瓦斯抽采钻孔封孔成套技术及应用分析.pdf

2019 年 7 月 瓦斯抽采钻孔封孔成套技术及应用分析 杜应鹤 （贵州省盘州市能源局贵州 六盘水553537） 摘要 为了适应现阶段瓦斯抽采钻孔工作的要求袁必须完善封孔成套技术体系袁展开煤矿安全性战略工作方案袁提高煤矿通防工作 效益袁实现钻孔封孔技术的不断创新袁本文探究了集中瓦斯抽放钻孔封孔技术袁就各种技术的应用状况展开分析遥 关键词 瓦斯抽采曰钻孔封孔曰煤矿安全曰工作效益 中图分类号 TD712文献标识码 A 文章编号 1673-0038 （2019） 19-0223-02 1 瓦斯抽放的发展趋势 在煤矿企业工作过程中， 瓦斯抽采扮演着重要的地位， 通过对相应 抽采钻孔技术的应用， 可以提高瓦斯防治的安全性及利用率。瓦斯抽放 即通过打孔、 钻孔、 抽放设备等方式， 进行煤层内瓦斯的抽取， 将其抽至 地面， 实现井下瓦斯浓度的降低。随着煤矿开采技术的不断发展， 一系列 综采设备的应用， 煤矿的开采强度不断提高， 这有效提高了瓦斯的生产 效率， 实现了煤矿生产量的提高。在这个过程中， 矿井瓦斯涌出量不断增 加。为了适应煤矿工作安全性的要求， 必须提高瓦斯工作的整体效益。 2 常见带压注浆封孔技术 在工作实践中， 两堵一注的带压注浆封孔技术比较常见。其是现阶 段煤层开采工作的关键。受到地应力作用状况等的影响， 在巷道的掘进 过程中， 其会对周边煤岩体产生一系列的变形作用， 会导致工作范围内 裂隙的发育。为了减少抽采钻孔的施工扰动影响， 必须完善带压注浆封 孔技术方案。避免地面应力平衡的破坏， 避免钻孔周围形成一系列的裂 缝， 避免这些裂缝的继续恶化， 减少相关的漏气通道。受到实际采掘状况 的影响， 在钻孔过程中， 地面也容易出现蠕变变形问题， 必须实现抽采钻 孔施工过程中的应力平衡。 在两堵一注封孔工艺操作中， 必须就珠江段两侧封堵状况及封孔材 料应用状况展开分析， 分析其对封堵钻孔裂缝的支撑作用。这种应用技 术避免了传统机械式封孔的问题，进行了钻孔周边裂缝的有效性封孔， 通过对抽采源头的控制， 控制好抽采瓦斯的衰减速率， 进行瓦斯浓度的 控制， 实现抽采工作策略的优化， 增强瓦斯抽采效益。 在该技术的操作过程中，需要进行相应封孔材料及设备的应用， 进 行无机封孔材料的选择， 封孔材料是提高带压注浆封孔技术效益的重要 因素，针对水泥砂浆凝固过程中的易收缩性问题及流动性问题展开分 析， 就无机封孔材料的质量状况展开标准化、 规范化的检验。实践证明， 无机封孔材料具备良好的阻燃性、 膨胀性及流动性， 能够满足瓦斯抽采 工作的实践要求。这需要就抽采钻孔封孔材料的强度状况、 密实性状况 等展开分析。无机封孔材料的流动性比较强， 能够实现钻孔媒体裂隙的 有效性控制， 通过对这类封孔材料的应用， 实现封孔材料与煤岩体的有 效性结合， 实现钻孔微小裂隙的有效性封堵， 达到理想化的密封工作要 求， 表 1 为无机封孔材料物性参数表。 在两堵一注封孔技术的应用过程中， 比较常见的应用材料包括高分 子聚合物， 其作为封孔段的两段挡板。聚氨酯具备良好的渗透性及膨胀 性。 在煤矿工作实践中， 其进行了专业性矿用注浆封孔器的应用， 在煤矿 实践工作中， 两堵一注封孔技术实现了各类高分子聚合物的应用， 也即 是聚氨酯材料。