俯角测压封孔技术应用研究.pdf

2 0 0 8年第 3期 煤炭工程 俯角测压封孔技术应用研究 张瑞林 ，刘 1 河南理工 大学 安伞学院 ，河南 焦作4 5 4 0 0 3 ；2 晓 ，吴仕彦 安徽 省濉溪县四铺乡北辰煤矿 ，安徽 淮北2 3 5 1 1 5 摘要 准确获取煤层瓦斯压力是有效开展 瓦斯预测和防治工作的重要技术保障，文章分析 了目前俯角测压工艺中存在的缺点和不足 ，提 出了使 用 “ 水 泥砂浆再造孔” 法进行封孔测压， 经实践证明，此法可有效封堵岩层裂隙和渗水 ，为复杂条件下的瓦斯压力测试提供 了保障。 关键词 压力测试 ；俯角；再造孔；封孔工艺 中图分类号T D 7 4 3 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 8 0 3 - 0 0 3 5 -02 Re s e a r c h o n t he App l y i ng o f Se a l i n g De pr e s s i o n Ang l e Ho l e f o r Te s t Ga s Pr e s s ZHANG Ru il i n ． LI U Xi a o ． W U S hiY a n 1 G a s a n d G e o l o g y L a b o r a t o r y ，H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ，J i a o z u o 4 5 4 0 0 3，C h i n a ； 2 B E I C HE N C o a l i n S i p u v i l l a g e S u i x i C o u n t y ，Hu a i B e i ，2 3 5 1 1 5 ，C h i n a Ab s t r ac t I t i s v e r y i mp o a n t g ua r a n t e e t o t e x t g a s pr e s s we l l a n d t rul y f o r p r e v e n t g a s a c c i d e n t 、i n t h e pa s s a g e a na l y z i n g t he d i s a dv a nt a g e o f wa y s whi c h wa s u s e d i n mo s t mi n e a nd b rin g f o r wa r d t he r e s t o r a t i o n h o l e wi t h c e men t f or t e s t i n g g a s p r e s s ．I n t he p r a c t i c e， t h e wa y s c a n c o n t r o l t he r o c k c r a nn y a n d c eme n t i t e a nd ma k e s ur e o f g a s p r e s s a c c ur a t e l y Ke y wor ds g a s pr e s s ur e t e x t ； d e p r e s s i on a n g l e； r e s t o r a t i o n ho l e；s e a l i n g h o l e t e c h ni c s 0 引 言 准确获取煤层原 始 瓦斯压力 是 有效 开展 瓦斯预 测和 防 治工作的重要技术保障，目前压力测试按开孔角度大致分 为仰角孔测压和俯角孔测压，通常都采用施工穿岩层钻孔， 用黄泥 、水泥浆 、胶圈 等材料 封孔 的方 法进 行测 试 。这 种 测定方法在测试区域岩层稳定 、构造不发育、无水的条件 下取得了较好的效果。但是对于岩壁裂 隙发育，围岩渗水 等复杂条件下的压力，目前的封孔技术还存在着一定的不 足 和弊端 ，在此 以测试 压力 相对 困难 的俯 角封孔 为例 ，进 行了一些封孔工艺的探讨。 1 目前俯角孑 L 测压方法及存在 问题 1 ． 1 马尾 巴封孔 测压 法 目前 ，我国大多 数煤矿 在俯 角压 力测 试 中 ，均采 用 了 下马尾 巴一拉马尾 巴一注浆 的方式 进行封 孔作业 ，见图 l 。 1 ． 1 马尾 巴封 孔 方法 的不足 尽管该方法广泛应用与俯角封孔工艺中，但其存在以 图 1 水泥砂浆俯角封孔示意 图 下几个方面 的不足 1 作为堵挡水泥砂浆的马尾巴大小较难确定。