“三软”煤层注水防尘封孔技术研究.pdf

l 河 五趸 j 雨 技 学 馕 虿 赢邯 郸 0 5 6 0 3 8 2 邢 台矿业集 团有 限责 任公司 邢 台0 5 4 0 0 0 摘要通 过对 水 琵砂 幕 封 孔嚣等 封 孔方 法 的分析 ，研 究 了它们 在 “ 三软 煤层 中注水 时存在 的主要 I -- ] 题 ，并开发 了单向 自动截止 闲，它与封孔嚣配套使用，在郑州矿务局超 化 矿 I 1 0 9 I 工作 面进 行 试验 取 得 了良好 的 效果 ． 关麓 词 。 三软 ”煤 层 ，封 孔方 法 ，技 术 改造 中田 分 类 号T D 7 1 4 ． 4 0 引言 煤层注 水是通 过密封在钻孔 内的注 水管将水注入钻孔并渗入煤 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 ．工人用 的也较熟练 ，但在 “ 三软”煤层 中使用还存在一些 问题 。 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 l 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 截止阀与封孔器配套 使用 ，取得 了 良好 的效 果。 1 “ 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 I ． 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 。“ 三软 ”厚煤层在我 国有数 以百亿吨计 的储量 ．“ 三 软 ”厚煤层 的开采 由于其 产尘量 大而 使得机械化开采在煤 矿生产 中没有发挥其应有 的作 用 。在综放 工作面 中防尘显得尤其重要 ，有资料表明【 J J ，松软煤层 ， 1 ． 0 综 放 工 作 面 粉 尘 浓 度 最 大 达2 0 0 0 mg ／ m ，坚 硬煤 层 ， 3 ． 0的 相 应 粉 尘浓 度 为 2 0 0 mg ／ m ，所 以，软煤 的产尘率要 比硬煤大 的多 。 2 软煤层注 水 时难封孔 。软煤层成孔率低 ．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 封孔还 是水泥砂浆封孔 都是不 容易的。 “ 九五 国家重点科技 攻关项 目 收 j 蓦日鹅 1 9 9 8 一 1 0 1 6 张 英 毕 男 1 9 6 4年 生 讲 师 硕 士 采矿 工 程 维普资讯 5 O 河北建筑科技学院学报 1 9 9 9 年 3 大 多数软 煤层变质程度低 。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 时所 采用 的注水 管外径 为 2 5 mm、 壁厚为 2 ． 5 mm， 或外 径 为 2 0 ram、 壁厚 为 2 ram 的塑料管 。管长可选 2 m 或 3 m，管 与管之 间通 过用 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 的钢管 。当采用 水泥砂 浆泵注 浆封孔 时，为确保塑料注水 管能被水泥砂浆均匀地包 裹起 来，使其 具 有可靠 的耐压 性 ，可在管 的一端 ，距端头 2 0 0 mm处开 始在 圆周上焊上塑料板条或粘 上木条 以扶正 。木条长 7 0 mm、宽 1 0 ra m，与管接触 的一面呈凹弧形 ，曲率半径 与管 的曲率 半径 相 同 三个木条 在管 的圆周 上互成 l 2 O ，在轴 线方 向上看首尾相距 3 0 ram 粘 1棉纱2支捧扳 {3水泥砂浆；4 塑料管 ；5管接头 6钢管 ；7堵孔术塞8注水管接头9螺母；1 0注浆胶营 图 1水泥砂浆封孔后的状况示意图 木 条 后 的分 布 圆 直 径 应 比 钻孔直径 小 3 - 4 mm。 水泥砂 浆 层厚不应小于 1 3 mm 在 注 水 管 上 距 前 端 管 口 1 5 0 ram 处将 布 条 或 绵 纱均 匀 分 布 在 管 的 圆 周 上 傲 一 个 泥浆 堵头 ， 用钢 丝捆 紧 ， 捆 有 布 条 处 的直 径 要 比 封 孔直 径小些 ，以保证 能顺 利送进 孔内 将捆 有布条的注水 管先送进钻孔 ，随后逐根 送入孔 内。管接头 的丝扣要缠上密封胶带或涂上 白铅油 并加麻条 ，严密连 接 。送 完 注水 管后 ，将注水 管轻轻 向后拉一下 ，使布条在孔 内犀紧 。这时就 可以用 手工送泥 器送砂浆 或用砂 浆泵封 孔 。封孔后 的状态如图 1 所示 J 。 水泥砂浆封孔 的主要问题是 当采用 封孔设备进行封孔 时，对砂浆 中砂 子要进 行 过筛 ，其粒度 小于 2 mm，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 V I 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。 Bi mb a r l型封孔器 的结构如图 2所示 ，其工作原理 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 。 维普资讯 第 2期 张英华等 “ 三软 煤层注水防尘封孔技术研究 5 l 7 图 2 B i m b a r l型封孔器的结构示意图 1喷嘴 ；2弹簧3支座；5芯子6胶管7适配罂 供 水后 ，压力水进入 封孔器胶管，从喷咀流出并产生压力降 ，封孔器胶 管在水 量 删 星 氧 篷 O l 2 3 4 5 6 充压力7 Mp a 图 3 B i b a rI 型 封孔器 膨胀 特性 曲线 压作用下膨胀 、封住钻 孔。注水结束 停 止供水后 ， 封孔器胶 管将随压力下 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， 水通过喷咀时造成 的压 力降起 着关 键作用。而压力降大 小是 由喷咀直 径决 定的 ， 喷咀直径大 小又 由注水流量 所决 定 。