本煤层抽采钻孔封孔技术研究.pdf

总 第 1 7 0期 2 0 1 7年第6期 机械管理开 发T o t M 1 7 0 MEC HANI C AL MANAG EME NT AND DE VEL OP MENT No ． 6， 2 0 1 7 实钱 泣甩 D O I 1 0 ． 1 6 5 2 5 ． c n k i ． c n l 4 - 1 1 3 4 ／ t h ． 2 0 1 7 ． 0 6 ． 3 4 本煤层抽采钻孔封孑 L 技术研究 金 晓锋 山西新景矿煤业有限责任公司， 山西阳泉0 4 5 0 0 0 摘要 阐述 了本煤层 抽采钻 孔封孔技 术的研 究在煤矿 开采的 理论研 究与 实践过程 中的 关键 作 用， 提 出了本 煤层 钻孔封孔技 术 的创新 可以解决煤层 开采过程 中存在 的 问题 。相 比较 于旧的钻 孔封孔技术 ， 新 的抽 采技术 具有抽采浓度高、 抽采量大以及利用效率高等明显优势。可以有效提升封孔成功率， 具有普遍的推广价值。 关键词 矿 井本煤层钻孔封孔技术 中图分类号 T D 7 1 2 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 7 0 6 0 0 7 6 0 2 引 言 随着采矿的发展 以及技术水平 的提高 ，现代采 矿逐渐向更深的区域发展 ，开采中的煤层瓦斯压力 与含量也在不断增大 ， 导致开采过程 中的难度加大 ， 危险系数增加。 某大型煤炭企业的 1 5对高突矿井中 一 部分矿井 由于不具备开采保护层 的条件 ，在开采 之前会面I 更多的开采危险 ，因此应改进和提高钻 孔封孔技术 。 1 本煤层钻孔封孔技术现状 根据对研究对象企业 的调查显示 ，当前该企业 多数矿井钻孔封孔技术还是沿用传统的、落后 的聚 胺脂封孔法 ， 这种封孔法存在着有效封孔段较短、 钻 孔技术不完善等弊端 ，因而导致该技术下 的煤层钻 孔出现钻孔漏气 、 瓦斯抽采率低等严重问题， 并且这 种封孔法优于抽采时间较长 ，封孔漏气等 问题可能 会引发瓦斯爆炸等事故 ， 对煤矿开采带来危险。 由于 该企业 的煤矿开采逐渐 向更深处进行 ，高压状况下 的钻孑 L 一旦存在问题很容易导致塌孔现象的发生 ， 从而阻碍了瓦斯的正常流通， 提高开采难度 ， 造成经 济损失 。 所 以， 研究一种新型本煤层钻孔封孔技术解 决抽采浓度低 、 抽采量小 、 衰减快 、 微风 自燃 、 瓦斯利 用率低等问题 ， 是该企业各矿急需解决的技术问题 。 2 项 目技术方案路线和目标 针对该企业突出矿井本煤层抽采钻孔封孔技术 的现状， 以相关的技术理论为指导， 结合实践经验与 实际需求进行新技术 的应用研究 。主要研究 内容为 本煤层抽放钻孔周 围裂隙分布规律 和对 封孔 的影 收稿 日期 2 0 1 7 0 2 1 7 作者简介 金晓锋 1 9 8 4 _ - ， 男， 山西河曲人， 本科， 毕业于太原 理工大学采矿工程专业， 通风助理工程师， 现就职于山西新景矿 煤业有限责任公司， 研究方向为通风 抽放 。 响 ，以实际操作中的数据及效果为研究对象进行探 讨 ， 要达到如下 目标。 1 试验封孔数不少于 1 0 0个 ， 封孔成功率不低于 9 0 ％， 3 个月内联网钻孔平均抽采瓦斯浓度达到 3 0％ 以 上 ； 圭 抒L 漏气率不高于 1 0％ 、 f L n负压不低于 1 5 k P a 。 2 采用专业 的试用泵进行试验。 3 记录试验过程数据。 4 评价新钻孔技术的实用性与推广性 。 3 项 目研究的主要内容 3 ． 1 本煤层钻孔周围裂隙的分布规律 1 钻孔轴向裂隙分布。 在未开采 的煤层中， 其压 力分布是均匀的。 在煤层被开采之后 ， 这种原有的压 力平衡就会被打破 ，因此必然会导致开采范围区间 内的压力情况发生改变。压力也将集中于在巷道周 边形成压力区，根据煤体力学状态将其分为 4 个区 域 I 为卸压 区， Ⅱ为峰后应力集 中区 ， Ⅲ为峰前应力 集 中区 ，Ⅳ为原岩应力区。