“三软”煤层注水防尘封孔技术研究(1).pdf

第 4期 I 9 9 9年 8目 东 北 攥 城 拄 术 Co a l Te c h m [o g y o f No r t h e a s l Ch i n a N0 ． 4 Au g． 1 9 9 9 3 7 tt 三 软 ，，煤层 注 水 防 尘 封 孔 技 术 研 究 张 英 华 河北建筑科技 学院 资源 系 任 存 ， 逸 群赵 伟 芝 邯郸0 5 6 0 3 8 i 晤 业 集团 有限责任 公司 摘要通过对水泥砂 浆 、 封孔 器等封孔方法 的分析 ， 研 究了l r ] “ 三奄 } ” 煤层 中注 水时存 在 的主要问题， 并开 发 了单 向 自动截止 餍， 它与封孔 器配 套 使 呵， 在郑州 矿 1 10 9 1 蒿 圭扛 ， 关 键 词 “ 三 软 ” 望 。些 查 啦 L 一 ， ／ L ，丫 煤层注水是通过密封在钻孔内的注水管 将永注入钻孔并渗入煤体。封孔就是把注水 管封在钻孔 内， 使注 入水 无法 从钻 孔内泄出 ． 只能沿煤层裂 隙向深部渗 透。但是 对 于“ 三 软” 难封孔煤 层， 达 到上述要 求就 比较 困 难。 水泥砂浆封孔在 一般 煤层 注水 中应 用较 多， 施工 比较复 杂． 工 人用 的 也较熟 练， 但 在“ 三 软” 煤层 中使用还存在一些伺 题 ； 封孔器封孔 工 艺简单， 但要求钻孔质量较高 ， 在“ 三软” 煤 层中使用也存在一些问题 在郑州矿务局超 化矿 1 1 0 9 1 工 作面进行 试验时通过 分析 和 比 较 ， 开发 了单 向 自动 截止桶 与封 孔器 配套 使 用， 取得 了良好的效果。 l “ 三软” 煤层的一般特征 “ 三软” 煤层是指顶板不稳定， 易冒落， 煤 层松 软． 坚 固 系数 ， 1 0 ， 易片 帮和底 板抗 压强度低， 即顶软、 煤软、 底软． 称为“ 三软” “ 三软” 煤 层就其对 煤 层注水 的影 响而 言． 它 具 有如下特 征 1 软煤层开采 时产 尘量大。 收稿 期 1 9 9 8 ． 0 4 ． 1 7 “ L ” 币． 托 册 } 1 ， 冀 青资料表 明⋯， 松 软煤 层 ， 1 ． 0 综放 工作 面粉尘浓度最大选 2 0 0 0 mg ／ ． 坚 硬煤 层 ， 3 ． 0 的相 应值 为 2 0 0 mg ／ m3 ， 所 以， 软煤 的 产尘率要 比硬煤大得 多。 2 软煤 层 注水 时 谁封孔 。软煤层成 L 率低 ， 塌 孔、 卡钻现象严 重， 钻孔形状规 则性 差 ， 孔 内 的浮煤 较 多， 不 管是封孔器还是水泥砂浆封孔都是不容易 的。 3 大 多数软煤层 变质程 序低 。挥 发份 高， 水煤接触 角大， 润湿性差 ， 所以， 一般为难 注水煤层． 注 水 压力高 ， 润 湿 半径小 ， 都对 煤 层注 水提 出了更高 的要 求。 2 水泥砂浆封孔 的工艺方法及存在的 问题 水 泥 砂 浆 封 孔 时 一 般 采 用 外 径 为 2 5 mm、 壁厚 为 2 ． 5 m． 或 外 径 为 2 0 ram、 壁 厚 为 2 ram的塑料管作为注水管 。管长 可造 2 m 或 3 m． 管与管之间用同类材料制成的接头连 接起 来最后 一根 注水 管， 应 采用相 同直径 ， 长为 0 ， 8 m的 锕管 。水泥 砂浆 层厚 不应小 于 1 3 mm。 2 1 水 泥砂 浆 封 孔 的 主要 问题 是 当 采 瑁封孔设 备进 行封 孔时 ． 壤 畸 1 砂 子 葛进 维普资讯 行过 筛 ， 其粒 度 小于 2 ram． 因此封孔 工 序 比 较麻烦 ； 另一方 面对 于煤 层倾 角小． 近于水平 的钻 孔 ， 采 用水 泥砂 浆 封孔 后 ， 砂 浆 固化 收 缩 ． 在钻孔上方形 成“ 月牙” 缝 隙． 造成封孔质 量低 ； 尤其在 “ 三 软” 煤 层中用水泥 砂浆很难 封孔 ． 注水 时经 常出现跑 漏水现象 ， 为了克服 和解决这些 问题， 研制使 用了各种封孔器。 