曹學(xué)軍++李軍艦++趙勇

摘要：為解決潘三煤礦順層鉆孔封孔不嚴(yán)造成消突效果差和CO超標(biāo)的問(wèn)題，結(jié)合礦井煤層實(shí)際情況，提出了一種新封孔工藝瓦斯抽采技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)包括選擇初凝時(shí)間可調(diào)、流動(dòng)性強(qiáng)的速凝膨脹封孔劑，帶壓封孔以及增加封孔長(zhǎng)度等措施。經(jīng)1762（3）綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，順層鉆孔抽采濃度大幅增加，CO超標(biāo)現(xiàn)象明顯減少，封孔效果良好。

關(guān)鍵詞：順層鉆孔；封孔；瓦斯抽采

中圖分類號(hào)：TD712.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1672-1098（2015）01-0035-04

潘三礦的13煤、11煤等突出危險(xiǎn)區(qū)綜采工作面回采前均采用順層鉆孔預(yù)抽消突，因抽采濃度低，合茬抽采后單孔濃度普遍在15%以下，而且衰減后，下降到5%～10%，還經(jīng)常出現(xiàn)CO達(dá)到或超過(guò)24×10-6，造成90%以上鉆孔間歇性抽采。為盡早實(shí)現(xiàn)工作面預(yù)抽達(dá)標(biāo)，我礦采取將順層鉆孔施工間距由10 m加密為5 m，甚至25 m，靠增加鉆孔量或延長(zhǎng)抽采時(shí)間提高抽采量。不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)財(cái)，還因?yàn)槌椴沙霈F(xiàn)CO存在自然發(fā)火重大安全隱患，不能實(shí)現(xiàn)快速安全消突。

經(jīng)分析順層長(zhǎng)鉆孔停抽原因，主要是封孔不嚴(yán)，封孔工藝不過(guò)關(guān)造成鉆孔漏氣，鉆孔在煤層中施工，周圍煤體相對(duì)比較松軟，裂隙發(fā)育程度較高，傳統(tǒng)封孔工藝很難解決抽采漏氣問(wèn)題[1]。鉆孔漏氣導(dǎo)致單孔瓦斯?jié)舛人p快[2]，而且強(qiáng)抽易引起煤體提前氧化，出現(xiàn)CO。為了達(dá)到抽采濃度最大化、抽采時(shí)間持續(xù)化，最終實(shí)現(xiàn)采煤工作面快速消突，在1762（3）綜采工作面順層鉆孔實(shí)施新工藝封孔抽采技術(shù)。

1工作面概況

1762（3）工作面標(biāo)高-640～-584 m，處于13煤突出危險(xiǎn)區(qū)域，瓦斯原始?jí)毫?5 MPa，瓦斯含量82 m3/t。軌道順槽及切眼采用底板巷穿層鉆孔掩護(hù)，運(yùn)輸順槽為沿空掘進(jìn)。工作面走向長(zhǎng)度為870 m，傾斜長(zhǎng)度為242 m，煤層平均厚度為4m， 工作面內(nèi)煤層角度6°～11°， 平均為7°。 工作面回采前， 采用順層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽消突， 分別在軌、 運(yùn)順垂直巷幫開(kāi)孔， 相向施工， 間距10 m，軌順設(shè)計(jì)81個(gè)，長(zhǎng)110 m，為下向順層孔。運(yùn)順設(shè)計(jì)80個(gè)，長(zhǎng)140 m，為上向順層孔（見(jiàn)圖1）。

選擇1792（3）工作面為比對(duì)面，主要是1762（3） 工作面與1792（3）工作面屬于同采區(qū)同煤層，工作面消突措施相同。

圖11762（3）工作面鉆孔布置示意圖

2創(chuàng)新順層長(zhǎng)鉆孔封孔新工藝

封孔新工藝主要特點(diǎn)：選擇初凝時(shí)間可調(diào)，流動(dòng)性強(qiáng)的速凝膨脹封孔劑；實(shí)現(xiàn)帶壓封孔，注漿壓力達(dá)到2 MPa，對(duì)鉆孔周邊松散的煤體和裂隙加強(qiáng)密封；增加封孔長(zhǎng)度，由12 m加長(zhǎng)為14 m，以減少穿層鉆孔影響；加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)組織管理，確保封孔質(zhì)量。

