煤矿瓦斯抽放钻孔封孔技术研究与应用.pdf

Mining Science Technology ︱350︱2018 年 11 期 煤矿瓦斯抽放钻孔封孔技术研究与应用煤矿瓦斯抽放钻孔封孔技术研究与应用 周大伟 山西省临汾市安泽县玉华煤业，山西 临汾 042500 摘要我国煤碳资源成藏特点是多为深层煤矿，因此不得不采用井下巷道掘进模式完成开采作业，在这一过程中可能会引发各种安全 事故，其中影响最大、导致损失最严重的莫过于井下瓦斯突出事故，因此，为了确保井下开采作业的安全推进，必须针对煤层中贮藏的瓦 斯气体进行合理的勘探与抽排，这也是保障煤矿安全生产的重要措施和煤矿安全技术领域的研究热点。本文针对瓦斯抽排作业中的关键环 节-封孔技术进行讨论， 并对当前的主要工艺类型展开类比分析， 对这些工艺的技术特点和适用范围进行探讨， 旨在提高该环节的施工水平。 关键词瓦斯抽采；钻孔封孔 中图分类号TD82 文献标识码B 文章编号1006-8465（2018）11-0350-01 1 引言 瓦斯气体学名为煤层气，从其名称中就可看出，该气体是煤炭资源 在成藏过程中逐渐形成并贮留在煤层内的， 由于受到煤层和围岩的压力 而逐渐汇聚。在煤炭开采过程中，由于外力条件发生变化，瓦斯气体由 于外界压力的减小而从煤层中逸散甚至突出。众所周知，瓦斯气体本身 是一种易燃易爆的有毒气体，主要成分为甲烷，同时也包含硫化氢等杂 质气体。瓦斯既可作为一种清洁能源， 同时也是煤矿安全生产的重要隐 患，因此在井下开采作业过程中， 针对瓦斯气体的科学勘探与合理抽排 就成为了保障煤矿安全生产的重要举措， 另一方面， 随着煤炭领域内精 准开采理念的提出，对瓦斯资源的综合利用也受到了越来越多的重视， 而瓦斯气体的科学勘探与抽排则是实现这一目标的前提。 目前在煤矿瓦斯抽采环节， 使用最普遍的方式为钻孔抽排模式， 通过合适的钻孔方法，并配以对应的抽排设备，就能够可靠的将煤 层中贮藏的瓦斯气体采集并输送至地面工作站，由其负责进行后续 的工艺的处理。随着近年来煤矿开采自动化程度的提高，各种大型 的开采设备不断投入使用，显著提高了井下工作面的掘进速度，为 了跟上生产需求，确保生产安全，瓦斯抽排工作也面临着提高精确 性和加快工作进度的迫切要求。本文从实践应用和技术理论两方面 出发，对目标在瓦斯抽采工艺中使用的几种主流的封孔技术进行类 比分析与探讨，具有显著的实践价值。 2 煤矿封孔技术 2.1 聚氨酯封孔技术 国内本煤层钻孔普遍采用“高分子发泡材料” ，其中以聚氨酯材 料为主要材料。封孔时将双组分“高分子发泡材料”混合搅拌后，用 棉纱、棉布、毛巾等织物浸泽缠绕在封孔管的某个长度上，然后插入 钻孔 10 米左右的深处， “高分子发泡材料”发泡膨胀，将钻孔封堵。 图 1 高分子发泡材料封孔法漏气通道扩张示意图 1．封孔时发泡材料体积膨胀 2.封孔初期钻孔周围裂隙漏气通道 3.封孔抽采管 4.封孔后期发泡材料压缩体积变大 5.封孔后期钻孔周围裂隙漏气通道变大 观察上图可以发现，该方法存在一些固有的缺陷，且均是由高 分子发泡材料的具有的高发泡倍数所导致的 （1）抗压强度低，发泡材料材质轻且存在大量的气孔，固化后 的支撑力有限， 在压强升高的情况下很容易产生形变， 影响封堵效果； （2）可压缩量很大。高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井往往采深 较大，相应的地应力也较大，加之煤层强度普遍较低，井下煤层钻 孔在地应力作用下将逐渐蠕变，钻孔在蠕变的过程中，钻孔周围的 煤体将会产生松动裂隙（漏气通道） 。 2.2 机械弹性封孔技术 该技术主要分为螺旋弹性胀圈式封孔器和弹性串球式封孔器，图 2 给出了前者的结构特征。这两种封孔技术的原理都是在外加力的挤 压作用下，迫使弹性胶桶或者弹性串球膨胀，在钻孔内壁中贴紧，通 过摩擦力来封堵钻孔；而在不需要封堵时，可去除工作压力，使得胶 桶或串球在自身的弹性力作用下恢复原状，即可从钻孔中取出。 图 2 螺旋式封孔器示意图 1接头 2螺母 3手柄 4垫板 5定向销 6套管 7螺杆 8传力垫 9外套 10内管 11托盘 12胶桶 13螺帽 14手柄 机械弹性封孔技术主要应用在临时封孔需求场合，一般位于钻 孔深度前（5-10 米） ，主要针对抽采工作面前方松动区内的瓦斯， 在距离孔口 1-2 米封孔。其优点在于操作简单，材料可重复使用， 降低了封堵成本；缺点是密封性能较差，无法实现对钻孔的百分之 百的封堵，存在不同程度的漏气情况，无法长期使用。 2.3 充气式封孔器 充气式封孔器主要有两种，一种是免充气气囊式，另一种是充 气气囊式。前者将气体封闭在一个橡胶囊里，气囊中部有一根抽采 管，利用气体的可压缩性将气囊塞进钻孔里实现封孔，主要在孔口 1 米范围内封孔；后者的气囊里没有封闭空气，气囊中部有一根抽 采管，将囊带塞进钻孔之后，让后再向囊带充气。两者的效果几乎 是一样的，只能做为临时性封孔。 3 新型加压注浆封孔法 加压注浆封孔法主要原理是由于树脂膨胀量比较大而且材质坚 硬，通过树脂包在钻孔中两端膨胀封堵，在中间的空隙中通过单向阀 注入水泥。树脂包的封堵可以承受一定的水泥压力。这种封孔方法一 方面能使钻孔周围的裂隙得到充填，消除开孔时形成的裂隙，即消除 初期漏气通道； 另一方面能使钻孔得到可靠的支护， 保证钻孔的稳定， 使钻孔周围不再产生新的裂隙，即避免后期漏气通道的产生和发展。 4 结语 本文结合生产实践和理论基础，选择出目前在煤矿井下瓦斯抽 排领域内常用的几种封孔技术，并在此基础上进行了类比分析，分 别探讨了这些封孔技术的特性与适用场合，为该环节的施工提供了 可靠的技术参考。目前，在瓦斯勘探与抽排领域，最主流的发展方 向就是结合工业自动化技术、计算机分析能力和人工智能技术等多 个领域内的研究成果，取长补短，有机结合，形成准确性高、响应 速度快强、稳定性好的综合型抽排工艺。相信随着各个研究领域不 断进步， 会涌现出更多的针对瓦斯智能化勘探与抽排的技术和设备， 进一步该领域的施工水平，保障煤矿井下安全生产。 参考文献 [1]崔景昆.一种有效的封孔方法[J].河北建筑科技学院学报,201302. [2]陈杰,金龙哲.关于聚氨酯封孔可提高瓦斯抽放效果的研究[J].煤炭 工程,200308.