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钻孔掏穴和带压封孔联合技术在煤矿揭煤封孔预抽中的应用 钻孔掏穴和带压封孔联合技术 在煤矿揭煤封孔预抽中的应用 杨卫林 华能云南滇东能源矿建公司 云南 曲靖6 5 5 5 0 7 【 摘要】 针对煤矿揭煤时瓦斯抽采钻孔封孔 普遍存 在的问题 ，对煤矿钻孔传统封孔 工艺分 析 ，提出了掏穴钻孔和带压注浆封孔联合技术 ， 有效封堵 钻孔周 围裂隙 、 保证 封孔质量 、 提高揭 煤的安全性 ， 并在华能云南滇东能源矿业分公司 白龙 山煤矿一井 C 2煤顶板辅运巷工作面进行 了 比对试验 。 结果表明 ， 采用掏穴冲孔和带压封孔 联合技 术后 ，钻 场瓦斯 抽采浓 度提高 了 2 0 ％一 3 5 ％， 揭煤安全达标时间缩短了 3 个月 ， 揭煤安全 效果显著提高。 【 关键字】 掏穴钻孑 L 带压封孔效果 白龙山煤矿设计生产能力 3 0 0 万 t ／ a ， 瓦斯等 级鉴定为煤与瓦斯突出矿井 。 工程应用地点为 c 2煤顶板岩石辅运巷工作 面， 巷道净宽 6 0 0 0 m m， 净高 4 4 5 0 m m， 采用锚网喷 支护 。揭穿 煤层 为 C 7 8煤层 ，透气 性系数 为 0 ． 0 0 7 1 1 l m MP a ，钻 孔 瓦 斯 流 量 衰 减 系 数 为 0 ． 1 2 3 2 d 一 ， 根据煤层 的不 同抽采类 型划分 ， 属“ 较 难抽采 ” 煤层。 1 ． 工程实验背景 工程实验地点 为滇 东矿业分公 司 白龙 山煤 矿 c 2 煤顶板辅运巷，工程实验应用时该工作面 正在揭 C 7 8煤层过程 ，由于揭穿煤层的低透气 性 ， 采用传统工艺在对未卸压煤层进行封孔预抽 时 ， 预抽效果不理想 ， 因此必须采取卸压增 透措 施来提高抽采效果 。目前该矿井采用传统工艺施 74 工措施钻孔 ， 封孔采用马丽散封堵后加注普通水 泥和膨胀剂 ， 抽放浓度 和时间衰减快 ， 抽放效 果 一 般 。在瓦斯抽放中 ， 影 响揭煤效果 的因素主要 包 括钻孔施 工工艺和质量 、抽放封孔技术 和质 量 、 煤层瓦斯赋存规律、 煤体的透气性能等， 在实 际际抽放中 ， 钻孔封孔技术 以及煤层 的透气性能 严重影响着瓦斯抽放效果。如何提高封孔技术 以 及煤层增 透技术 是提高 瓦斯抽 放率 的关键 ， 因 此 ， 引进具有普遍性的卸压增透强化抽采瓦斯技 术具有重要意义。 本文 以滇东 矿业 分公司 白龙 山煤矿某 揭煤 工作面为实验工程 ， 引进 掏穴增透强化抽采瓦斯 技术和带压封孔技术工艺， 该联合技术工艺大大 提高 了瓦斯抽采量 ， 缩短了区域防突预抽瓦斯时 间， 取得了较好 的消突效果。 2 ． 钻孔掏穴 2 ． 1 钻孑 L 掏穴机理 掏穴机理是成孔 冲洗液通过钻具 内管 推动 钻头 内的阀杆 ， 阀杆 向下运动时带动齿条一起向 下 运动 ， 齿条带动端部有齿轮 的掏穴翼 ， 掏 穴翼 绕旋转轴进行旋转 ， 进行扩孔作业。钻头靠钻具 的动力头施加压力进行 回转扩孔 ， 与此 同时钻孔 冲洗液起冷却钻头和携带破碎岩屑排渣的作用。 扩孔 至设计要求 后 ， 提 出钻杆 ， 掏穴翼在 回位 弹 簧 的作用下 回缩 ， 钻头主体尺寸小于上部未掏穴 部分的钻孔尺寸 ， 逐渐将钻头提升至孑 L 口。 掏穴增透强 化抽采技术是对 已施 工的钻孔 云南煤炭} 2 0 1 5年第 3期 煤层段实施二次扩孔， 使钻孔煤层段孔径由原来 的 I 1 0 8 mm扩大为 2 6 0 mm， 从而增大钻孔煤层暴 露面和钻孔卸压范围 ， 扩大单孔影响半径 。 2 ． 