瓦斯抽采钻孔堵注一体封孔技术及应用.pdf

2 0 1 3年第 1 0 期 中州煤炭 总第2 1 4期 瓦斯抽 采钻 孑 L 堵 注一体 封孑 L 技术及应 用 胡金 红 中国平煤神 马集 团 技术 中心 瓦斯研 究所 ， 河 南 平顶 山4 6 7 0 0 0 摘要 针对 目前我 国煤层 瓦斯抽采钻孔普遍使 用机械 注水泥砂浆封孔 、 化 学聚氨酯封孔等技术存在 的封孔 质 量差 、 操作复杂 、 瓦斯抽采浓度低 等 问题 ， 提 出了堵注 一体 封孔器封孔技术。 阐述 了堵注 一体封 孔器 结构 、 工 作原理 、 操作技术 步骤及规 范等。实践应用表 明， 该技术使 用方便 、 封堵可 靠， 提 高 了抽 采钻孔 的封孔 质量 ． 使 钻孔瓦斯抽采浓度提高 了4 0 ％ ～ 6 0 ％ 。 关键 词 瓦斯抽采 ； 封孔质量 ； 堵注 一体 封孔器 中图分类号 T D 7 1 2 ． 6 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 3 1 0 0 0 5 4 0 2 I n t e g r a t e d Cl o s u r e a n d I n j e c t i o n S e a l i n g Te c h n o l o g y f o r Ga s Dr a i n a g e Ho l e a nd I t s Appl i c a t i o n Hu J i n ho n g G a s I n s t i t u t e ， T e c h n i c a l C e n t r e ， C h i n a Pi n g me i S h e n ma G r o u p， Pi n g d i n g s h a n 4 6 7 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t A t p r e s e n t ， me c h a n i c a l i n j e c t i o n c e me n t mo r t a r s e a l i n g ， c h e mi c a l p o l y u r e t h a n e s e a l i n g a r e c o mmo n l y u s e d i n d r i l l h o l e s f o r g a s dr a i n a g e o f c oa l mi n e s i n o ur c o u n t r y， t h e s ea l i n g q u a l i t y o f t h e s e me t h o d s i s p o o r ， a n d t h e o pe r a t i o n s a r e c o mp l e x， t h e c o n c e n t r a t i o n o f g a s d r a i n a g e i s l o w． Ai mi n g a t t h e s e p r o b l e ms ， a n e w d r i l l h o l e s e a l i n g t e c h n i q u e w h i c h i n t e g r a t e s c l o s u r e a n d i n j e c t i o n wa s p r o p o s e d i n t h i s pa p e r ． Th e d e v i c e s t r uc t u r e， wo r ki ng p r i n c i pl e， o p e r a t i ng p r o c e d ur es a nd t e c h ni c a l s pe c i f i c a t i o ns， pr e c a ut i o n s we r e d e s c r i b e d， t u b． The r e s u l t s s ho w t ha t t he t e c h no l o g y i s e a s y t o u s e， a n d s e a l i n g qu a l i t y i s r e l i a bl e， t he us a g e o f t he t e c h no l o g y c a n i mp r o v e q ua l i t y o f d r a i n a g e h o l e s s e a l i n g， t he c o nc e