21封孔材料選擇

以往潘三礦順層長(zhǎng)鉆孔，采用聚氨酯有機(jī)發(fā)泡材料作為封孔劑進(jìn)行封孔。應(yīng)用實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，抽采效果不夠理想。主要表現(xiàn)在，一方面，抽采瓦斯?jié)舛鹊?，抽采效果差，影響了消突效果；另一方面，抽采鉆孔CO超標(biāo)，甚至出現(xiàn)過(guò)鉆孔發(fā)火的現(xiàn)象。

出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因在于，封孔效果差，出現(xiàn)抽采鉆孔漏氣。而造成聚氨酯封孔漏氣的原因在于以下兩個(gè)方面：一方面，順層鉆孔的孔口段處在巷道的塑性破壞范圍內(nèi)，煤體完整性差，裂隙和節(jié)理發(fā)育，具有一定的滲透性；另一方面，聚氨酯封孔劑，初凝時(shí)間難以調(diào)節(jié)，封孔長(zhǎng)度不易控制，聚氨酯反應(yīng)速度太快，不能使鉆孔周邊松散煤體和縫隙得到充分密封[3]。

為了提高順層鉆孔的密封性，需要找到一種新型的封孔材料。新型的封孔材料必須具備以下特點(diǎn)：初凝時(shí)間可調(diào)，封孔長(zhǎng)度容易控制，材料的流動(dòng)性強(qiáng)，能夠滲流到鉆孔周圍的裂隙中，充分密封鉆孔。通過(guò)比較多種具有類似這種特性的材料，并經(jīng)過(guò)多次密封試驗(yàn)，最后確定選用JD-WFK-2型速凝膨脹水泥封孔劑，作為新的封孔材料。

該速凝膨脹封孔劑外觀為灰色粉末，無(wú)毒、無(wú)污染、無(wú)腐蝕性。將材料按比例1：1兌水施工，制料過(guò)程中發(fā)生單純的物理絡(luò)合反應(yīng)，反應(yīng)不劇烈，無(wú)明顯熱量放出，無(wú)有毒有害氣體生成。該封孔劑初凝時(shí)間可調(diào)，封孔長(zhǎng)度容易控制，流動(dòng)性強(qiáng)。該封孔劑的膨脹系數(shù)為08%～12%，凝固膨脹后不析水，密實(shí)性好。在封孔時(shí)，采用帶壓注射，封孔劑能夠滲流到鉆孔周圍煤體的裂隙內(nèi)，能夠顯著提高鉆孔的封孔質(zhì)量。

22封孔工序

221掃孔下套管前，利用壓風(fēng)，通過(guò)鉆桿，將封孔段內(nèi)的煤粉全程清掃干凈。

22.2下套管及堵孔

采用2 m花管、12 m實(shí)心雙抗管和2 m實(shí)心鐵管，連接成抽采管。花管放置在鉆孔前段，雙抗管與花管連接。雙抗管前端2 m包裹棉紗與聚氨酯混合物，并用鐵絲固定。將底部敷設(shè)棉紗的雙抗管送至孔中預(yù)定深度后，反復(fù)抽動(dòng)雙抗管路，使底部棉紗與孔壁充分接觸，形成前端封堵段。在前端封堵段后，鋪設(shè)兩路鋼管，分別做為注漿管和返漿管，兩路鋼管在孔口處外露03 m。注漿管長(zhǎng)度40 m；若為上向鉆孔，則返漿管長(zhǎng)12 m；若為下向鉆孔，則返漿管長(zhǎng)度為40 m。在孔口段，采用速凝膨脹封孔材料或聚氨酯進(jìn)行封堵，封堵深度15 m，凝固時(shí)間10 min。封孔段配置兩路鐵管，在孔口安設(shè)球閥，外露300 mm，分別做為注漿管和返漿管，注漿管長(zhǎng)4 m，返漿管上向孔長(zhǎng)12 m，下向孔長(zhǎng)4 m（見(jiàn)圖2）。