因此 使 用 封 孔 器 封 孔 时 ，必 需 按 照 使用说 明书 的要 求选 定喷咀直径 。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。 其膨 胀性能 曲线如图 3 ，技术参数如 附表 。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 。 附表B i m b a r l封孔器技术参数 虽然封 孔器具有 结构简 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 I “ 三软 ”煤层一般 都是长孔注 水，注水 时 间很长 ，在注水期 问 ，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 。 维普资讯 河北建筑科技学院学报 1 9 ．9 9年 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 的摩擦力不够 ，封孔器被抛 出的现象 。 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 。 实验中如使用 鱼尾钻头打钻 ，不能满足封孔要求 。 4 Bi r n b a r l型 封 孔器 注 水系统 的改进 针对 Bi mb a r l型封孔器在 三软 ”煤层 注水封 孔中存在的问题 ．我们对其封 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 4 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 闭减压 回水 阀 门，由注水泵 产生 的压力水作用于截 止 阀的钢 球上 ，克服弹簧阻力通过截止 阀进入 4 圈 4单向 自动截止阀及封孔器配套系统 a 单向自动截止阀 b 封孔器配套系统 1弹簧 ．2钢球 ．3减压回水阀 门．4支座，5钻孔．6封孔器，7钢管 8供水管路．9钢丝．1 O 、1 2适配器，1 1单向自动截止 阀 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 结束需要拔出封孔器 时，则打 开减压回水 阀门 ，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 。 我们将单 向自动截止 阀与 B i mb a r l型封 孔器配套安装后进行试验 ，钻孔采 用压 维普资讯 第 2期 张英华等 “ 三软”煤层注水防尘封孔技术研究 5 3 风 排粉 ，在封孔 深度 为 1 9 ． 2米，试验取得 了成 功，连续注水 5 8 0 6分钟 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 孔器卡死在孔 内，无法 回收，增加损失。用 B i mb a r 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 l 1 0 9 1工作面注水试验取 得 了成 功 。 参 考文 献 I 婢贵 ．煤 体 预湿 机理 与注水 防尘技 术研 究 【 博 士 论文 ] ．北京 中国矿业 大学北 京研 究 生部 ， l 9 95 2 张英华 ．综 放工 作面 煤层 注水 防尘理论 与工 艺技 术研 究 [ 硕士 论文 ]．北京 中国矿 业大 学北 京研 究生 部 ．1 9 9 8 S t ud y of Se a l i n g Te c hn ol o g y t o Pr e ve n t Dus t wi t h Wa t e r I n j e c t i o n i n “ we a k s e a m r o o f a n d fl o o r ”Mi n e Zh a n g Yi n g h u a ‘Re n Cu n l i a n g Za i Yi q u n 1 D p t ． o fR c s o n l c c D e v e l o p me n t a n d Co n s t r u c t i o n，HI AS T． H a n d a n 0 5 6 0 3 8 2 Xi n g t a i Co a l Mi n i n g C o ． L t d， Xi n g t a i 0 5 4 0 0 0 Abs t r a c t I n t h i s p a p e r ， s e a l i n g me t ho d s of mo r t a r a nd s e a l i n g i n s t r u me nt a r e a n a l y z e d ，t h e i r c h i e f p r o b l e ms wi t h wa l e r i n j e c t i o n i n“ we a k s e a m r o o f and fl o o r ’ ’ mi n e a f e s t u di e d ． a n d t h e s i n g l e d i r e c t i o n c l o s i ng v a l v e i s ma d e a nd u s e d wi t h s e a l i n g i n s t ru me n t． Th i s p r a c t i c e h ns b e e n g o t t e n g r e a t s c c e s s i n 1 1 0 91 wo r k f a c e o f Ch a o hu a M i n e of Zh e n g z h o u M i n e Bu r e a u． Ke y wo r ds ‘ ‘ we ak s e a m r o o f a n d flo o r ” mi n e， s e a l i ng me tho d s． t e c h n o l o gi c a l t r an s f or ma t i o n 维普资讯