3 封孔器封孔的工艺 方法及存在的问 题 封孔 器 种 类 很 多， 有 YP A 型水 力膨 胀 式 、 MF型摩擦 式和进 口的封孔器 ， 国产的封 孔器性能不稳定， 使 用中问题较 多， 这 里主要 介绍法 国 B i mb a r l 型封孔器， 见 图 1 。 7 图 I B i mb a r l 型封 孔器 的结 构 一 喷嘴} 2 一弹簧； 3 一支座 ； s 一芯子； 6 一腔管 ； 7 一 适配器 B i mb a r l 工 作原理是 将封孔器与注水管 连接起来送 至 预定的 封孔 位置 ， 通 过 高 压胶 管与 水泵或静 压水管 联通。供 水 后 ， 压力 水 进 入封孔器胶管 ， 从喷嘴流 出并 产生压力降， 封孔器胶 管 在 水 压 作 用下 膨 胀、 封 住 钻孔 。 注水结束停止供水后． 封孔器胶管将髓压力 下降和消失而逐渐恢复原状 只要钻孔不垮 塌或严 重变 形 ， 就可 从孔 中取 出． 下次再 用。 封孔器 之所以能封 住钻 孔 ， 而 且不 被孔 内水 的推力 推 出 ， 主要 靠胶 管 对 钻孔 壁 的压 力。 在推力与反 推力 的作 用中， 水通 过 喷 嘴时造 成 的压力降起 着关键 作用。而压力降大小是 由喷嘴直径 决定的 ， 喷嘴 直径大 小 又 由注水 流量所决定 。因此使 用封 孔器 封孔 时 ， 必须 按照使用说 明书的要求选定 喷嘴直径。与封 孔器配套使用的注水管． 通 常是钢管， 有的矿 采 用钢 丝编 织 的高 压胶 管 。技 术 参 数 见表 l 。这 里重 点讨论 我 们在 “ 三软 ” 煤层 中使 用 该封孔 器存 在的几个 问题 和改进办法。 虽然封孔 器具 有结 梅简单 、 封孔快 、 膨胀 性 能较好 等优点 ， 但在 “ 三软 ” 煤 层 注水封孔 中存在如下 问题 表 I B i mh a r l 封孔器技术参数 1 “ 三 软 ” 煤 层 一般都 是 长孔 注水， 注 水时 间很长． 在 注 水期 间， 由于 多种 原因， 不 可能做到不停 泵。 一旦停泵 ， 胶管就 会收缩 ， 注 水钻孔的 一部分水就 会通过封孔器外部胶 管泄出 ， 这不 仅冲刷 钻孔造成 孔径 扩大 ， 使得 封孔器再 次膨胀 时封 孔 不严 ； 而且也 会使 钻 孔周 围的煤体润湿 ， 造 成塌孔 ， 从而导致封 孔 器拔不出来。这也是 目前封孔器封孔普 遍存 在的问题。 2 由于封孔器的胶 管对 煤壁的膨胀 压 力较 低， 与煤壁 的摩擦 力较小 ， 随着注 水压力 的升高， 有时 会发生 封孔 器与 孔壁 的摩擦 力 不 旬 享 ． 封 孔 器 被 抛 出的 理 象 ， - 38 3 这 种 封孔 器 对 钻 孔 的 质量 要 求 较 高 ， 即孔径要 圆， 孔 壁要 光滑 ． 弯度 要 小。实 验中如用鱼尾钻头打钻， 不 能满足封孔要求 。 4 B i mb a r l 型封孔器注水系统的改进 针对 B i mb l 型封 孔器 在“ 三戟 ” 煤 层注 水封孔中存在 的 问题 ， 对其封 孔 系统进 行 了 改进 ， 其出发 点是保 证停 泵期 间封 孔器 不 收 缩， 注水时要 防止 封孔 器外抛 。 设计制 造 了 一 种单 向 自动截 止阀 结构 见图 2 与这种封 孔 器配套 使用。单向截止 阀的出水侧通过钢 管与封孔器连接 ， 进水 侧连接 水泵。 注水 时 关闭碱压同出 阀 门． 由洼啦 夏 产生的 压 力水 维普资讯 作用于截止 阀的钢 球 上． 克 服弹 簧阻力 遥过 截 止阀进 入封 孔器 内。当停 泵时 ， 进水 侧 没 有压力， 钢球 在弹簧和内部水压的作用下 自 动堵死进水 孔， 从而 保证封 孔器 继续 处于 膨 胀状态。 当注 水结 束需要 拨 出封孔器 时 ， 则 打开减压 回水 阀 f 7 ， 封孔 器 内压力 水从减 压 回水阀 门外流 ， 封孔器收缩 ， 取 出复用 。为了 防止封孔器抛出， 用铁丝将封孔器与巷道支 柱固定， 还 可增 加封 孔器外抛阻力。 