n t r a t i o n o f g a s dr a i n a g e d r i l l h o l e c a n b e i n c r e a s e d b y 40～60％ ． Ke y wo r d s g a s d r a i n a g e； s e a l i n g q u a l i t y ； d r i l l h o l e s e a l i n g d e v i c e i n t e g r a t e d c l o s u r e a n d i n j e c t i o n 在煤 矿 瓦斯抽 放 中 ， 钻 孔 打 到 位 后 能 否抽 出瓦 斯 ， 除取 决 于泵 和管 网系统 的能力 外 ， 在很 大程 度上 还取决于钻孑 L 的封孔质量 。目前 ， 我 国约有 6 5 ％的 回采工 作 面预抽 瓦斯 浓度 低 于 3 0 ％ ， 充分 反 映 了抽 采钻孔 封 孔 质 量 差 的 现 状 ⋯ 。我 国 煤 层 瓦 斯 钻 孔 的封孔 技 术主要 有 机械 注水 泥砂 浆封孔 、 化 学 聚氨 酯封孔 、 K F B型矿 用 封孔 器 封 孑 L 等 。采 用 机 械 注 水 泥砂浆 封孑 L ， 虽 可大 大缩 短封孔 时 间 ， 但 是 目前 的机 械注 浆设 备笨重 ， 加 大 了工人 的劳 动强 度 ， 延 长 了搬 运时间 ， 虽然可以保证倾斜钻孑 L 封孑 L 质量 ， 但对于近 水平或缓倾斜煤层不适用 ； 由于聚合材料 发泡倍数 高 、 质量 小 ， 发泡 聚合 材 料 封 孔 具 有 工艺 简 单 、 密 封 可 靠 、 封 孔 迅 速 等 特 点 而 得 到 了广 泛 应 用 ， 然 而 目前化 学 聚氨酯 封 孑 L 技术 主 要 是 采用 徒 手封 孔 ， 封 收 稿 日期 2 0 1 30 7一 O 4 作者简 介 胡金红 1 9 7 7 一 ， 女 ， 河南 泌 阳人 ， 工程师 ， 2 0 0 9年 毕业 于河南 理 大学 ， 现从事技术管理工作 。 5 4 孔长 度 只有 35 m， 不 能有 效封 堵 钻孔 瓦斯 抽 采松 动裂 隙带 ， 瓦斯 抽 采 浓 度 不 高 ， 钻 孔 抽 采 寿命 不 长 ； 甚 至对操 作不 熟 练 的封 孑 L 工 人 ， 由 于 聚氨 酯 发 泡 反 应快 一 般在 2～ 4 ra i n完 成 ， 抽 采 钻孑 L 往 往 很难 成 功 封孔 而 造 成废 孔 ； K F B型 矿用 封 孑 L 器 封 孔 存在 封 孔 质量 差 、 操 作 复 杂 、 可 重 复 利 用 率 低 等 问 题 和 缺 陷 。为 了克服 上述 封孔 技 术 的缺 陷 ， 平 煤 股 份 四 矿 应用 封 注一体 封孑 L 技术 ， 该 技术 操作 简单 ， 省 力省 事 ， 气 密性 好 ， 取 得 了 良好 的应用 效果 。 1 堵注 多功 能封孔器的结构 堵 注多 功能 封孔 器 由高 压 橡 胶 膨胀 胶 管 作 为 密 封件 的封 孔装 置 、 注 浆 回路 用 来 注 浆 、 封 堵 、 抽采 通道 抽 采装 置 组 成 。 由于 在 实 际施 工 中 ， 抽 采 钻孔 分 为上 向孔 与 下 向孔 2种 类 型 ， 故 堵 注 多功 能封孔 器 的结构 也 分 为 2种 ， 在 上 向孔 中用 的 封孑 L 器 为 S型 ， 在 下 向孑 L 中用 的封孔 器为 x型 。 2 0 1 3年第 1 0期 胡金红 瓦斯抽采钻孔堵注一体封孔技术及应用 总第 2 1 4期 2使 用条件 和工作原理 适用 于煤 矿 井下 钻孔 净 径 大 于 8 0 m、 所 有 需 要 下抽采管并进行封注的抽采孔。该技术所用装备主 要有 堵注一体封孔器 、 注浆压力 大于 4 M P a注浆 泵 、 抽采管等。 在封孔施工 中， 进浆导流管 、 外接抽排管分别与 封孔器 的进浆 口接头和抽 排管连接 。封孔器 装入 后 ， 距孔 口的位置根据实际要求设定 ， 然后用注浆泵 通 过导 流管 和封 孑 L 器 注浆 。 由于安 全 阀的封 堵使 该 回路封 闭 ， 产生 压 力 ， 通 过 腔 内的单 向 阀隔膜 向膨胀 管 注压 ， 从 而使 膨 胀 管 的 管径 迅 速变 大 与钻 孔 壁 闭 合 形成 初 次封 堵 。 当 回路 中 压力 大 于 3 MP a时 ， 安 全阀打开 ， 出浆 口的隔膜装置被顶破 ， 浆料从 出浆 口 处 喷 出 同 时 由于 单 向 阀 隔膜 的 作 用 ， 膨 胀 管 里 的 压力不会泄漏 ， 喷出的浆料流至封孔器 出浆 口处 凝 固 ， 形成 二 次 封 堵 ， 最 后 通 过 抽 排 管 抽 排 瓦 斯 或 7 K。 