在本煤层抽采钻孑 L 过程 中 ， 这 四个 区域是必须 都要钻孔通过的 ， 一般来说 ， 钻孔较小 因而对 四区域的影响可以忽略不计 ，一般 研究 显示钻孔轴 向裂 隙 由大到小并 且长度 范 围为 1 0～1 5 1T I 。 2 钻孔径 向方向裂隙分布。钻孔孔壁周围的煤 体可以分为破碎区、 塑性 区和弹性区。 钻孑 L 的径向卸 压 区半径经模 拟计算得 出， 直径为 8 9 mm， 钻孑 L 施工 后 ， 其径 向卸压圈直径 为 2 0 4 m m 即钻孔周 围裂隙 存在的范围 ；同样可以计算出直径 1 2 0 m m钻孔径 向卸压 圈直径为 2 7 4 mm。通过实验可以得出的结论 是 在煤体的理想状态下， 钻孔施工前后的径向卸压 圈直径会发生改变。 3 ．2 负压状态下瓦斯的泄漏效应及封孔技术 根据现有 的研究资料表 明，本煤层抽采中封孔 2 0 1 7年第 6期 金晓锋 本煤层抽采钻孔封孔技术研究 漏气原因有两个 一是封孔材料导致的钻孔漏气 ， 二 是封孔裂缝未堵严密而导致的钻孔漏气。 3 ． 3 本煤层钻孔封孔新技术 根据以上研究，确定带压封孔技术为实验方法 ， 明确封孔深度为距巷帮 1 2～1 6 m范围段 ，即封孔段 有效长度为 35 I T I 。然后以压力注浆的方式两段封 堵胶囊进行材料注射， 确保注人材料的膨胀性以及渗 透陛能够满足实验要求， 让浆液能够完全填满钻孑 L 的 缝隙以及渗透到更深的地方， 实现密封钻孑 L 的目的。 3 ．4 装置及材g 4 4 i 制 1 专用注浆泵研制。目 前钻孔漏气的主要原因 就是对钻孔的密封不够严实 ，而钻孔注浆过程中需 要有极大的压力才能将其深度注入 ，而通过对市场 上的注浆泵进行调查可以发现，目前使用的注浆泵 压力与钻孔封孔时注浆泵的压力需求不匹配，因此 通过对其他泵种的分析与研究，再结合钻孔封孔实 际操作的需求 自 行研制出一种高压、 轻便、 便于操作 使用的新型注浆泵。 2 专用胶囊埋管装置研制。 本文的实验过程中需 要使用胶囊埋管装置， 也就是需要将封孔埋管制作成 为一种封闭型的胶囊装置， 具体方法就是在封孔埋管 两端安装胶囊以及注浆管， 然后连续不断的对其进行 注浆以确保密封严实， 当注入浆料为封孔段空间体积 的0 ．5 倍时， 停止注浆， 按在注浆材料的膨胀原理以 及渗透原理计算， 在其反应倍率为 2 ～ 3 倍时， 注浆材 料会在脉管内部全面扩散将其完全封闭。 3 高强度化学封孔料研制应用。本文的研究过 程中需要使用一种膨胀性以及渗透性都好的注浆材 料 ，在对 比研究市场上注浆材料的过程中进行 自主 研发 ， 研制出符合实践需求的且成本较低的新材料 投入使用。 在具体的对比试验中， 发现膨胀率为 2 ～ 3倍左右的高强度注浆料最适合本煤层 封孔技术 ， 且在封孔后不易出现漏气、 裂隙等问题。 4 - - 次封孑 L 装置及材料研制 。在本煤层钻孔之 后 ， 煤层周围的应力 区域会发生改变 ， 因此在封孔后 一 段时间内还会由于应力范围的变化而出现裂隙， 进而发生封孔漏气现象 ， 针对这种问题 ， 本文在后期 研究中特别研制了风动吹粉装置，通过这个装置可 以将细小粉尘吹人到封孔后应力作用下的简析中， 对其进行二次填充 ， 避免漏气现象的发生。 将注浆封 孔与粉尘封孔结合起来就会在很大程度上改善封孔 漏气的现象， 但是， 粉尘封孔所用粉料必须具有很好 的流动性和黏性 ， 这样才能在最大程度上填补裂隙。 4 新技术与现有封孔工艺经济技术比较 传统的聚胺脂封孔方法具有抽放浓度不高且衰 减较快的弊端， 虽然在成本上占有优势， 但是后期带 来的经济损失却不可估量。 在对新技术的研发试验中 表明 使用新技术封孔成功率达到 9 0 ％以上， 每孔用 封孔材料量为7 ～ 8 k g ， 使用二次吹粉用量 8 ～1 5 k g ， 其总成本与水泥 聚胺脂法基本一样 ， 但效果 明显 ， 抽放效果好 ， 因此 ， 本文研究 的本煤层钻孔封孔新技 术具有显著的推广应用价值。 