煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔技術探討

董登學

【摘 要】本文通過對鉆孔封孔漏氣造成瓦斯抽采濃度低的原因分析，提出帶壓封孔技術工藝，借助注漿泵設備提供一定的注漿壓力，以此保證水泥漿在鉆孔周圍煤巖體裂隙內的滲透擴散，加固充填裂隙，增強煤體強度，同時加入適量的膨脹劑，避免漿體凝固收縮產(chǎn)生空隙，從而達到杜絕鉆孔附近煤巖體裂隙和孔壁空隙漏氣對鉆孔瓦斯抽采的影響。

【關鍵詞】瓦斯;抽采;馬麗散;帶壓封孔

中圖分類號： TD712.6 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）08-0177-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.076

【Abstract】By analyzing the reasons of low gas extraction concentration caused by gas leakage from borehole， this paper puts forward the technique of pressure sealing hole， and provides a certain grouting pressure with the aid of injection pump equipment， so as to ensure the penetration and diffusion of cement mud in the crack of coal rock around the borehole. Reinforcing filling fissures， strengthening the strength of coal body， and adding appropriate amount of expansion agent to prevent the slurry from solidifying and contracting to create voids.

【Key words】Gas; Extract; Malisan; Pressure seal

煤礦井下開展采掘活動，瓦斯災害一直是威脅礦井安全生產(chǎn)的主要災害之一，雖然國內外學者在瓦斯治理工作方面做了大量的研究工作，但實踐效果均差強人意。目前，煤礦瓦斯抽采仍然被認為是預防瓦斯災害最為有效的方法之一。

抽采瓦斯?jié)舛鹊统蔀槔_瓦斯災害預防的瓶頸，一般來說，造成瓦斯抽采濃度偏低的因素有很多，其中封孔工藝是影響因素之一，也是最重要、最關鍵的影響因素。近年來，各煤礦采取的煤層瓦斯治理方法主要有底板穿層鉆孔預抽區(qū)段煤層瓦斯和煤層條帶瓦斯、頂板穿層鉆孔預抽區(qū)段煤層瓦斯和煤層條帶瓦斯、順層鉆孔預抽煤層條帶瓦斯、順層鉆孔預抽回采工作面煤層瓦斯等瓦斯治理措施，但由于鉆孔成孔質量、封孔質量等原因造成瓦斯治理達不到預期的效果，采掘過程中常出現(xiàn)瓦斯頻繁超限甚至出現(xiàn)煤與瓦斯突出等事故。抽采效果是以瓦斯抽采濃度為首要表現(xiàn)形式，并直接決定了瓦斯抽采進度，因此，如何提高瓦斯抽采濃度就成為煤礦瓦斯治理方面亟待解決的問題。

針對封孔質量差影響鉆孔抽采效果問題，本文以威信煤炭公司觀音山煤礦由于封孔原因造成瓦斯抽采濃度低為例，總結提出瓦斯抽采鉆孔帶壓封孔技術。觀音山煤礦已進入三期工程建設階段，因復雜瓦斯地質因素的影響，揭露出來的煤比較松軟，而作為重要預防措施的本煤層和底板穿層抽采鉆孔成孔質量和封孔質量差，抽采瓦斯?jié)舛仍?0%左右，效果不理想，炮后瓦斯?jié)舛阮l繁超限，嚴重影響了礦井安全生產(chǎn)的進度。

1 礦井煤層基本概況

觀音山煤礦屬于煤與瓦斯突出礦井，煤種為貧煤，礦區(qū)斷裂構造不發(fā)育，內部以隱伏小斷層為主，且零星分布，構造復雜程度中等偏簡單，礦井瓦斯具有儲量大、含量高、壓力大的特點。礦井井田為緩傾斜～傾斜煤層，可采煤層為兩層：C1和C5，其中C5煤層為主采煤層，最大厚度為9.3m。煤的孔隙率為5.06%，堅固性系數(shù)0.17，瓦斯放散初速度△P在35～40間，平均為38;結構破壞類型一般為Ⅱ～Ⅲ類，煤層較松軟，煤巖組份以亮煤為主，硬度中等，性脆，易破碎，在地質構造破壞帶為強烈破壞煤;透氣性系數(shù)0.13～4.43（m2/MPa2.d），鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)介于0.08～1.1d-1之間，屬于可以抽放和較難抽放煤層。煤層頂板為炭質泥巖和灰色粉砂質泥巖，底板為灰白色泥巖和粉砂質泥巖，遇水具有明顯的軟化膨脹性，煤層頂、底板穩(wěn)定性較差。