3 操作步骤 现 以下 向堵 注一体 封 孑 L 器 使用 操作 步骤 为 例进 行 说 明 上 向堵 注 一体 封孔 器原 理 大致 相 同 。 1 先 按 正 常 步 骤 向孑 L 内下 入 抽 采 管 ， 然 后 在 预定位置把抽采管与堵注一体封孔器前端相连 。 2 连 接 好 后 ， 用 2 j 1 2 ． 7 ml2 q管 与 封 孑 L 器 进 浆 口相连 接 ， 抽采 管 与封 孔器 抽采 口相 连 ， 并一 直 连接 到孔 口。 3 在 孔 口 0 ． 5～1 ． 0 1 1 1 处 ， 把 孔 壁 与抽 采 管 之 间的环 空 间隙堵 实 ， 并下 入 1 根 出气 管 ， 出气 管上 安 装 球 阀 。 4 把 注 浆 泵 出浆 口 与 l 2 ． 7 I T l m 注 浆 管 相 连 ， 然 后压 入清 水 ， 此 时注 浆 泵 压 力 表 会 迅 速 上 升 ， 当压力上升到 3 MP a左右时， 压力将突然下降到很 小 ， 此 时说 明 出浆 口隔膜 装 置被 顶破 ， 橡 胶膨 胀管 在 逆止 阀的作 用下 实 现 了 自封 。 5 利用 注浆泵 正常注浆 ， 当返浆管返浆后 关 闭球 阀实行 带压 注浆 。 4注 意事 项 1 封孔器在使用时， 不得过度弯 曲， 以免封孔 器局部变形 ， 选择适合 的金属接头形式和规格 合理 装 接 ， 以免损 伤封 孔器 。 2 各 连接 处 要注 意密 封 ， 不得 有 泄漏 。 3 安全 阀旋 到位 即可 ， 不可 太紧 。 4 封孔 器 要 下 在 岩 石 段 ， 不 能 下 在 煤 层 或 破 碎 地层 中 。 5 使用 时应先 注水 ， 打开安全 阀后 ， 再注浆。 注水时 要密 切观 察 压力 表 变 化 ， 以 防在 隔 膜装 置 未 顶 开 的情况 下注 浆 。 5应 用 实例 及 效 果 此 技 术在 平 煤 股 份 四矿井 下应 用 1年多 来 ， 取 得 了 良好 的效 果 。在 戊 一 1 9 0 7 0采 面 回风 巷 施 工 了 2 4 9个迎 面斜 交 钻 孔 ， 全 部 采 用 堵 注 一 体 封 孔 器 封 孔 ， 注 浆设 备为 电动 注浆 泵 ， 注 浆管 采 用 1 2 ． 7 m m 的铁 管 。在隔膜 装 置 打 开前 ， 明显 看 到 注 浆 软 管接 头处渗漏浆 ， 正在膨胀胶囊 ； 待隔膜装置打开后 ， 渗 漏现象消失。注浆结束后量测孔 内瓦斯正 常， 不存 在漏 堵 孔 底 现 象 ， 现场 测 定 瓦 斯 浓 度 在 6 0 ％ ～ 1 0 0 ％ ， 抽采 负 压 1 4～ 2 0 k P a ， 平 均 瓦斯 抽 采 浓 度较 使用堵注 一体封孔 器前 的封孔方 法提 高了 4 0 ％ 。 在 己 3 1 0 4 0运 输巷 高抽 巷 进行 了 1 5 0个 下 向 钻孔 的封 孑 L ， 用 气动 封孔 泵进行 注浆 ， 封 孔后 瓦斯 抽采浓 度在 5 5 ％ ～ 8 4 ％ ， 抽 采 负 压 1 4～2 2 k P a ， 平 均 瓦斯 抽采浓度较使用堵注一体封孔器前的封孔方法提高 了 6 0 ％ 。 6 结 论 1 堵 注 一 体 封 孔 器 因 外 径 比 正 常 封 孔 管 稍 大， 在向孑 L 内下置过程 中较简单 ， 容易下置到位 。 2 堵注多功能封孔器结构简单 ， 体积小 ， 质量 轻 ， 安装、 使用方便 ， 降低了工人劳动强度。 3 堵 注多 功 能 封 孑 L 器具 备 封 堵 及 时 、 堵 注 一 体 的功 能 ， 实现 了 即时堵 、 注 ， 带 压封孔 。 4 堵 注多功 能封 孔 器封 堵 严 密 、 可靠 ， 能较 大 程 度地 提高 钻孔 抽 采浓 度 ， 且 封 孔 深 度 可 以根 据 需 要 任意 选择 。 参 考 文献 [ 1 ] 王兆 丰． 我 国煤矿 瓦斯抽放 存在的 问题 及对策探 讨 [ J ] ． 焦作 工学 院学报 自然科学版 ， 2 0 0 3 ， 2 2 4 2 4 1 2 4 6 ． [ 2 ] 赵正均 ， 郭胜均． K F B型矿用水泥稠浆封孔泵 的研制 [ J ]矿业 安全与环保 ， 1 9 9 9 2 1 9 - 2 0 ． [ 3 ] 陈杰 ， 金 龙哲． 关 于 聚氨酯 封孔 可提高 瓦斯抽 放效 果 的研究 [ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 0 3 8 4 7 - 4 9 ． 责任 编辑 刘光 雨 5 5