顺层钻孔胶囊封孔技术研究及应用.pdf

江西煤炭科技 J I ANGXI COAL S CI ENCE TECHNOLOGY 2 0 1 3年第 4期 NO．4 2 01 3 顺层钻孔胶 囊封孔技术研究及应 用 杨 启军 ， 薛阙章 ， 石 志亮。 1 ． 义煤 河南大有能源股份有限公 司 技 术中心瓦斯研究所 ， 河南 义马 4 7 2 3 0 0 ； 2 ． 义煤集 团新 义矿业公 司 ， 河南 新安 4 7 1 8 2 1 ； 3 ． 郑煤 集团国瑞煤业有限公 司 通风 防突处 ， 河南 新密 4 5 2 3 7 1 摘要 针对 目前低透气 、 难抽采特困煤层及 因瓦斯抽采 钻孔封孔不严造成抽采过程 中漏气 严重 、 抽采浓度较低 的状况 ， 提 出了胶囊封孔技术， 研制了胶囊封孔器用抽采管、 胶囊、 专用注浆封孔材料及专用注浆泵。胶囊封孔技术在义煤集团新义 矿 业公 司 1 2 0 4 1工作 面皮带顾槽进行 了应用 。应用结果 表明 ， 经过 9 1天的抽采 后 ， 采 用胶囊封孔技 术的钻 孔平 均瓦斯抽 采 浓度保持在 3 4 以上 ， 而经过相 同时间的抽采 ， 采用聚氨醑 一水泥砂浆封孔 的钻孔平均瓦斯抽采浓度 已不足 7 ％。 美量词 瓦斯抽采 ； 胶囊封孔技术 ； 带压封孔 中圈分类号 TD 7 1 2 ． 6 文献标 识码 B 文章编号 l o 0 6 2 5 7 2 2 0 1 3 0 4 --0 0 9 6 --0 3 Re s e a h a n d Ap p l i c a t i o n o f Ca p s u l e S e a l i n g Te c h n o l o g y Ya n g Qi j u n 1 ， Xu e Qu e z h a n g 。 ， S h i Z h i l i a n g s 1 ． Ga s Re s e a r c h i n s t i t u t e ， Yi ma Co a 1 I n d u s t r y Gr o u p Co ．， Lt d， Yi ma ， He n a n 4 7 2 3 O 0； 2 ． Xi n y i M i n g Co mp a ny， Yi ma Co a l I n d u s t r y Gr o u p Co ．， Lt d， Xi n a n， He n a n 4 7 1 8 2 1； 3 ． Ve n t i l a t i o n a n d Ou t b u r s t Pr e v e n t i o n Of f i c e o f Gu o r u i Co a l I n du s t r y Co．，Lt d ．， Zh e n g z h o u Co a 1 I n d u s t r y Gr o u p Co ．， Lt d， Xi n mi ， H e n a n 4 5 2 3 7 1 ． Ab s t r a c t Ai m i n g a t t he p r ob l e ms o f l O W e x t r a c t i o n c o n c e n t r a t i o n a n d s e r i o u s l e a k d u e t O p o or s e a l i n g b o r e h o l e i n t h e e xt r a c t i o n o f l o w p e r me a b i l i t y a n d d i f f i c u l t mi n i n g s e a m 。 t h e a u t h o r i n t r o d u c e t h e a p p l i c a t i o n of c a p s u l e s e a l i n g t e c h n o l o g y wi t h d r a i n a g e p i p e，p o u c h，s p e c i a l g r o u t i n g a nd s e a l i n g ma t e r i a l s a n d g r o u t i n g p u mp i n b e l t c r o s s h e a d i n g o f 1 2 0 4 1 wo r ki n