这种材料具备良好的膨胀性及渗透性， 但是缺乏必要的 抗压能力， 缺乏明确性的膨胀方向， 成功率比较低。为了解决实际问题， 必须应用新型矿用注浆封孔器的应用，通过对注浆泵等设备的应用， 向 注浆管内注入相应的封孔材料。当注浆压力达到一定标准时， 开关打开， 浆体实现了向封孔器囊带的注入、 随着囊袋内浆体压力不断提高， 囊壁 与孔隙间相互 3 其他煤矿封孔技术 为了适应当下瓦斯抽采工作的要求， 必须实现多种煤矿封孔技术的 结合。在这过程中， 一体式胶囊封孔技术不断达到应用， 在该封孔工作实 践中， 需要走好地面的相应保护工作， 提高井下封孔操作效益， 实现整个 流程的简单化发展。这需要简化封空流程， 做好封孔所需设备及材料的 应用过程中， 比如爆破阀门、 单向阀等， 做好注浆管及瓦斯抽采的相关 工作， 实现各类封孔设备的优化应用， 特别是注浆泵设备， 其发挥着关键 性的工作作用。 为了适应当下煤层钻孔工作的要求，必须进行新型化学材料的使 用， 目前主流的钻孔应用材料为高分子发泡材料， 在封孔过程中， 通过对 高分子发泡材料的充分性搅拌， 将毛巾、 棉布、 棉纱等缠绕在封孔管上， 插入一定深度的钻孔， 等到高分子发泡材料充分发泡膨胀， 再封堵钻孔。 在高分子发泡材料的应用过程中，需要保障其具备较高的发泡倍 数， 实现钻孔的封闭性。但这类材料发泡后， 存在两个致命缺陷， 首先是 其抗压强度较低， 第二是其可压缩量比较大。在高瓦斯矿井工作中， 其采 深一般比较大， 地应力也比较大， 受到煤层强度的影响， 井下煤层钻孔在 这一作用下会逐渐产生蠕变问题， 在蠕变过程中， 钻孔周边的煤体会产 生一系列的松动裂缝， 需要采取相关技术， 解决漏气通道问题。 这需要进行机械弹性封孔技术的应用， 做好弹性串球式封孔器及弹 性胀圈式封孔器的应用， 在受到外加力的作用下， 弹性胶桶会出现膨胀 性问题， 从而达到封孔的墓壁。当外加力消失后， 胶桶在弹性力作用下恢 复原状。通过对上述封孔器的应用， 可以提高采煤工作面的临时性封孔 水平。因此这种封孔技术的漏气问题比较严重， 密封性比较差， 不能适应 煤层长效性钻孔、 封孔工作的要求。 这也需要进行充气式封孔器的有效性应用， 这类封孔器涉及到两种 模式， 分别是免充气气囊式及充气气囊式， 前者需要将气体封闭在一个 橡胶囊内， 气囊内有一根抽采管， 通过对气体可压缩性特性的利用， 将气 囊塞入进钻孔内， 提高封孔水平。在充气气囊工作中， 气囊内并不存在封 闭空气， 气囊内有一根抽采管， 囊带塞入进钻孔后， 再向囊带充气， 这种 模式一般应用于临时性封孔。 4 封孔技术的发展新趋势 随着瓦斯抽采方案的不断优化， 加压注浆封孔法不断完善， 其实现 了树脂膨胀性质的有效性利用， 树脂的材质比较硬， 通过对树脂包膨胀 封堵性的利用， 向中间孔隙内注入水泥， 在树脂包封堵过程中， 其可以承 受相应的水泥压力， 随着这种方法的不断更新， 能够有效实现钻孔周围 裂缝的及时性填充， 避免开孔过程中的漏气通道裂缝问题， 能够进行初 级漏气通道的消除， 能够提高钻孔的应用水平， 保障钻孔实践过程中的 稳定性， 避免钻孔周边产生新的漏气通道， 也避免了后期漏气通道的发 展。