煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术的研究与应用.pdf
江西煤炭科技 J I ANGXI COAL S C I ENCE TE CHN0L 0GY 2 0 0 9年第 1 期 N O.1 20 0 9 煤层 瓦斯抽 采钻孔封孔技术 的研 究与应用 中图分类号 TD 7 1 2 . 6 谭 建文 , 杨成金 , 朱丰玲 , 李润生 , 晏 雨 民 丰城矿务局坪湖煤业 , 江 西 丰城 3 3 1 1 3 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 2 5 7 2 2 O O 9 O 1 0 0 O 7 一O 1 S t u d y a nd Ap pl i c a t i o n o f Ho l e Dr i l l i n g a n d Cl o s i n g Te c h n o l o g y W h i l e Ga s S u c t i o n o n Co a l S e a m Ta n J i a n we n ,Ya n g C h e n g j i n,Z h u F e n g l i n g ,L i Ru n s h e n g ,Ya n Yu mi n P i n g h u C o a l I n d u s t r y Co .,F e n g c h e n g Mi n i n g Bu r e a u ,F e n g c h e n g ,J i a n g x i , 3 3 1 1 3 9 1 概 述 坪湖煤业是 丰城矿务局 坪湖煤矿 2 0 0 4年实施破 产而 组建的有限责任公 司。是一个高 瓦斯突 出矿井 , 开采 乐平 煤系 煤层 , 煤层瓦斯含量高、 突出危险性大 。2 0 0 8年矿 井瓦斯 等级 鉴定为煤与瓦斯突 出矿 井 , 矿井绝 对瓦斯 涌出 量为 4 6 . 4 1 m。 / mi n , 相对瓦斯 涌出量 为 3 7 . 1 4 m。 / t。 2 研 究煤层抽采钻孔封孔技 术的原 因 实施煤层抽 采瓦斯 是治理 矿 井瓦斯 危 害最根 本最 有 效的手段。做 好抽采 钻孔 的封 孔 , 确保 钻 孔严密 不漏 气 , 是确保 抽采效果 , 提高抽采率 , 至关重要的一环。 以前我们是采 用 P VC管在 钻孔 8 m~ 1 0 m 处 , 用 聚 胺脂进行封堵 , 封堵 的长度 只有 1 m~ 1 . 2 m, 在聚胺脂 以 外至孔 口一段 钻孔 没有封 闭 。当采用井 下移 动真 空泵 高 负压 2 5 k P a 3 0 k P a 进行抽采 时 , 钻孔周边松动 圈加 大 , 造成钻孔互相 串通漏气 , 抽采 浓度 只有 1 5 ~2 5 左 右 , 抽采效果不好 , 难 以达到抽 采基本 指标 降到 8 IT I 。 / t 以下的 要求 , 造成煤巷掘进推进度慢 , 工作 面接替 紧张 , 对 矿井 的 安全生产造成很大的威胁 , 为此我们着重 研究如何 将钻孔 松动圈内这一段钻孔采用水泥浆全部 封堵起来 , 以减少漏 气 。 经过多次反复研究与对 比, 决 定采用 自行研制 的压风 封孔装置与聚胺脂水泥浆联合使 用来进行 封孑 L , 大 大地提 高了钻孔 的密封性 能 , 进 而提 高 了抽 采 浓度 , 确 保 了抽采 效果 。 3封 孔 的原 理 及 工 艺流 程 1 封孔的原理 利用压风封孔装置内压 风的动力 , 通过 一根高压 软管 连接注浆 口, 将水 泥浆 向钻孔 内输送 , 以便达 到 松动 圈 内 的 8 I T I 钻孔 全部填实 见 图 1 。 \一 、 / 一 、 、\ /~ \ 一 / 、、 蠢 ‘ l 进料斗 2 l 0 o闸门 3 、 5 、 9 1 9 球形截止阀 4 1 9三通 6 2 5带筛孔的铁管 7 l 0 0清喳装置 8 1 9直通 l O 搅拌桶 l 1 水泥混合物 /11 0 1 7 1 1 1 2 1 2 闸门 1 3 1 2 注浆管 1 4 1 2 排气管 l 5 聚胺脂 1 6 水泥浆 1 7 2 5抽放管 l 8 煤层 1 9 7 5 m m抽放钻孔 1 8 l 9 图 1 抽放钻孔压风水泥浆封孔装置结构 2 工 艺 流 程 1 蛸头采 用管 径 7 5 mm 的钻杆 , 将抽 放钻孔 施工 好后 , 利用长 1 2 m、 管径 2 5 mm 的 P VC的抽放 管 , 用半 组 聚胺脂倒 在 毛 巾或 破 布 上缠 绕 在 P VC管 8 m~ 1 0 m 处 , 一 同塞进 钻孔 内, 以便达 到在抽 采钻孔 的 8 m~ 1 0 1 T I 处进行封堵 , 聚胺脂 的封孔 长度 可 以达 到 0 . 5 m~1 . 0 m 左右 。 2 在孔 口进去 1 1T I 处 , 把管径 1 3 mm 的排 空铁管 、 注 浆铁管扎在一起 , 同样 用半组 聚胺 脂倒在 毛 巾或破 布上缠 绕在铁管上 , 一同塞进 钻孔 内, 对 孔 口进 行封堵 , 封 孔长度 为 0 . 5 m~ 1 . 0 IT I 左右 。 3 利用水 和标号 2 2 . 5 左右 的水泥按 6 O 4 O的比例进 行混合 , 放入压风 装置搅 拌桶 内, 利用 约 0 . 5 MP a的压风 通 过 2 5 mm带筛孔的铁管进入搅拌 桶的 下转第 9页 7 ‘ 衰减 系数为0 . 0 5升/ 日。②1 9 9 0年在桥 头矿 2 2 4 1面的 测定结果 当时抽放 泵型 号为 S Z 一2型水 环式 真空泵 , 瓦 斯抽 放 率 为 9 . 3 %, 百 米 钻 孔 自 然 瓦 斯 涌 出 量 为 0 . 0 0 0 3 m。 / rai n 。透 气 性 系 数 为 6 . 2 1 0 。m / MP a . d 1 9 9 6年测 定为 1 . 2 6l O 一~ 1 . 2 61 0 1 1 3 . / MPa 2 . d , 百 米钻孔 瓦斯流量衰减系数为 0 . 0 5 6 1 / a 。③根 据上述参 数 及多次 采掘工作面试抽测定 , 认 为二 井掘进 工作面瓦斯 抽 放效果不佳 。 2 一井 1 2 2 0面煤层倾 角较 大且起 伏不稳 定 , 地质 条 件 比较复杂 , 钻 孔深度 一般很难 达 到设计 孔深 3 0 m 以上 的要求。 3 一井 1 2 2 0面煤层较硬 , 煤层透气性 比二井还 要差 。 8月份 , 省煤研所在 我矿 1 2 2 0顺槽 做 CH 压力及 含 量试 验时 , 钻孔采用水泥及膨胀剂封孔长度达 8 12 1 , 且严格按封 孔要求封孔 , 其孔 内瓦斯压力仍测不 出来 。 4 封孔方面 , 采用 聚胺脂封 孔 , 深度 达到 3 m, 基 本能 解决封孔漏气 方面的问题 。在 二井 , 以前采 用水泥砂 浆封 孔 , 瓦斯 抽出浓度 最高达 到 2 O , 1 0 mi n后就衰 减为 5 以下 , 而采用聚胺脂封 孔后 , 封 孔深 度约 为 2 ~3 m左 右 , 抽 出 C H 。浓 度 最 高 达 到 4 O , 约 4 0 rai n后 , 仍 稳 定 在 1 O %左右 , 可见 聚胺脂 的封孔效果还是 比较好的 。 