g f a c e o f Xi ny i M i n i ng Co ． ． Th e a p p l i c a t i o n r e s u l t s s h o ws t h a t t h e a v e r a g e g a s d r a i n a g e c o n c e n t r a t i o n wi t h c a p s u l e -- s e a l i n g t e c hn o l o g y ma i n t a i ns i n 3 4 a b o v e a f t e r 9 1一 d a y d r a i n a g e ，c o rn p a r e d wi t h t h e a v e r a ge o f l e s s t h a n 7 wi t h p o l y u r e t h a n e -- c e me n t mo r t a r s e a l i n g me t h o d． Ke y wo r d g a s d r a i n a g e ； c a p s u l e -- s e a l i n g t e c hn ol o g y； p r e s s u r e s e a l i n g 瓦斯灾害严重威胁 矿井 安全 生产 。 目前 ， 防治煤 矿井 下瓦斯灾 害最有效 的措施 是瓦斯抽 采 ， 而我 国 9 5 以上高 瓦斯 和突出矿井属于低 透 气性煤 层。 ， 其透 气性 系数 只 有 1 0 _ ’ ～1 O mD ， 煤层透气性 差 ， 加 之 目前 瓦斯抽 采 钻孔封孔不严造成抽采过程 中漏气 严重 ， 钻孔 的瓦斯抽 采 浓度衰减较快 ， 瓦斯抽 采 困难 、 瓦斯抽 采效 率 低是 国 内突 出矿井普遍存在 的技术难题 。为实现 高负压 、 高浓度连 续 瓦斯抽采 ， 着手开展 了胶囊封 孔技术研 究 。该 技术 已在义 煤集 团新义 矿业 公 司 1 2 0 4 1工作 面皮 带顺 槽 本煤 层钻 孔 进行 了封 孔应用 ， 效果 显著 。 1 胶 囊封孔技术封孔机理及 配套设备研 究 1 ． 1 胶 囊封孔技术封孔机理研究 胶囊 封孔技术 ， 是基于采煤工 作面煤 壁 内存 在应力 扰 9 6 动沟通 的裂 隙 ， 利用带 压注浆方式来 达到改 变瓦斯抽 采钻 孔周 围煤体特 性 和密封 微 孔裂 隙 的 目的。该胶 囊封 孔技 术 的具 体施工工艺 为 封孔前 利 用压 风吹 净孔 内钻 屑 ， 然 后将胶囊封孔器和抽采花管置入 钻孔预 定位 置 ， 利用 专用 风动双液注浆泵将 A、 B两 种封孔材 料经 注浆泵 混合枪 头 注入胶囊 ； 在注浆泵 的压力下 ， 封孔材 料充满 整个胶囊 ， 胶 囊与钻孔 内壁 紧密接触 ， 初 步实现 了封孔 效果 。由于胶囊 两端采用 的是 防渗透 材料 而胶 囊 中部采 用 的是 可渗 透材 料 ， 随着 注浆泵继续泵 入封孔材料 ， 在 强大 的注浆 压力 下 ， 封孔材 料从胶 囊中部透过到达胶囊 和钻孔 之间 的空隙 ， 充 满整个 空间并向煤体裂隙 内部运 移 ， 从而 实现密 闭瓦斯 泄 漏通道的 目的 见图 1 。 0 联 悻 * 抖 H f1 0∞∞ 峨髓 卜0∞ 吣∞,-2-甘卜0 “‘幻∞一 拣抟拣暴霖暴蚕器 蒜亲暴番蒜藻蒜撩丞暴操集攥垂采暴纛藻燕暴暴 抽采 时 间 灭 a 一 折 线 为 采 用 聚 氨 酯 一水 泥砂 浆封 孔钻 孔 平 均 抽 采 浓 度 随抽 采 时 间 变化 折 线 ； b 一折 线为采用胶囊封孔技术所封钻孔 平均抽 采浓度随抽采 时间变化折 线 图 3 两种封 孔方 法下钻孔平均瓦斯抽采浓度 随抽 采时间变化折线 通过 图 2、 图 3可 以得 出以下结 论 能 ， 且在较高 的压 力下 具有 较强 的渗 透性 ， 能 透过 封孔 材 1 采用聚氨酯一水泥砂浆封孔 法对 抽采钻 孔进行 封 料 ， 可实现对封孔器和钻孔 内壁 之间 的间隙及钻 孔 内壁 发 孔后 ， 钻孔最大抽采浓度可达 7 5 ． 1 ， 但 持续 时 间较短 ； 采 育裂隙 的有效封堵 ， 有效提 高钻孔 的瓦斯 抽采浓 度 。 