这种操作方法比较简单， 适合不同地质情况的钻孔工作， 特别适合钻 物性参数参数值物性参数参数值 初凝时间5-8h膨胀率逸15 终凝时间14-20h抗压强度620MPa 稠度12.4mm水灰比1.2 2 表 1 无机封孔材料物性参数表 地质 勘察 测绘 223 2019 年 7 月 孔倾角较大的情况， 在工作实践中， 为了提高瓦斯抽采钻孔水平， 必须做 好抽采管的孔内插入工作， 做好抽采管的固定工作， 避免漏浆问题的出 现。在砂浆内倒入抽采管， 即可在一定环形空间内形成封孔， 等到砂浆凝 固后， 再进行抽采， 加入少量速凝剂， 可以加快砂浆的凝固过程。 5 结 语 随着社会经济的不断发展， 煤矿企业更加注重煤矿瓦斯的治理及利 用过程， 瓦斯抽放技术是处理瓦斯问题的重要技术， 通过对新型技术的 应用， 可以提高瓦斯抽放的准确性， 提高其工作效率， 大大增强煤矿企业 安全生产效益。 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 （02） . [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 （08） . 收稿日期 2019-5-15 作者简介 杜应鹤 （1978-） ， 男， 汉族， 贵州盘县人， 工程师， 大专， 主要从 事煤矿安全管理工作。 煤矿瓦斯治理 “先抽后采” 的运用 庄万军 （贵州大方煤业有限公司综合办公室贵州 大方551600） 摘要 煤矿瓦斯是十分重要的能源袁在煤矿开采中袁应加强煤矿瓦斯治理袁保证矿产生产的安全性袁而野先抽后采冶是一种先进的瓦 斯治理理念袁对此袁本文首先对煤矿瓦斯治理野先抽后采冶概念进行介绍袁然后对煤矿瓦斯野先抽后采冶的作用进行分析袁并对煤矿瓦斯治理 野先抽后采冶现状以及煤矿瓦斯治理中野先抽后采冶的实践策略进行详细探究遥 关键词 煤矿瓦斯曰野先抽后采冶曰作用曰现状曰实践 中图分类号 TD712.6文献标识码 A 文章编号 1673-0038 （2019） 19-0224-02 1 引 言 在煤矿开采中， 煤矿瓦斯事故会对生产作业人员的生命安全构成威 胁， 影响煤矿生产的规模以及生产效益。对此， 必须采取有效的煤矿瓦斯 事故预防以及治理策略， 坚持安全生产技术准则， 充分应用 “先抽后采” 理念， 对瓦斯进行合理的抽采以及利用， 促进煤矿行业的可持续发展。因 此， 对 “先抽后采” 在煤矿瓦斯治理中的实践应用策略进行深入研究迫在 眉睫。 2 煤矿瓦斯治理 “先抽后采” 概念 在煤矿生产中， 为了保证煤矿安全生产有序的进行， 国家安全监督 管理部门以及其他部门对煤矿瓦斯产业现状进行分析， 进而提出 “先抽 后采” 理念。 在煤矿瓦斯开采前， 首先在煤层区域以及瓦斯聚集区域进行 钻孔， 然后将钻孔与专用管路进行连接， 采用抽采设备对瓦斯进行收集， 然后将其输送至地面， 对其进行利用。 3 煤矿瓦斯 “先抽后采” 的作用 瓦斯是一种有害气体， 其主要成分为甲烷， 另外， 瓦斯也是一种清洁 能源。 在煤矿中， 在高温和高压的影响下， 煤炭发生变质， 即可产生瓦斯， 瓦斯吸附在煤炭周边， 或者处于游离状态， 如果瓦斯浓度达到一定范围， 则会造成瓦斯爆炸。对此， 在煤矿开采过程中， 必须采取有效措施， 避免 瓦斯爆炸事故， 其中， 瓦斯抽采是一种比较常见的治理方式。