5 根据煤矿瓦斯 抽采技术规范 , 与瓦斯 抽放难 易程度 分类 表对照 , 一井煤层属 于较难抽放煤层 。 6 一井未采用任何增加煤层透气性 的技术措施 , 也是 难 以抽放的原因之 一。 结论 一井抽 放工 程现 采用 的生 产工艺 , 对我 矿 的瓦 斯抽放作用不是很 明显 , 可 以说抽放效果是 比较差的 。 5 建 议 通过上述分析 , 就 目前我矿采 取的深浅 孔相结合 以及 抽放方法还很难解决我矿 一井防 突问题 。因此 , 特别提 出 如下建议 1 煤巷掘进 头采用“ 三大” 大功率风机 2 x l l k w 、 大直径风筒 P 6 0 0 mm 以上 和大 断面巷 道 上宽 2 . 4 m 治理瓦斯 , 增大风量 。 2 学习 、 引进与一井类似煤层 的矿井好的抽放方法 。 作者简介 陈辉平 1 9 6 5 一 , 男 , 江西樟树人 , 1 9 8 7年毕业于江西 煤炭工业学校采矿专业 , 助理工 程师 , 现任桥二煤矿通风 区区长 。 收稿 日期 2 O O 8 1 1 3 0 编辑 叶忠群 上 接 第 7页 底 部 , 靠 压风 的 动力 对水 泥混合 物 进行 搅 拌 , 直到搅拌均 匀为止 。 4 然后 , 通过一根高压软 管连接钻孔 的注浆管 , 利用 压风封孔装置的压风 动力 将水 泥浆 向钻孔 内输送 水 泥混 合液 , 直到钻孔封满后 , 水泥浆从 排空管溢 上来为止 , 立 即 停止注浆 , 将排空 管、 注浆管 的闸门同 时关 闭 , 以便对煤 体 前方松动圈内的 8 m~1 0 m钻孔进行填实 。 5 排空程序 当一个钻 孔注满水 泥浆后 , 关闭 图 1中 3 、 5 、 9闸门 , 缓慢 打开 2号 闸门进行 排空 。全部 排空完 毕 后 , 接着放入下一个钻孔 的封孔材料进行下一轮的封孔。 6 钻孔封 闭后 , 再 用 b 5 0 mm 抽 采管 与抽采 主管 连 接进行抽采。 4封 堵 前后 的 效 果 对 比 1 使用压风封 孔装置后 , 抽 放效果 十分 明显 , 在 同等 时间、 负压的情况 下, 瓦斯浓度 明显提高 , 单孔 瓦斯抽放 纯 量提高 了 1 . 5 m 3 / r n i n左右 , 每天 多抽出 瓦斯 约 2 0 0 0 m 3 , 缩 短了抽放时间; 每一个抽放循环 , 炮后 的瓦斯浓度都基 本控 制在 1 以 内; 提高了煤巷掘进 的推进 度 , 缓解 了工作 面接 替紧张的局面, 为矿井 的安 全生产创 造 了良好 的安全生 产 环境 , 为消除 C H 突出事故创造 了有利的条件 详见表 1 。 表 1 封堵前后效果对 比 2 此种压风封 孔装 置 比以前 的注浆泵操 作简 单 , 不 需带电 , 不会造成 管路堵塞 , 易操作 , 比较安全 。 3 从材料 成本 上对 比 , 以前 封一个 孔需 用两组 聚胺 脂 , 成本在 2 0 0元左 右 , 现 在 只需 用一 组 , 大 大降 低 了成 本 , 为企业 节约了一笔可观 的资金 。 5 注意事项 1 水 和水泥 的比例要严格 控制在 6 O4 O , 水 泥浆 太 浓容易堵塞 管路 , 太稀不能完全封堵钻孔 。 2 使用操作必须要有 2 ~3 人进行 , 要互相协作。 3 每次使用完要及时用清水冲洗封孔器, 否则会堵塞。 4 每次注浆完 以后 , 对压 风封孔装 置进行排 空时 , 人 员不 能正对排空 口, 防止压风伤人 作者简 介 谭建文 1 9 6 6 一 , 男 , 江西 萍乡人 , 毕业 于江西应用 工 程职业学院 , 工程 师, 现任坪湖煤业通风 安全副总工程 师。 收稿 日期 2 0 0 8 1 1 1 2 2 编辑 叶忠群 9