2 礦井封孔工藝情況

威信煤炭公司觀音山煤礦瓦斯抽采鉆孔普遍采用的封孔方法為：一是袋裝馬麗散分段封孔法，即在封孔管篩管往下0.8m和孔口位置捆綁袋裝馬麗散封孔;二是“一堵一注”封孔法，即封孔段預埋注漿管，孔口用馬麗散封堵，注漿設備采用壓風帶動的便攜式封孔泵，壓力在0.5Mpa以下，兩種封孔方法的煤孔封孔長度≥8m，巖孔封孔長度≥5m。顯然，抽采濃度低與該工藝封孔效果不理想有很大關聯(lián)，因此，開展帶壓封孔技術和全程下套管封孔研究是改變本礦煤層瓦斯抽采現(xiàn)狀的關鍵。

觀音山煤礦C5煤層透氣性系數(shù)小，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)大，屬于可以抽放和較難抽放煤層。構造較復雜，小構造多，煤層較松軟，頂、底板為泥巖和粉砂質泥巖，穩(wěn)定性差，煤層內生裂隙發(fā)育，由于煤巖體受采掘活動的影響，且煤巖體本身具有多孔裂隙發(fā)育的介質，當鉆孔在煤巖體內鉆進時，鉆孔周圍會形成一定范圍的松動裂隙，瓦斯氣體可以通過這些裂隙解吸逸散，空氣可以通過這些裂隙滲透到煤體。另外，封孔方法和封孔材質的選擇也易造成封孔材料與孔壁之間形成空氣通道，最終造成抽采流量大、濃度低。

3 封孔工藝存在缺陷原因分析

目前煤礦普遍使用的封孔方法有：桶裝馬麗散封孔段全程封孔法、袋裝馬麗散分段封孔法、灌水泥漿封孔法等，各種封孔方法都存在一些缺陷。

馬麗散或水泥漿封孔存在的缺陷。馬麗散是由樹脂和催化劑兩種成分組成的聚膠脂材料，具有一定的柔韌性，桶裝馬麗散混合后反應時間短，煤巖體裂隙較小時，馬麗散還未壓到位就膨脹堵塞裂隙通道，同時馬麗散還有一定的黏合性，煤巷里面注馬麗散易造成和煤黏合在一起，不便于處理，也不經(jīng)濟。

4 水泥漿帶壓封孔技術

根據(jù)目前普遍使用的抽采鉆孔封孔工藝現(xiàn)狀分析和空氣擴散滲透進入抽采管路的途徑，我們可以清楚的知道，要成功提高煤層鉆孔抽采濃度，其鉆孔封孔段必須具備兩個條件：一是抽采鉆孔封孔段周圍煤巖體裂隙封堵密實，二是封孔段鉆孔不能出現(xiàn)空氣流通通道。為了實現(xiàn)這一目標，我們提出了煤層瓦斯抽采鉆孔帶壓封孔和全程下套管封孔技術。

4.1 水泥漿帶壓封孔原理

水泥漿帶壓封孔工藝是對用馬麗散、水泥漿不帶壓封孔等封孔工藝的徹底改進，其原理就是在鉆孔封孔段兩端用馬麗散封堵，中間形成氣室，然后借助注漿泵設備提供一定的注漿壓力往氣室內注漿，以此保證水泥漿在鉆孔周圍煤巖體裂隙內的滲透擴散，加固充填裂隙，增強煤體強度，同時加入適量的膨脹劑，避免漿體凝固收縮產(chǎn)生空隙，從而達到杜絕鉆孔附近煤巖體裂隙和孔壁空隙漏氣對鉆孔瓦斯抽采的影響。