2理论分析 二次掏穴 ，扩大了压力 的重新分布范围 ， 形 成煤体压力向钻孔释放产生物理移动 ， 造成 了煤 体膨胀相间位移 ，周围煤层卸压后增加裂 隙， 使 煤层透气性大幅度增高 ， 促进瓦斯解 吸 ， 煤层 和 围岩 中的弹性潜能得到释放 ，提高 了防突 的效 果 。 3 ． 带压封孔 3 ． 1 带压封孔机理 ． 钻孔施工 过程 ，在钻孔 的巷道产生 了松 动 圈 ， 松动圈的宽度为钻孔半径 的 3 5倍 。松动圈 内裂隙增多 ， 直接影响封孔效果 ， 为 了避免抽采 钻孔漏气 ， 抽 采浓度低 ， 利用 封孔管两端 的囊袋 作为堵头 、 中间加压注封堵材料 的方式来达到改 变瓦斯抽采钻孔周 围煤体特性 和密闭微孔裂 隙 的 目的 。 3 ． 2理论分析 注浆料在注浆泵压力的作用下， 通过挤压煤体 裂隙扩展到钻孔松动半径 ， 充分填补 了两个囊袋 中间 的空间 ， 从 而封闭钻孔 的漏气通道 ， 增加 负 压提高瓦斯抽采浓度 。 4 ． 钻孔掏穴和带压封孔联合技术。 4 ． 1 钻孔掏穴施工工艺 1 、 掏穴工具采用 Z D Y 3 2 0 0 S型钻机 、 I 7 3 m m 钻杆 、 I 1 0 8 mm钻头和专用掏穴 I 2 6 0 mm钻头。 2 、 岩石段先使用 I 1 0 8 m m钻头钻机 ， 湿式钻 进直至见煤段 ，煤层段采用压 风排渣直 至过煤 5 0 0 m m结束。 3 、退 出 1 0 8 m m 钻 头 更 换 为 专 用 掏 穴 I 2 6 0 m m钻头 。 下钻前 ， 仔细检查钻具的各部件有 无损坏 ， 开合是否灵活。接上水泵 ， 检查在孔 口钻 具开合是否灵活 ， 并得到该钻具在无外阻力时张 开所需最小泵压和泵量。掏穴钻头中心阀杆上有 数个 螺栓孔 ，可根据泵量 的大小选择 开孔 的数 量 ， 如泵压许可 ， 泵量小时 ， 可用相应螺栓封堵截 流上述几个螺栓孔。 4、 将掏穴钻头下至需扩孔的煤层段 ， 开启水 泵 ， 慢慢转动钻杆 ， 此时泵压逐渐增大 ， 掏穴钻具 在孔 内转动 阻力增大 ， 这时钻杆 不得进 尺 ， 在原 位旋转至扩孔钻具无阻力时 ，说 明扩孔翼张开 ， 然后钻机可加压钻进 ， 此时泵量 可增 大 ， 便 于将 岩屑排出， 但不得超过 6 MP a 。钻至设计孔深时 ， 钻机不加压但钻杆转动 ， 保持水泵开启 ， 使孑 L 内 残渣充分返出孔外 ， 在孔外观察上返液体基本无 岩渣时 ， 停泵 。此时掏穴钻头扩孔翼在 回位弹簧 的作用下收拢 ， 提起钻具 ， 扩孔完成。 5 、 提钻后 ， 对扩孔钻头进行检查保养 。如需 更换扩孔翼 ， 先取下扩孔翼 的旋转轴 ， 取下扩孔 翼上部的限位块 ， 更换扩孔翼 即可。 6 、 在掏穴钻孔施工期间 ， 由矿验 收人员现场 统计验收单孔掏穴煤量 ， 平均每米掏煤量和预计 的扩孔煤量相 比较 ， 达到预计煤量即可表明掏穴 钻孔的成功。 4 ． 2带压封孔施工方法及工艺 1 、带压封孑 L 采用的器具有煤矿用气动注浆 泵 、 带压封孔器 、 普通水泥和膨胀剂 、 I 5 0 P E抽采 管等。 2 、 抽采钻 孔施工 完成后 ， 用压 风将孔 内的 残余煤屑吹干净，然后将带压封孔器的里端囊 袋套在抽采管上 固定 ，抽采管下至预定 的封孔 深度后 ，将带压封孔器 的外囊 固定后送入设计 位置 。 3 、在搅拌桶里按照内掺法水灰比 1 9比例 配好注浆料 。 4 、 取 出快速接头 ， 将带压封孔器注浆管和煤 矿用气动注浆泵相连接。 5 、 启动搅拌器和注浆泵 ， 开始注浆 ， 经过 5 ～ 1 0分钟注浆过程 ， 直至注浆泵 自动憋停。 6 、 在孔口位置将注浆管打折固定。 7 5