王 柱，蔡長輝，楊永良，方昌才，曹學軍，李軍艦

(1.宿州金鼎安全研究所，安徽宿州234000;2.中國礦業(yè)大學安全工程學院，江蘇徐州221008; 3.淮南礦業(yè)集團潘三煤礦，安徽淮南232082)

穿層鉆孔預抽瓦斯作為一項區(qū)域性防突技術在諸多礦區(qū)得到廣泛應用，有效地防治了煤與瓦斯突出事故的發(fā)生。然而，在現場應用過程中，由于鉆孔在巖層中施工，鉆孔周圍裂隙發(fā)育程度較高，同時由于封孔質量不高造成了穿層鉆孔瓦斯抽采的濃度低下，抽采的效果不佳，進而達不到區(qū)域防突的目的。

本文采用JD－WFK－2型速凝膨脹封孔劑作為密封材料，對淮南礦業(yè)集團潘三礦17101(3)工作面31組底板巷穿層鉆孔進行封孔、抽采。通過對比速凝膨脹封孔劑和有機發(fā)泡材料兩種封孔材料的封孔效果可知，采用速凝膨脹封孔劑后穿層鉆孔瓦斯抽采濃度提高了近30%，瓦斯治理效果顯著。

1 工作面概況

淮南礦業(yè)集團潘三煤礦17101(3)工作面及其鄰近瓦斯情況如下:Ⅹ東線11孔 (－649.69m)瓦斯含量為3.73m3/(t·r);Ⅸ西線21孔 (－606.63m)瓦斯含量為 4.14m3/(t·r)，1792 (3)工作面原始煤體瓦斯含量4～10m3/(t·r)，17101(3)運輸進料巷實測煤體瓦斯含量為7.9508m3/(t·r)，實測瓦斯壓力為2.64MPa。工作面及其附近實測瓦斯壓力2.64～5.2MPa。工作面壓力大、地溫高，煤塵有爆炸危險性，煤層自燃傾向性屬Ⅱ級自燃。

1710(3)工作面煤巖層總體呈單斜狀，北高南低，里高外低，13－2煤和13－1煤賦存穩(wěn)定，13－1煤為突出煤層。煤 (巖)層產狀走向200～224°，傾角∠2～10°。工作面跟13－2煤頂板施工，其頂板為砂質泥巖，裂隙及滑面較發(fā)育，易碎，將對工作面回采產生一定影響。工作面地質構造情況較簡單，掘進期間僅軌道巷揭露2條正斷層，分別為Fa1110°∠30°H=0.8m和Fa2100～113°∠42～38° H=2.5m。

工作面標高位于－600m以下，外段約768m已開采保護層 (11－2煤)，里段約404m未開采保護層，原始煤體瓦斯含量為3～10m3/(t·r)。

2 封孔方法

2.1 封孔材料選擇

速凝膨脹封孔劑由高分子材料及多種助劑復配而成，外觀為灰色粉末，無毒、無味、無污染、無腐蝕性，所有組份均屬無機系，具有不燃、不助燃、阻燃的特性。該封孔劑按一定比例兌水施工，施工過程料漿發(fā)生單純的物理絡合反應，反應過程不劇烈，無明顯熱量放出，無有毒有害氣體生成。使用該封孔劑操作簡單，安全可靠，封孔長度易控制，初凝時間可調，凝固速度快，密封鉆孔周邊松散煤體和縫隙，凝固膨脹后不析水，膨脹系數高，凝固后微膨脹，密封密實，經濟實用，成本較低。

相對于速凝膨脹封孔劑材料，有機發(fā)泡材料反應劇烈，有大量反應熱放出，有強烈的氣味生成，反應速度太快，初凝時間不可調，封孔長度不易控制，鉆孔周邊松動煤體和縫隙不易密封，與水不結合，封孔不密實，容易漏氣，成本較高。

因此，選用速凝膨脹封孔劑作為穿層抽采鉆孔的密封材料。

2.2 封孔施工工藝

(1)鉆孔施工 鉆孔開孔位置保證穿層鉆孔外段16m鉆孔成型高，為提高封孔深度及封孔質量不得在開孔段形成傘檐狀、臺階狀、彎曲狀鉆孔。潘三煤礦穿層鉆孔封孔長度均大于16m。

(2)清孔 封孔前，封孔段內的碎巖必須用壓風清掃干凈，無法清掃干凈的必須用掏勺掏凈。

(3)管路鋪設 如圖1所示，采用2m花管、12m實心雙抗管和2m實心鐵管，花管放置在鉆孔前段用于護孔，雙抗管與花管連接，末端2m包裹棉紗，棉紗通過鐵絲緊敷在抽排管路上，抽排管路長度為16m。將底部鋪設棉紗的抽排管路送至孔中預定深度后，反復抽動抽排管路，使底部棉紗與孔壁充分接觸。在孔口位置處，鋪設一路φ22mm鐵管做為注漿管路，外端預留0.3m。采用速凝膨脹封孔材料或麻皮袋與聚氨酯混合物封堵鉆孔孔口段，孔口段封孔深度大于1.5m。注漿管路孔口連接球閥，孔口段凝固時間不低于20min。

圖1 底板巷穿層鉆孔封孔工藝示意

(4)壓注封孔材料 采用型號OZB－50－6風動注漿泵，將速凝膨脹封孔劑與水按1∶1比例混合后注入孔中。注入的漿液將有效充填鉆孔周圍裂隙，當抽放管路中有漿液流出時，說明鉆孔內裂隙已經得到充分封堵。此時關閉注漿管路，停止注漿。由于速凝膨脹封孔劑具有凝固膨脹后不析水，膨脹系數高，凝固后微膨脹的特點，因此在停泵后，漿液凝固過程中，封孔材料將繼續(xù)膨脹，充填裂隙，達到密封鉆孔的目的。

(5)合茬抽采 待注漿4h后，封孔材料完全凝固，即可連接抽采管路進行瓦斯抽采，抽采負壓保持在13～15kPa。

3 應用效果分析

潘三煤礦在17101(3)工作面底板巷31組穿層抽采鉆孔中使用JD－WFK－2型速凝膨脹封孔劑作為密封材料，在32組穿層鉆孔中使用有機發(fā)泡材料作為密封材料，抽采負壓均為15kPa。

從2013年4月22日至2013年6月22日對兩組鉆孔封孔后的CH4抽采濃度變化進行觀測，觀測結果如圖2、圖3所示。

圖2 31組與32組鉆孔平均抽放濃度對比曲線

圖3 31組與32組鉆孔平均CH4抽放純量對比曲線

由圖2可看出，新工藝、新技術及新材料封孔與老的封孔工藝對比，在相同負壓下，鉆孔的抽放效果得到了很大程度提高，60d后鉆孔的平均抽采濃度由原來約10%，提高到25%左右。

由圖3和圖4可知:17101(3)工作面底板巷31組穿層抽采鉆孔平均抽采已持續(xù)達60d以上，31組鉆孔平均抽采純量0.05m3/min，相比32組穿層鉆孔抽采壽命而言，提高了9倍以上。

圖4 31組與32組鉆孔抽采壽命對比

4 結論

針對目前底板巷穿層瓦斯抽采鉆孔封孔存在的問題，對穿層抽放鉆孔封孔、堵漏技術進行了研究，通過采用科學的封孔技術和封孔材料，不僅提高了瓦斯抽放量，延長了鉆孔衰減期，減少了鉆孔工程量，而且提高了鉆孔的抽放質量，為提高區(qū)域防突效果、降低生產成本提供了技術支持。

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