通过煤矿瓦 斯抽采， 能够在最大程度上降低瓦斯所造成的威胁， 提升煤矿生产安全 性。在瓦斯抽采过程中， 需要选择专门的机械设备以及专用管路进行瓦 斯抽离、 保存和利用。 通过应用瓦斯抽采技术， 不仅能够对矿井起到安全 防护作用， 同时还可对抽离出的瓦斯进行二次利用， 为人们的日常生产 和生活提供更好的服务。 4 煤矿瓦斯治理先抽后采现状 我国含煤矿地层主要为石炭二叠纪， 在经过多次地壳运动后， 有些 矿区隆起， 或者产生这周以及其他地壳运动， 这样就会造成煤层结构被 破坏， 煤质比较松软， 煤层的渗透性比较差。在煤矿瓦斯的开采过程中， 渗透性是十分重要的指标， 但是确定难度较大， 因此， 煤矿瓦斯抽采难度 比较大。 通过对常见的煤矿瓦斯事故进行分析可见， 瓦斯事故的形式主要有 瓦斯爆炸、 燃烧、 中毒等等。如果煤矿矿井中的瓦斯不断聚集， 并且达到 一定的积聚量和浓度， 则会发生瓦斯爆炸或者燃烧， 如果煤矿中瓦斯体 积容量达到 5耀16之间， 则容易发生瓦斯爆炸事故， 如果煤矿中瓦斯 体积容量达到 20以上， 则容易发生瓦斯燃烧事故。在煤矿瓦斯能量的 释放过程中， 会对周边生态环境造成不良影响， 同时还会造成瓦斯资源 浪费的问题。对此， 在煤矿瓦斯治理过程中， 必须坚持先抽后放的原则， 采取有效措施对煤矿瓦斯进行抽采， 尽量减小瓦斯排放量， 减少矿井中 瓦斯的涌出量， 尽量减小对于生态环境的破坏。 5“先抽后采” 在煤矿瓦斯治理中的实践策略 5.1 地面钻井抽采煤层瓦斯 在煤矿地面钻井前进行 “先抽后采” ， 是 20 世纪美国所提出的煤矿 瓦斯抽采技术， 主要被应用于我国山西沁水盆地煤矿开采中。我国高瓦 斯煤矿区域的地质结构比较复杂， 并且渗透率比较低， 因此， 在地面钻井 前实施 “先抽后采” 的难度比较大。对于地面钻井 “先抽后采” ， 可分为三 个阶段， 具体包括完井阶段、 煤层透气性改造阶段以及排水采气阶段。其 中， 完井阶段主要包括基岩段钻井、 基岩段套管安装、 固井质量检测； 煤 层透气性改造阶段包括射孔和压裂阶段； 而排气采气阶段排水降低液面 高度、 更换井口设备。 5.2 抽采被保护层煤矿瓦斯 被保护层 “先抽后采” 煤矿瓦斯治理技术的应用范围比较广泛， 并且 能够达到比较好的瓦斯治理效果。在具体的应用中， 在完成保护层开采 后， 上层覆盖的煤岩体会形成垮落带、 弯曲带或者断裂带， 同时， 下表面 的煤岩体也会产生裂缝或者变形。在煤矿保护层开采中， 会破坏被保护 层， 被保护层处于弯曲带或者断裂带中， 在被保护层断裂带上， 煤岩会产 生平行层理裂缝， 同时还会产生斜交层理裂缝， 在瓦斯抽采中， 需要将瓦 斯引入至平行层理方向或者斜交层理方向。在煤层在断裂带瓦斯抽采 中， 常用方法有倾向高位抽巷法、 走向高位钻孔法、 倾向高位钻孔法、 走 向高抽巷法、 底板穿层钻孔法以及地面钻井法等等。在被保护层弯曲带， 煤层会发生下沉， 这样就会造成平行层理产生裂缝， 因此， 对于弯曲带的 瓦斯抽采方式比较简单， 常用方法有顶板穿层钻孔法、 地面钻井法以及 底板穿层钻孔法。在进行上保护层开采时， 首先需要保证保护层处于底 鼓变形带或者是底鼓裂缝带中， 此时煤岩裂缝的差异比较大。 5.3 井下本煤层煤矿瓦斯的抽采 地质 勘察 测绘 224