用胶囊封孔技术后 ， 钻孔 最大抽 采浓 度可 达 8 9 ％ ， 表 明采 2 研制 了具 有微 膨胀 性 、 速凝 、 可注 性 的注浆 封孔 材 用该技术后 ， 钻 孔 的密封 效果更 好 ， 正是 由于新 型瓦斯 抽 料 ， 并研制 了配套 的双液 封孔 泵 和免清 洗 混合枪 头 ， 消除 采钻孔封孔法不仅密 封了钻 孔 ， 还封堵 了钻孔 内壁 与煤层 了残余在 注浆 泵混合 枪头 中的余料 固结 造 成枪 头堵 塞 的 沟通 的发育裂 隙 ， 才实 现了钻 孔瓦斯 较高浓度的抽采 。 弊病 。 2 由图 2可知 ， 采 用聚氨 酯 一水 泥砂 浆封 孔 的大部 3 在 对胶囊封孔 技术进行深 入研究 的基础 上 ， 进行 了 分抽 采钻孔 ， 在 抽采 7天后就发生抽 采浓 度急剧 衰减的 现 工业试 验 。试 验结果表明 ， 经过 9 1天 的抽 采后 ， 采用胶 囊 象 ， 这是 由于膨胀 后 的聚氨 酯几 乎没 有抗 压强 度 ， 不足 以 封孔技术的钻孔平均瓦斯抽采浓度仍保持 在 3 4 ％以上 ， 而 抵抗 在地应力的作用下钻孔周 围煤 体 的变形 ， 而由于煤 层 经过相 同时间 的抽采 ， 采用聚氨酯 一水 泥砂浆 封孔法 的钻 倾角较小 ， 水泥砂 浆不 能 充满 整个钻 孔 封孔 段空 间 ， 在 高 孔平均瓦斯抽采浓度 已不 足 7 。 地应力作用下 ， 固化 的聚 氨酯 材料 被压 缩 ， 造 成 固化 的聚 氨酯 与钻孔 内壁 出现裂 隙而漏 气 ； 而胶 囊封孔 材料在封 孔 参考文献 初期就对 钻孔 施加 支护 力 ， 限制钻 孔 变形 ， 保 持 钻孔 的稳 C 1 ]汪有刚， 李宏艳， 齐庆新， 等． 采动煤层渗透率演化与卸压瓦 定 ， 避免 了上述漏气 现象 ， 因此能保 持 在相 对较 长时 间 内 斯抽放技术[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 1 0 ， 3 5 3 4 0 6 ～4 1 0 ． 实现较 高浓度的稳定抽 采 。 [ 2 ]李运宏 松软煤层瓦斯抽采钻进关键技术研究 J ] 煤， 2 0 1 0 ， 3 由图 3可 知 ， 经 过 9 1天 的抽采 ， 采用 胶 囊封 孔 技 L J 一 ’ 伯。 术后 ， 钻孔平均最大 抽采 浓度达 6 4 ． 7 ％ ， 最 小平 均抽采 浓 C 3 ]秦跃平， 姚有利， 刘长久 铁法矿区地面钻孔抽放采空区瓦斯 度为 3 4 ． 3 ； 而采用 聚氨酯 一水 泥砂 浆封 孔后 ， 钻孔平 均 技术及应用 [ J ] 辽宁工程技 术大学学报 自然科学版 ， 最大抽采浓度为 4 3 ． 8 ， 最小 平均抽 采浓度 为 6 8 。采 [ 4 ]周连 清． 兴 k x 安 ／l 煤 O 矿 u． 开采保 护层 的应 用及效果分析 [ J ] ， 江西煤 用胶囊封孔技术后 ， 钻孔 平均抽采浓度 较 聚氨酯封孔 方法 炭科技 ，2o 12， 0 2 5～ 7 ． 提 升 9 5 ％以上 ， 且在 9 1天 的抽采过 程 中一直保 持较 高 的 C 5 ]谢生荣 ，武华太 ， 赵 耀江 ， 等． 高 瓦斯 煤层 群 “ 煤 与 瓦斯 共 采” 抽 采浓度 3 4 以上 ， 而聚氨酯 一水 泥砂 浆封孔 钻孔经过 技术研究 [ J ] ，采 矿 与安 全工 程 学 报 ， 2 0 0 9 ， 2 6 o 2 1 7 3 3 5天 的抽采后平均抽采浓度 已不足 2 O 。 1 7 q 综上所述 ， 采用胶囊封孔技术 的抽采 钻孔有 效地抵 抗 了地应力作用下钻孔周 围煤体 的变形 ， 钻 孔 的密封效果 得 作者简介 杨启军 1 9 8 4 -- ， 男， 2 0 1 1 年毕业于中国矿业大学安 到 了提升 ， 钻孔 的平均 瓦斯抽采 浓度较 聚氨酯 一水 泥砂 浆 全技术及工程专业， 硕士， 副主任科员， 现在河南大有能源股份有 封孔法有较 大程度 的提 高 ， 具有较 大的优 越性 。 目前 该技 限公司技术中心瓦斯研究所从事煤矿“ 一通三防” 的技术及管理 术 已在义煤 集团千秋煤矿 、 盂津煤 矿 、 义安 矿业公 司 、 新安 工作。 煤矿 、 新 义矿业公 司等推广应用 ， 具有广 阔的应用前景 。 4 结 语 收稿日期 。 1 3 一。 。 一。 。 1 研制 了顺 层 钻孔 胶 囊 封孔 器 ， 该 胶 囊具 有 膨 胀 性 98 编辑 郭正义 ％ v 避 露