参考文献 [ 1 ] 陈大欣 ， 王海龙． 任楼煤矿副井二次注 浆加 固堵水技术浅析 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 7 ， 3 5 I 7 2 7 3 ． [ 2 ] 孟凡龙， 蒋承林 ， 赵文斌． 煤层瓦斯测压中注浆封堵钻孔围岩裂 隙的分析[ J ] ．煤矿安全， 2 0 1 0 ， 4 1 1 8 7 9 1 ． [ 3 ] 赵保太 ， 林柏泉． “ 三软” 不稳定低透气性煤层开采瓦斯涌出及 防治技 术 [ M ] ．徐州 中国矿 业大学 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 4 ] 吕友 昌 ， 王玉洁 ， 张 建华 ， 等 ． 井下 水力压 裂缝钻孔 封孔技 术研 究 与实践 [ J ] ．煤矿 现代 化， 2 0 1 0 6 3 3 3 4 ． [ 5 ] 葛兆龙， 梅旭东， 卢玉义， 等． 煤矿井下水力压裂钻孔封孔力学 模 型及试验研究 [ J ] ．岩土力学 ， 2 0 1 4 7 1 9 0 7 1 9 1 3 ． 编辑 赵琳琳 S t u d y o n S e a l i n g Te c h n o l o g y o f Co a l S e a m Dr a i n a g e Dr i l l i n g i n Co a l M i ne J i n Xi a o f e n g X i n j i n g C o a l Mi n e C o ． ， L t d ． ， Y a n g q u a n S h a n x i 0 4 5 0 0 0 Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e k e y r o l e o f b o r e h o l e s e a l i n g t e c h n o l o g y f o r p u mp i n g t h e c o al s e a m i n t h e t h e o r y a n d p r a c t i c e o f t h e p r o c e s s o f c o a l mi n i n g ，a n d p u t s for w a r d t h e i n n o v a t i o n o f t h e c o a l s e a l n d r i l l i n g h o l e s e a l i n g t e c h n o l o g y c a n s o l v e ma n y p r o b l e ms i n c o al mi n i n g p roc e s s ， c o mp a r e d w i t h t h e o l d h o l e s e a l i n g t e c h n o l o g y ，e x t r a c t i o n t e c h n o l o gy h a s h i g h e x t r a c t i o n c o n c e n t r a t i o n the d r a i n a g e q u a n t i t y a n d e ffic i e n c y a d v a n t ag e s ． ，w h i c h c a n i mp r o v e the s e a l i n g S u c c e s s r a t e a n d i t s p r o mo t i o n ． Ke y wo r d s mi n e ； c o al s e a m； d r i l l i n g h o l e s e a l i n g t e c h n o l o g y