马尾巴 是由毛巾、棉布等材料扎制而成 ，其大小受钻孔孔径、孔 壁岩性 、马尾巴制作材料、膨胀剂性能及用量 一般为水玻 璃或聚氨酯 等影响，但 与这些条件的关系却难以确定。若 马尾 巴膨胀 较 大 ， 与钻孔 岩 壁摩 擦 力加 大 ，则 难 以抽拉 ， 也 就不容易形成 测压 气室 。若 膨胀 较小 ，水 泥砂 浆容 易下 漏 ，义难以起到密封的效果 。 收稿 日期 2 0 0 7 0 91 0 作者简介 张瑞林 1 9 6 9一 ，男 ，河南 温县人 ，副教授 ，1 9 9 6年毕业于焦作工学院资源与材 料 _J 程 系 ，获工学硕 士学 位 ；2 0 0 4年毕业于重庆大学资源及环境科学 学院 ，获工学博士学位 ，现 在河南理 工大学 瓦斯 地质研究 所主 要从事矿井通风、防火及瓦斯地质方面的科研和教学工作。 3 5 维普资讯 煤炭工程 2 0 0 8年第 3期 2 在封孔过程中，尤其是在抽拉马尾巴过程中，工人 消耗体力较大，抽拉马尾巴的长度也较难确定。使用力度 太大容易把马尾巴抽出钻孔，力度太小 ，又不易使马尾 巴 与孔壁紧密接触 ，影响封孔效果。 3 若在打到煤层前的俯角孔岩壁存在渗水现象 ，马尾 巴封孔法的使用就存在很大的难度 ，甚至会无法封孔。 4 在岩壁裂隙发育或岩壁渗水情况下，此方法的应用 受到了一定限制。 以上是 “ 马尾巴封孔法”存在的缺点和不足。由此可 见改进俯角测压封孔工艺就尤为必要和急迫。 2 水泥砂浆再造孔法 水泥砂浆再造孔法施工过程相对简单，而且在钻孔岩 壁渗水的情况下，仍可以很好的使用。其主要原理是在形 成的大钻孔中注满水泥砂浆，待砂浆凝 固后用小径的钻杆 扫孔 ，从而使钻孔岩壁裂隙堵塞，达到较好的封孔效果。 2 ． 1 水泥砂 浆 再造孔 封 孔 工艺 “ 水泥砂浆再造孔封孔法”封孔主要分为两部分 ，一部 分为钻进大钻孔一下孔 口管一注浆；另一部分为扫孔一封 孔。其示意图如图 2 ①用 1 mm金刚石钻头无芯钻进， 打到煤层停钻，形成图中的最初钻孔 ；②安设孔 口管 在 孔口安设一端带有法兰盘的孔 口管 ，长约 4～5 m，安设孔 口管的目的一方面是改善钻孔孔 口围岩岩性 ，另一方面。 作为法兰盘的依托，为封孔做准备；③注水泥砂浆通过 注浆管注入水泥砂浆时 ，注浆泵要保持较大压力 ，以使注 入的水泥砂浆能够快速渗入到钻孔岩壁 的裂隙中，以起到 密封裂隙的作用，注满钻孔为止。待水泥砂浆完全凝 固， 期问不要挪动注浆泵；④小径钻杆扫孔 水泥砂浆完全凝 固后，换用小径的钻杆继续打钻至穿过煤层 0 ． 5 m；用压风 把钻孔吹干，若岩层受压较大可在打好的钻孔中塞入一段 钢管防止因受压产生的水泥砂浆碎渣堵塞钻孔。 图 2 水 泥砂 浆再 造孔封孔法 进行完以上操作工艺后 ，安装端头带有法兰盘的压力 表，使压力表的法兰盘与孔口管的法兰盘对接密封，读数。 2 ． 2 “ 水泥砂浆再造孔封孔”特点 “ 水泥砂浆再造孔封孔”使注入的高压水泥砂浆能较好 的渗入到钻孔围岩裂隙中，堵塞围岩裂隙与钻孔的连通， 也可以较好的堵塞裂隙渗水；再次钻孔完成后，不用进行 注浆封孔，只需要对接法兰盘密封即可，节省 了工时；材 料价格相对 “ 马尾 巴封孔”所用的水玻璃、聚氨酯相对便 宜，节约了成本。特别要注意的一点是在钻进大钻孔完毕 后，钻机位置要保持不动，以使扫孔时的倾角、方位角与 钻进大钻孔时相同。 3 应用实例 北辰煤矿位于安徽省遂溪县境内，走向 1 ． 2～1 ． 4 k in， 面积约2 ． 9 k m ，为高瓦斯突出矿井。主采煤层为 8 煤和 1 O 煤 ，为立井分水平开采。8煤层尚未开拓，1 O煤层南翼 已 开采至 一 3 0 o水平，北翼已开采至 一2 5 0水平 ，下限均为 一 6 0 0 m。在 1 O煤层开采过程 中，曾发生 3次煤与瓦斯突出， 给矿井的安全高效生产造成了极大影响，2 0 o 5年底 ，北辰 煤矿由山东枣庄煤业集团收购，瓦斯治理工作 日益提上 日 程 ，加大了瓦斯参数的测试力度。 北辰煤矿巷道大多在 1 O煤顶板开采 ，需要打俯角孔测 压 ，同时，在岩壁裂隙发育，渗水较严重，给瓦斯压力测 试带来了一定的困难。基于此，尝试使用 了 “ 水泥砂浆再 造孔法”进行了俯角封孔测压，取得了较好的效果。 4结论 用 “ 水泥砂浆再造孔”法进行俯角封孔测压，改进了 “ 马尾巴”封孔法，节省了工人体力 ，同时也有效堵实了岩 壁裂隙及围岩渗水，使俯角测试瓦斯压力工作得到了有效 改进。在北辰煤矿应用此方法取得了较好的测压效果。 责任编辑崔永丰 维普资讯