圖2順層鉆孔封孔工藝圖

223壓注封孔材料

采用型號(hào)OZB-50-6風(fēng)動(dòng)注漿泵注漿，將速凝膨脹封孔劑與水按1∶1比例混合后注入孔中，當(dāng)預(yù)埋返漿管有漿液流出時(shí)，鉆孔內(nèi)漿液已滿， 此時(shí)關(guān)閉返漿管路球閥繼續(xù)注

漿。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，確定了帶壓注漿的壓力和時(shí)間最佳值，即注漿泵壓力達(dá)到2 MPa，保持注漿5 min后停止注漿并關(guān)閉注漿管，此時(shí)鉆孔內(nèi)裂隙已經(jīng)充分封堵。由于速凝膨脹封孔劑具有凝固膨脹后不析水，膨脹系數(shù)高的特點(diǎn)，因此在停泵后，漿液凝固過(guò)程中，材料將繼續(xù)膨脹，充填裂隙，達(dá)到密封鉆孔的目的（見(jiàn)圖3）。endprint

224合茬抽采

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

3抽采效果分析

在1762（3）工作面已成功使用新的封孔工藝封孔139個(gè)。封孔后瓦斯抽采數(shù)據(jù)與1792（3）順層孔抽采數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示，單孔濃度對(duì)比如圖4所示，單孔抽采純量對(duì)比如圖5所示。

圖3順層鉆孔及（下向）封孔效果圖

1. 1762（3）運(yùn)順鉆孔抽采純量；2. 1792（3）運(yùn)順鉆孔采純量

圖51762（3）和1792（3）平均單抽采純量考察圖

由表1、圖4及圖5可看出，新的封孔工藝與老的封孔工藝對(duì)比，在相同負(fù)壓（13 kPa）下鉆孔的抽采效果有了很大程度提高，一個(gè)月后的抽采濃度由原來(lái)10%，提高到25%，增幅達(dá)到150%。不僅如此，新的封孔工藝的應(yīng)用，提高了鉆孔的密封性，鉆孔因抽采漏氣出現(xiàn)CO氣體的幾率大大降低（見(jiàn)圖6），延長(zhǎng)了鉆孔抽采壽命（見(jiàn)圖7）。

圖61792（3）和1762（3）順層孔內(nèi)CO對(duì)比圖

圖71792（3）和1762（3）順層鉆孔抽采壽命對(duì)比圖

目前1762（3）順層鉆孔平均抽采時(shí)間已持續(xù)達(dá)兩個(gè)月以上，單孔平均抽采量005 m3/min，相比1792（3）工作面順層孔抽采壽命而言，提高了9倍以上。

4結(jié)論

通過(guò)改進(jìn)封孔工藝與加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理相結(jié)合，潘三礦在1762（3）順層長(zhǎng)鉆孔瓦斯抽采濃度和連續(xù)抽采時(shí)間，相對(duì)于以前封孔工藝，兩個(gè)月后單孔平均抽采濃度，由原來(lái)不到10%，提高到25%，增幅達(dá)到150%，鉆孔因CO濃度大于24×10-6而停抽率由原來(lái)74%降為2%，降低了近37倍。

參考文獻(xiàn)：

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[3]周福寶， 李金海， 昃璽， 等.煤層瓦斯抽采鉆孔的二次封孔方法研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2009， 38（6）： 64-67.

（責(zé)任編輯：何學(xué)華，吳曉紅）endprint