李雅庄矿顺层钻孔两堵一注带压注浆封孔技术.pdf

收稿日期 ２ ０ １ ７ ０ ９ １ １ 作者简介 陶 斌（ １ ９ ８ ７－ ） ， 男， 山西洪洞人， 助理工程师 ， 从事生产技术管理工作。 ｄ ｏ ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５－ ２ ７ ９ ８ ． ２ ０ １ ８ ． ０ １ ． ０ １ ６ 李雅庄矿顺层钻孔两堵一注带压注浆封孔技术 陶 斌 （ 霍州煤电集团公司，山西 霍州 ０ ３ １ ４ ０ ０ ） 摘 要 针对李雅庄煤矿顺层钻孔存在封孔质量差、 抽采浓度低和有效抽采时间短等难题， 通过理论分析 和现场试验， 确定了李雅庄煤矿带压封孔工艺技术参数， 验证了“ 两堵一注” 带压注浆封孔技术在李雅庄煤 矿的适用性。试验表明， 在 ３个月的考察时间内， 试验组平均瓦斯抽采浓度达到 ２ ０ ％以上， 效果显著， 同 时， 减少了钻孔漏气， 为下一步瓦斯抽采提供了可靠的技术支撑。 关键词 顺层钻孔； 两堵一注； 带压注浆； 抽采效果 中图分类号 Ｔ Ｄ ７ １ ２ ． ６ 文献标识码 Ｂ 文章编号 １ ０ ０ ５ ２ ７ ９ ８ （ ２ ０ １ ８ ） ０ １ ０ ０ ４ ４ ０ ２ 目前， 瓦斯抽采是煤矿防治瓦斯灾害的根本措 施， 其中钻孔瓦斯抽采是主要方式， 其抽采效果不仅 取决于煤层瓦斯赋存条件， 更取决于钻孔封孔质量。 在顺层钻孔封孔方面， 常见的封孔技术有黄泥（ 水 泥团） 人工封孔、 机械式注水泥砂浆封孔、 高分子发 泡材料封孔、 临时封孔器封孔、 囊袋式封孔器封孔 等。黄泥封孔工艺目前已很少采用， 主要因为劳动 作业强度大、 时间长， 而密封效果差； 水泥砂浆封孔 在近水平或缓倾斜顺层钻孔易形成月牙形孔隙； 高 分子发泡材料无法有效封堵钻孔周围裂隙， 支护能 力不足； 临时封孔器封孔深度浅， 仅适用于临时封孔 处理； 囊袋式封孔器是近几年出现的新技术， 具有承 压能力高， 密封效果好等优点。 李雅庄煤矿瓦斯抽采存在钻孔裂隙发育， 管壁 外与钻孔煤壁之间空间较大， 使用的封孔材料较多 且封孔不严， 试验区域整体瓦斯浓度偏低， ８ ０ ％的单 孔瓦斯浓度都在 １ ０ ％以下， 整体抽采效果差。 针对以上情况， 对顺层钻孔开展以囊袋式封孔 器配合水泥砂浆的“ 两堵一注” 带压注浆封孔试验， 为下一步瓦斯抽采提供技术支撑。 １ “ 两堵一注” 带压注浆封孔技术 １ ． １ 技术原理 煤层中存在大量的构造裂隙， 在采掘影响和钻 孔施工的作用下， 加剧了煤层结构的破坏， 导致裂隙 进一步发育， 并形成新的裂隙， 甚至有的裂隙贯穿煤 帮， 成为钻孔瓦斯抽采漏气的主要原因。“ 两堵一 注” 带压注浆封孔技术是利用带压注浆方式来密封 煤层裂隙， 并改变抽采钻孔周围煤体结构特性。首 先使用封堵装置在两端形成堵头， 然后利用注浆装 备， 以一定压力将封孔浆液材料注入钻孔封孔段， 在 注浆压力的作用下， 进一步填充、 劈裂、 扩展钻孔孔 壁周围的煤体裂隙， 并对钻孔提供有效的支撑， 形成 致密的封孔段， 从而彻底密封瓦斯泄漏通道。 “ 两堵一注” 带压注浆封孔技术克服了机械式 封孔、 高分子发泡聚合材料封孔等工艺不能有效封 闭钻孔周围裂隙的弊端， 从抽采源头上根本解决抽 采瓦斯浓度低和衰减快的问题， 有效延长抽采时间， 提高瓦斯抽采率。 １ ． ２ “ 两堵一注” 带压注浆工艺流程 根据“ 两堵一注” 带压注浆封孔技术原理， 试验 采用囊袋式封孔器作为主要两端封堵装置， 见图 １ 。 主要由囊袋、 单向阀、 爆破阀、 注浆管等组成， 具体的 工艺流程如图 ２所示。 