煤矿采煤工作面瓦斯抽放封孔技术分析.pdf

Mineral Technology 406 20206 华东科技 煤矿采煤工作面瓦斯抽放封孔技术分析煤矿采煤工作面瓦斯抽放封孔技术分析 关瑞斌 （中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037） 摘要本文对煤矿采煤工作面影响瓦斯抽放封孔质量的因素进行分析，以某煤矿作为研究对象，阐述了该煤矿瓦斯抽放钻孔与封孔工 艺存在的问题，在此基础上，提出瓦斯抽放封孔技术优化改进的思路与方法，并对封孔优化前后的瓦斯抽采效果进行对比。结果表明，本 次提出的优化方法合理可行，能够使瓦斯抽采效果得到进一步提升，具有良好的推广应用价值。 关键词煤矿；采煤工作面；瓦斯抽放；封孔技术 煤矿的主要任务是对井下的煤炭资源进行开采，由于瓦斯与煤 层相伴生，从而对煤层的开采安全性造成影响。一旦发生瓦斯突出 事故，将会威胁到井下矿工的生命安全。因此，在对井下作业面进 行正式开采前，必须做好瓦斯抽放，以此来为安全生产提供保障。 然而，由于受到一些因素的影响，导致瓦斯抽放封孔的质量差强人 意，致使瓦斯抽采未能达到预期中的效果。为解决这一问题，应当 对现有的封孔技术工艺进行优化。 1 采煤工作面瓦斯抽放封孔质量的影响因素 煤矿产能的持续提升，使得采煤工作面逐步向纵深方向发展， 瓦斯抽放的重要性随之突显。在瓦斯抽放过程中，封孔是影响抽放 效果的主要因素之一，这里的封孔具体是指对煤层岩壁上形成的裂 隙进行封堵。以综采机械设备对煤矿井下巷道进行掘进时，会产生 松动圈裂隙，钻孔施工中也会产生裂隙。当井下巷道正式成型之后， 周边的煤体会形成原始压力带（位于最内侧） 、应力集中带以及卸压 带（位于最外侧） [1]。裂隙在卸压带内的发育情况较为显著，当发 育到一定程度后，可能会与外界形成导通，由此便会对瓦斯抽放的 封孔质量造成影响。出现在应力集中带上的裂隙，在受到高应力的 作用下，孔隙的致密性会随之增大，气密性则会降低。故此，当瓦 斯抽放的封孔深度达到应力集中带时，封孔质量会获得显著提升。 井下瓦斯抽放钻孔施工时，钻头和钻杆需要通过高速旋转才能 钻入到煤岩层当中，在高速旋转时，不可避免地会产生振动效应， 由此会使煤岩体当中存在的原始裂隙得到发育。同时，钻孔周围的 煤岩体卸压，加剧了裂隙发育，大量的裂隙带随之在孔边出现，给 封孔增添了难度。此外，在封孔的过程中，以水泥浆液作为主要材 料时，因水泥干硬之后会明显缩水，这样容易形成水平的孔隙通道， 该通道发展至一定程度时，会与外界连通，进而对封孔质量造成严 重影响。鉴于此，为确保煤矿采煤工作面瓦斯抽放的封孔质量，必 须选择合理可行的封孔技术，并对现有封孔工艺中存在不足进行优 化改进。 2 煤矿采煤工作面瓦斯抽放封孔技术优化 某煤矿目前主要开采的煤层有一采区 7煤层和二采区 1煤层 （以下分别简称 7和 1） ，两个煤层的自燃倾向性基本相同，均为 Ⅲ类，煤层本身归属于非易燃性的范畴，但煤尘却具有易爆炸的特 性。其中 1煤层的倾角为 28-30，开采深度为 350-500m，瓦斯的 相对与绝对涌出量分别为 17.72 m/t 和 17.55m/min，该矿井属于 典型的煤与瓦斯突出的矿井。因 1煤层中的瓦斯含量相对较高，加 之该煤层过于松软，且透气性不佳，在综合多种因素的前提下，并 结合煤层与瓦斯的赋存条件，采用卸压瓦斯抽采与开采保护层联合 的防瓦斯突出措施 [2]。 2.1 瓦斯抽放封孔问题 在煤矿采煤工作面上，对瓦斯抽放效果影响较大的主要因素为 钻孔和封孔质量。 该矿井原本采用的瓦斯抽放工艺是以直径 50mm 的 塑料管作为封孔管， 设计的封孔深度为 8.0m。 