浅析煤矿瓦斯抽放钻孔封孔技术.pdf

煤矿技术 2017 年 10 期︱365︱ 浅析煤矿瓦斯抽放钻孔封孔技术浅析煤矿瓦斯抽放钻孔封孔技术 王小波 李 灿 安徽恒源煤电股份有限公司祁东煤矿，安徽 宿州 234000 摘要煤矿的安全生产关系煤矿企业的健康发展，关系到社会的稳定，受到了社会各界的广泛关注。在煤矿安全施工领域内，瓦斯的 合理抽放环节成为了保障煤矿安全的重要措施，因此也成为了研究的热点。本文针对瓦斯钻孔封孔技术进行讨论，对目前主流的几种技术 工艺展开对比分析，探讨其各自的适用场合，对提高瓦斯抽放的工作质量起到了一定的积极作用。 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（2017）10-0364-01 1 引言 瓦斯气体是煤矿的伴生产物，储藏与煤层中，在煤矿的开采过 程中随着周围压力的减轻而逸散或突出。瓦斯具有易燃易爆性，且 本身具有毒性，因此对煤矿的安全生产构成了严重的威胁，必须采 取妥善的措施予以探测和抽排。 同时瓦斯也是一种优质的清洁能源， 燃效效率高且残留物少，因此从绿色能源的角度来看，瓦斯抽排也 是非常有价值的一项工作。 目前煤矿中普遍采用打钻的方式来完成瓦斯抽采工作，保障煤矿 安全生产。井下施工人员通过钻孔和抽排设备将煤层间的瓦斯气体采 集并输送至地面工作站，再对其进行下一环节的处理。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，大大 加快了煤矿的开采效率， 工作面掘进的速度不断加快， 产量不断上升， 生产上的加速也要求瓦斯抽排工作跟上进度，这也对瓦斯抽排技术提 出了新的要求。本文对目前瓦斯抽采环节中常采用的封孔技术进行了 综合分析，选出了以下几款最具有代表性的技术进行探讨。 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 在该类型的封孔技术中，受到广泛接受的技术有两种，即螺旋 弹性胀圈式封孔器和弹性串球式封孔器，图 2 给出了前者者的结构 特征。由图可知，以上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。 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。 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 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。 2.4 水力膨胀式封孔器 水力膨胀式封孔器的原理是压力水进入封孔器后，通过在膨 胀器内部所形成的水压升高来促使封孔器胶管膨胀，封堵钻孔。这 种封孔器在煤层注水方面用的较多，但对于本煤层长效抽采来讲是 不可行，原因有二第一，成本较高；第二，封孔器的微泄漏不能 保证长效封孔的效果。 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，消除开孔时形成的漏气通 道（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漏气通道（裂隙） ， 即避免后期漏气通道的产生和发展。 图 3 加压注浆封孔法 1瓦斯抽采管 2钻孔 3树脂包 4PE 管 5单向阀 6水泥填充区 该方法最大的优势在于操作简单，适用范围广，几乎可以用在 所有地质条件下的钻孔封堵，尤其对于钻孔倾角大、封孔深度深的 上向或下向孔封孔更是效果突出，值得大力推广使用。 4 结论 目前在煤矿生产过程中，瓦斯能否及时抽排，关系到煤矿设备 和井下工作人员的生命安全，瓦斯抽放环节的技术更新也因此受到 了包括煤矿企业在内的社会各界的广泛重视。随着该领域技术的不 断发展，相信会出现更多优秀的新技术和新方法，进一步提高瓦斯 钻孔封孔质量，帮助煤矿企业实现可持续性发展。 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;2003 年 02 期 [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;2003 年 08 期