，现场管路安装时容易出错，而且因为 A/B 袋膨胀无法完全均匀，会有泥浆进入钻孔导致 堵塞。 （2）“全程注浆”封孔情况 与“两堵一注”进行封孔相比较，“全程注浆” 进行封孔操作比较简单，平均可以节省 10min 左右 的时间，而且泥浆能够直接进入固定好的布袋内， 不会发生泥浆进入钻孔的问题。 通过实践对比发现，“全程注浆”的钻孔充填 更加完全，可以加强封孔效果。 2.3 抽采效果对比 抽采上述“两堵一注”和“全程注浆”进行封 孔的钻孔，同时通过孔板流量计进行瓦斯浓度、抽 采纯量等抽放数据的监测，数据统计时间为 31d。 对统计所得的数据进行分析，绘制相应的对比图如 图 3、图 4 所示。 从图 3 中可以看出，时间相同时，“全程注浆” 封孔的钻孔抽采浓度要高于“两堵一注”封孔的钻 孔。在 31d 的试验时间结束时， “两堵一注”和“全 程注浆”封孔钻孔的平均瓦斯浓度分别为 26.9 和 78.5，两者相差近 3 倍。 图 3 钻孔抽采浓度变化对比图 图 4 钻孔抽采纯量变化对比图 从图 4 中可以看出，时间相同时，“全程注浆” 封孔的钻孔抽采纯量要高于“两堵一注”封孔的钻 孔。在 31d 的试验时间结束时， “两堵一注”和“全 程注浆”封孔钻孔的平均抽采纯量分别为 0.18m3/ min 和 0.71m3/min，两者相差近 4 倍。 2.4 经济成本分析 “两堵一注”封孔技术在施工过程中需要用到 A/B 袋（一套价格大约 50 元），每个钻孔需要四组， 即采用该技术时，每个钻孔需要材料费用 200 元。 这是顺利完成封孔的情况下，如果封孔质量存在问 题，需要二次封孔的话，材料费用将会翻倍。而使 用“全程注浆”封孔施工材料费用为一个速封式注 浆囊袋 （价格大约为160元） 。 从实际情况来看， “全 程注浆”封孔质量远远优于“两堵一注”，几乎不 需要二次封孔。因此，从经济成本的角度看，“全 程注浆”封孔技术更好一些。 2.5 人力成本分析 由于“两堵一注”封孔技术在施工过程中需要 人工进行 A/B 袋固定、注浆管和返浆管的捆绑等工 序，工作程序比较繁复、工作强度较强。与之相比， “全程注浆”封孔技术工序较少，只需要将速封式 囊袋固定好即可。因此，“全程注浆”封孔技术可 以节省人力成本。 3 总结 针对传统的“两堵一注”封孔工艺存在的不足， 提出了“全程注浆”封孔方法，通过实践试验和效 果分析，得出以下结论 （1）“全程注浆”技术操作简单、时间快、 （下转第 108 页） 1082019 年第 6 期 劳动量小，而且形成的封孔质量好，不易产生裂隙， 也不易发生堵塞。 （2）通过试验应用，得到两种方法的具体对 比数据，从数据看出，“全程注浆”技术在瓦斯抽 放浓度和抽采纯量两个方面分别是“两堵一注”的 近 3 倍和 4 倍，证明“全程注浆”封孔方法抽采效 果更好。 【参考书目】 （上接第 105 页） 121303 工作面停采线向北 30m 开始到停采线向北 10m 位置，属于工作面正常回采范围，每天注氮量 不少于 13000m3；121303 工作面停采线向北 10m 到 停采线位置，工作面铺网期间因推进速度较慢，每 天注氮量不少于 14000m3；121303 工作面停采至工 作面收作结束因工作面停采，停采期间每天注氮量 不少于 15000m3。结合工作面采空区氧化情况适时 加大注氮量， 图 2 121303 工作面防灭火工程示意图 3.5 注液态 CO2措施 （1）在工作面停采线向北 10m 开始根据工作 面采空区氧化情况确定是否灌注液态 CO2，停采刷 扩及支架拆除期间根据工作面采空区遗煤氧化情况 确定合理调整 CO2灌注次数和灌注量。 （2）根据工作面长度按 7 路预埋注液态 CO2 管路，分别在上隅角、160架、120架、80架、 40架、30架及下隅角处预埋（可根据工作面实际 情况选择灌注位置）。其中下隅角可利用预埋的灌 浆管路灌注，工作面架间 5 处及上隅角 CO2管路由 综采一队提前 1520m 各预埋一路直径 51mm 高压 软管，并负责工作面各路高压软管之间的连接，确 保工作面可连续灌注 CO2。 3.6 防火钻孔 收作期间，利用 121304 工作面风巷向 121303 工作面采空区施工的防火钻孔或 121303 工作面机 巷 1钻场施工防火钻孔向采空区灌浆，机巷防火钻 场内的钻孔需覆盖下隅角向上 30 架范围。 3.7 其他措施 （1）通防区加强对该面防灭火系统的巡查维 护工作，确保防灭火系统正常。 （2）加强工作面监控检测分析的管理，确保 KSS-200 束管监测及光纤传感防自然发火监测预警 系统正常运行。束管管路吊挂在巷道的顶帮，并且 要平直、无折弯，气样能及时传输到地面束管监测 分析室。通防区每天必须派专人检查束管系统，保 证束管吊挂整齐，连接处严密不漏气。 （3）地面气体分析人员必须坚守岗位，严禁 脱岗、睡岗，严格按系统操作规程操作，分析报告 及时传达通防区、矿领导，通防区根据实际情况采 取措施进行处理。 （4）在工作面收作期间，通防区应加强现场 监督管理，安排相关人员负责工作面收作措施的落 实及现场安全监护，认真检查作业现场通风、瓦斯、 顶板及一氧化碳情况，发现隐患要及时采取相应措 施处理，不能处理时要停止工作，撤出人员，汇报 矿调度。 （5）工作面停产时，地测科要及时提供工作 面地质剖面图，以利于分析采空区遗留煤体情况。 （6）如发现自然发火征兆必须立即停止工作， 向矿调度汇报，并采取措施进行处理。 （7）收作涉及施工单位应合理组织施工，加 快收作进度，尽量减少收作时间，确保工作面防灭 火安全。 4 结语 通过采取各种综合防灭火措施，确保了工作面 回撤期间防灭火安全，对类似条件下防灭火工作有 一定的参考价值。 ［1］ 胡殿明，林柏泉．煤层瓦斯赋存规律及防治技术 [M]. 徐州中国矿业大学出版社，2006． ［2］ 于不凡，王佑安．矿井瓦斯灾害防治及利用技术 手册 [M]. 北京煤炭工业出版社，2000． ［3］ 程远平，付建华，俞启香 . 中国煤矿瓦斯抽采技 术的发展[J].采矿与安全工程学报， 2009， 26 （2） 127-139． ［4］ 方前程，黄渊跃，刘学服 . 坦家冲矿瓦斯抽采钻 孔封孔工艺技术研究[J].中国煤炭， 2012， 38 （2） 106-108．