4.2 水泥漿帶壓封孔實施步驟

帶壓注漿封孔即可解決封堵鉆孔附近煤巖體裂隙的問題，同時又可以解決孔壁存在空隙漏氣問題，具體實施步驟如下：

（1）根據(jù)煤巖層的完整性情況確定封孔長度，煤巖層硬時，本煤層鉆孔封孔長度為10—15m，穿層鉆孔封孔長度為6—10米;煤巖層松軟時，本煤層鉆孔全程下套管，封孔長度為15—20m，穿層鉆孔全程下套管，封孔深度到煤層底板。

（2）鉆孔采用Ф94mm鉆頭施工，封孔前利用壓風或高壓水沖凈孔內鉆屑;

（3）挑選無裂縫封孔管，并在封孔管篩孔往下0.8m和孔口以里1.2m位置捆綁袋裝馬麗散，將封孔管放入孔內，同時預埋Φ22mm注漿管和排氣管;

（4）待馬麗散膨脹凝固后，將水泥和水按1：2比例攪拌均勻，同時為防止水泥漿凝固后收縮產(chǎn)生裂隙，在水泥漿中加入水泥用量12%的膨脹劑，用注漿泵從注漿管內一次連續(xù)將水泥漿注入封孔氣室內。水泥漿凝固后進行連管抽采。

4.3 安全技術要求

水泥漿帶壓封孔技術實施質量與鉆孔施工質量、注漿壓力、注漿量等因數(shù)有關，要確保封孔質量及施工期間的安全，提出以下要求：

（1）煤巖層松軟易塌孔的施鉆地點開鉆前，先施工注漿孔并往煤巖體內注漿，保證在鉆孔封孔段一定范圍內形成人造外殼，確保施鉆期間不塌孔，并填充封孔段煤巖內裂隙;

（2）煤巷鉆孔布置間距大于0.8m，巖巷鉆孔間距大于0.5m，方位符合設計要求，保證鉆孔之間互不串通漏氣，且能夠承受注漿壓力;

（3）鉆孔采用Φ94mm以上的鉆頭施工，封孔前采用壓風或清水清洗干凈孔內鉆屑。袋裝馬麗散安設位置正確，捆綁牢固，根據(jù)馬麗散的膨脹和受壓情況確定封堵段馬麗散用量，并在封孔管上馬麗散兩端纏上略比鉆孔直徑小的破布或棉紗，控制馬麗散向封孔段前后方向膨脹。封孔段既要確保水泥漿封孔氣室長度，同時也要滿足注漿壓力要求;

（4）鉆孔一次封孔完畢后及時組織二次注漿封孔，防止施工其它鉆孔時，由于震動造成封孔段鉆孔煤巖壁垮落堵塞注漿氣室;

（5）水泥漿必須攪拌均勻，配比符合要求。開始注漿時，先打開排氣管，緩慢增加注漿壓力，待排氣管返漿后，關閉排氣管上安裝的控制閥門，一次性連續(xù)加壓注漿到預定深度，且注漿壓力穩(wěn)定在2Mpa以上;

（6）注漿期間，注漿管用絲扣或高壓快速接頭連接并安上控制閥門，注漿地點離孔口距離大于5m，人員不能正對鉆孔，緩慢增加注漿壓力，防止因漏漿等原因造成傷人事故。

5 結論

水泥漿帶壓封孔技術是對以前“兩堵一注”封孔技術的改進，優(yōu)點在于先根據(jù)煤巖層完整性情況注漿加固封孔段煤巖體，便于施鉆和確保封孔質量。其次，帶壓注漿封孔既可以封堵煤巖體內裂隙，又可以封堵因材質問題導致的封孔材料和孔壁之間的空隙。通過現(xiàn)場在觀音山煤礦二井E06底抽巷和一井W1101工作面本煤層封孔實踐，穿層鉆孔抽采濃度從30%以下提高到45%—85%之間，本煤層鉆孔濃度從25%以下提高到30%—75%之間，結合以前“兩堵一注”或“一堵一注”封孔實施的考察結果，水泥漿帶壓封孔技術是可行的，運用好此技術，在確保鉆孔真實性和有效性的前提下，在鉆孔不出現(xiàn)嚴重塌孔、串孔以及與其它裂隙導通的情況下，瓦斯抽采濃度將會有質的提升。

【參考文獻】

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