a单 向 自动截 止 阀 b封 孔嚣配 套 系统 图 2单 向 自动截止 闻及封 孔 器配 套 系统 1 一弹簧； 2 ～钢球； 3 一斌匿回水阀门； 4 一支座； 5 一钻孔 ； 6 一封孔器i 7 一钢管 8一辨水管路 ； 9 一 锕篮 1 0 、 1 2 -适配器 ； 1 1 一 单向自动截止阀 将单 向 自动截 止 阔与 B i mb a r l 型 封孔器 配套安装后进行试验， 钻孔采用压风排粉， 在 封孔深度为 1 9 ． 2 m， 试验取得 了成 功， 连续注 水 5 8 0 6 rai n ， 注 水 总 量达 3 9 5 0 2 L ， 平 均 流量 6 ． 8 L／ mi n 。 5 结论 水泥砂浆封孔 是常 用的 封孔 方 法， 但 一 般应用在较 容易封孔 和较 容 易注水 的煤 层 ； 砂浆 的运送 长度是 影响该封孔方法的重要 因 素， 砂浆 中水 比例大 ， 浆液稀， 运送 距长， 但凝 固后析水． 易形成 月牙” 离层； 反之， 浆液粘 稠 ， 流动阻力 大， 运 送距短 ， 有效 封孔 长 度缩 短 封孔器封孔工艺简单， 施工 费用 低， 还可 以回收重复使用， 但适用在钻孔质量好． 踏孔 率 低， 孔径变形 小的煤 层 ； 否 则， 封孔 困 难或 封孔器 卡弼 在孔 内， 无法回收， 增加损 失。用 B i mb a r l 型封孔器与单向 自动截止阀配套使 用是该 封孔 器改进 的好方 法， 并 在郑 州矿 务 局超 化 矿 1 1 0 9 1工作 面注 水试验 取 得 了成 功 。 参考文献 1 傅贵 煤体预湿机理与注水防生技术研究 ． 博士论 文 ． 北京； 中国矿盘大学北京研究生部， 1 9 9 5 2 张英华 练放工作缸煤最注水防生理 论与工艺技 术研 究硬士 伦 文 北 京 中 茸 矿 业 太 学 北 甫 研 究 生 部， l 9 9 8 S TUDY ON HOLE S EALI NG TECHNOLoGY OF COAL S EAM W ATER I NFUS I ON FoR DUS T PR00F I N “ W EAK S EAM RooF AND FL00 R”M I NE Z h a n g Yi n g h u a Re n Cu n l i a n g Z h a i Yi q u n Z h a o W e i z h i Ab s t r a c t On t h e b a s i s o f s e a ／ i n g - me t h o d s o f C e t ii e nf f n o r t a r a n d s e a l i n g i n s t r u me nt a n a l y s i s ， c h M p rob l e ms wi t h wa t e r i n f u s i o n i n“ we a k s e a m r o o t a n d f l o o r ’ mi n e a r e s t u d i e d ， a n d t h e s i , a g l e ， d i r e c t i o n r e b o u n d v a l v e i s ma d e a n d u s e d wi t h s e a l i n g i n s t r u me n t ． Th i s p r a c t i c e h a s b e e n g o t t e n g r e a s ／ i c c e s s i n l 1 0 9 1 WO r k i n g f a c e o f Ch a o h u a M i n e o f Z h e n g z h o u M i n e Bu r e a u． Ke y wo r d s“ we a k s e a m mf a n d f l o o r ’ mi n e ， s e a l i n g me t h o d s ． t e c h n ,o l, o g i c a ／ , r r a n s o r ma t i o n - 39 维普资讯