具体的施工工艺如下 在预先确定好的位置处进行钻孔，当达到成孔要求之后，向孔内下 入直径为 50mm、长度为 8.5m 的塑料管，以此来对瓦斯进行引流； 注浆管选用的是直径为 25mm 的塑料管，外部露出的长度为 50cm， 在孔口段，用长度为 1.0m 的聚氨酯材料进行封孔，并对引流管进行 牢靠固定；当用于封孔的聚氨酯达到一定强度后，利用注浆泵完成 浆液灌注， 其中注浆段的实际长度为 7.0m， 而总的封孔长度为 8.0m。 该矿井采用的瓦斯抽放钻孔与封孔工艺，具有操作简单、封孔效率 高等特点 [3]。但是，在对保护层开采后，由于卸压使得抽采巷道内 的个别钻孔出现漏气的情况， 在软岩层与破碎带中的情况较为严重， 未能达到预期中的抽放效果，对煤矿采煤工作面的安全生产造成不 利影响。 2.2 瓦斯抽放封孔技术优化 为解决现有封孔工艺存在的问题，决定对该封孔技术进行优化 改进，具体思路如下将原本用于瓦斯引流的塑料管，改为直径相 同、聚乙烯材质的高强管和铁管；用于瓦斯抽放的管分为两种，一 种是管壁上带有筛孔的瓦斯引流管， 另一种是管壁无筛孔的封孔管。 在进行封孔的过程中，可以先将带有筛孔的引流管下入到孔内，以 此来对该段钻孔进行有效地保护，避免钻孔时引起煤岩层塌孔，或 是煤块堵塞钻孔的情况发生。同时，引流管还能对瓦斯起到良好的 引流效果；将不带筛孔的封孔管下入到钻孔的外段内，并在孔口位 置处使用长度为 2.0m 的铁管， 该段能够起到注浆封孔和瓦斯引流通 道的作用；在进行封孔的过程中，如果钻孔的实际深度在 30m 以内， 应当将瓦斯抽放管下入到煤层顶板内，对煤层全段进行护孔；对于 长钻孔，则应当确保抽放管下入钻孔的深度在 30m 以上，以此来增 加保护孔的长度 [4]。 2.3 封孔工艺优化前后的瓦斯抽采效果 由该煤矿的相关调查统计资料可知，采用原封孔方法时，抽采 钻场的平均有效瓦斯抽采时间为 93.6d，总漏气钻孔数量为 6 个， 无效钻孔数为 5 个。对瓦斯抽放钻孔封孔技术工艺进行优化改进之 后，抽采钻场的平均有效瓦斯抽采时间增加为 210.5d，总漏气钻孔 数量减少为 2 个，无效钻孔数下降为 1 个。随着封孔工艺的优化， 提高深度后的钻孔瓦斯浓度随之大幅度提升，部分钻孔的浓度甚至 达到 100， 由此使得瓦斯抽采率进一步增加， 残余瓦斯量显著减少， 瓦斯的突出危险也得到消除，为煤矿开采的安全进行提供了保障。 不仅如此，封孔工艺改进之后，瓦斯的抽采率提高 8，按照年均抽 采 300 万 m进行计算，每年能够多抽采瓦斯 24 万 m [5]。由此可见， 该优化方法能够产生良好的效益。 3 结语 综上所述，煤矿生产安全第一，为实现这一目标，必须保证采 煤工作面瓦斯抽放的封孔质量。鉴于此，煤矿应当了解影响封孔质 量的关键因素，并针对现有封孔工艺中存在的缺陷和不足，加以优 化改进，从而进一步提高封孔质量，保证瓦斯的抽采效果，避免瓦 斯突出引起安全事故，从而为煤矿的安全生产提供保障。 参考文献 [1]温勇锋.10211 工作面上隅角瓦斯抽采瓦斯治理技术研究[J].江西化 工,2020454-56. [2]黄学满.高瓦斯孤岛工作面预抽钻孔封孔工艺优化研究[J].工业安 全与环保,2020343-45. [3]程健维,赵刚,刘雨涛,汤红枪.瓦斯抽采钻孔非凝固材料性能与智能 封孔装置研究[J].煤炭科学技术,2020231-33. [4]石文亮.小回沟矿本煤层瓦斯抽采钻孔封孔工艺优化研究[J].内蒙 古煤炭经济,201910109-111. [5]王小朋,林桂玲.瓦斯抽采钻孔封孔用新型胶体材料性能及其封堵 效果[J].矿业安全与环保,201910121-123. 作者简介 关瑞斌（1983-） ，男，山西河曲人，硕士，工程师，现主要从 事矿井瓦斯灾害防治成套技术及装备研发工作。