图 １ 囊袋式封孔器装置 图 ２ 囊袋式封孔装置封孔流程 ２ 合理封孔深度 国家安监总局 防治煤与瓦斯突出 规定 穿层 ４４ 实用技术 总第 ２ ２ １期 钻孔的封孔段长度不得小于 ５ｍ ， 顺层钻孔的封孔 段长度不得小于 ８ｍ 。合理的封孔深度是有效保证 封孔质量的关键之一， 国内外学者针对顺层钻孔合 理封孔深度展开了广泛研究， 普遍认为在巷道采掘 影响下， 破坏了巷道周围煤岩体原有的应力平衡， 形 成松动圈， 包含卸压区、 应力集中区和原始应力区 （ 见图 ３ ） 。在卸压区范围的煤岩体裂隙进一步发 育、 扩展、 贯通， 是瓦斯抽采过程中漏气的主要区域 范围； 应力集中区范围在围岩压力作用下， 煤岩体裂 隙被紧密压实， 同时也是钻孔塌孔堵孔的主要区域， 缺乏有效的支撑； 原始应力区煤体没有受到采掘影 响， 内部裂隙不发育。综上所述， 顺层瓦斯抽采钻孔 封孔深度应当超过应力集中区， 达到原始应力区范 围， 能够充填钻孔周围裂隙， 并提供有效的支撑作 用。 图 ３ 巷道瓦斯抽采钻孔受巷道应力分布 ３ 现场应用及效果考察 ３ ． １ 确定封孔参数 封孔试验地点选择正在抽采的 ６ ０ ５ １平巷， 试验 钻孔区域布置如图 ４所示， 孔径 １ １ ３ｍ ｍ ， 倾角在 ５～ １ ３ ， 平均为 ６ ， 孔间距 ２ ． ５ｍ ， 深度 １ ５ ０ｍ ， 抽采 管采用 ６ ３ｍ ｍ的 Ｐ Ｖ Ｃ管。根据囊袋式封孔器承压 高的特点， 试验“ 两堵一注” 带压注浆钻孔注浆压力 需达到１ ． ５Ｍ Ｐ ａ 以上。在确定顺层钻孔封孔深度方 面需要测定卸压区范围， 根据李雅庄煤矿回采巷道 巷帮钻孔钻屑量测定巷道松动圈范围， 经现场测定 为０～ １ ０ｍ ， 为考虑一定富余量和封孔成本， 本次试 验封孔深度定为 １ ２ｍ ， 封孔注浆段为 １ ０ｍ 。 图 ４ 试验钻孔区域 为了更好地对比几种封孔技术在顺层钻孔封孔 方面的优劣， 采用了效果对比试验方式。其中，囊 袋式封孔器配合水泥砂浆的“ 两堵一注” 封孔工艺、 聚氨酯封孔工艺及自胀式封孔器封孔工艺各 ５个钻 孔， 封孔参数一致， 具体封孔参数见表 １所示。 表 １ 不同封孔工艺封孔参数 封孔工艺 孔数 ／ 个 封孔深度 ／ ｍ 封孔长度 ／ ｍ 封孔所需材料 “ 两堵一注” 带压注浆 ５１ ２１ ０ 囊袋式封孔器配合 水泥砂浆 聚氨酯５１ ２１ ０聚氨酯高分子材料 自胀式封孔器５１ ２１ ０临时封孔器 ３ ． ２ 试验效果分析 在 ３个月的试验效果考察期间， 抽采负压保持 在 ２ ５ｋ Ｐ ａ ， 重点考察试验钻孔瓦斯抽采浓度变化情 况， 试验组平均瓦斯抽采浓度对比如图 ５所示。图 中试验 Ａ为自胀式封孔器封孔， 试验组 Ｂ为聚氨酯 封孔，试验组 Ｃ为带压注浆封孔。 通过现场试验数据可知， ３种封孔方式差距明 显。自胀式封孔器在顺层钻孔封孔效果最差， 平均 瓦斯抽采浓度在 １ ０ ％以下， 无法起到有效密封钻孔 的目的； 聚氨酯封孔相较于自胀式封孔器有明显提 升， 但是由于无法填充钻孔裂隙， 随着钻孔裂隙不断 发育， 瓦斯抽采浓度衰减快； “ 两堵一注” 带压注浆 封孔效果最好， 瓦斯抽采浓度保持在较高的水平， 且 衰减缓慢， 有效保证了抽采效果。 图 ５ 三种封孔方式各钻孔 １ ０ ０ｄ 浓度变化 ４ 结 语 通过“ 两堵一注” 带压注浆封孔试验， 并与其他 封孔工艺进行效果对比， 得出以下结论 “ 两堵一注” 带压注浆封孔技术在李雅庄煤矿 具有良好的适用性， 达到了封堵填充顺层瓦斯抽采 钻孔周围裂隙的目的， 有效提高了瓦斯抽采效果， 为 下一步瓦斯抽采提供了技术支撑。 ［ 责任编辑 常丽芳］ ５４ ２ ０ １ ８年 １月 陶 斌 李雅庄矿顺层钻孔两堵一注带压注浆封孔技术 第 ２ ７卷第 １期