新河矿井下向抽采钻孔加压封孔技术研究.pdf

1 0 8 价值 工程 新河矿井下向抽采钻孔加压封孔技术研究 On t h e Te c h n o l o g y o f Ex t r a c t i o n ， Bo r e h o l e ， I n fl a ti n g a n d S e a l i n g i n t h e Do wn wa r d - h o l e o f Xi n h e M i n e 张艳利 Z HA NG Ya n l i 河南工业和信息化职业学院， 焦作 4 5 4 0 0 0 H e n a n C o l l e g e o f I n d u s t r y＆I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ， C h i n a 摘要 为解决目前抽采钻孔封孔质量差， 漏气严重， 强度不高等问题， 本文通过对加压封孔技术和施工工艺进行研究， 确定了加 压封孔技术参数和施工工序， 现场试验结果表明该技术有效提高封孔质量， 为瓦 斯抽采、 下向孔排水、 水力压裂的顺利开展提供保障。 Ab s t r a c t I n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e ms o f t h e p o o r q u a l i t y ， s e r i o u s a i r l e a k a g e ， l o w i n t e n s i t y o f g a s d r a i n a g e b o r e h o l e a n d s e a l i n g a t p r e s e n t ，thi s p a p e r s t u d i e s t h e t e c h n o l o gy o f i n fl a t i n g a n d s e a l i n g a n d the c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y t o d e t e r mi n e the p a r a me t e r s a n d c o n s t r u c t i o n p r o c e s s o f i n fla t i n g a n d s e a l i n g t e c h n o l o g y ． Ex p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t ， t h i s t e c h n o l o g y e ff e c t i v e l y i mp r o v e s t h e q u a l i t y o f h o l e s e a l i n g ， a n d p r o v i d e g u a r a n t e e f o r t h e s mo o th d e v e l o p me n t i n g a s e x t r a c t i o n ， d r a i n a g e i n d o w n wa r d - h o l e a n d h y d r a u l i c f r a c t u r i n g ． 关键词 瓦斯抽 采； 下向孔； 加压封孔 Ke y wo r d s g a s e x t r a c t i o n ； d o w n w a r d h o l e ； i n fl a t i n g a n d s e ali n g 中图分类号 T D 7 1 2 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 4 3 1 1 2 0 1 5 1 9 0 1 0 8 0 2 1 研究 目的 新河矿井地质条件极为复 杂， 矿井瓦斯含量高 ， 压力大， 具 有突 出危险性。煤层底板离灰 岩含水层近 ，煤层直接顶板为 泥岩 ，间接顶底板分别为砂岩 含 水层 ， 含水 丰 富 ， 因此矿 井拟 采 取下 向瓦 斯抽 采孔排 水 排渣 气驱技术及水力压裂技术进行 瓦斯突 出治 理 。为使 瓦斯 治理 项 目实现较好效果 ，必须对现 有封孔工艺进行优化，确定封 孔材料组成， 使其渗透性、 凝结 时间、固结强度等满足下向孔 排水及水力压裂需要。 2 加压封孔技术 加压封孔技术基于加压水 泥 浆 渗入 瓦 斯 抽 采 孔 壁 裂 隙 ， 防止因钻孔壁裂隙发育漏气 ， 从 图 1 下向孔封孔结构示意图 而提高抽采瓦斯浓度和抽采效果； 防止煤层顶板裂隙水通 过孔壁裂 隙进 入钻 孔 ， 增 加钻孔涌水量。 同时封 孔时通过 预埋 1 根 6分铝塑管，作为自动排水排渣气驱的压风管／ 注水管 ， 为后期下向孔自动排水排渣气驱奠定基础。 3 “ 聚氨酯 水泥浆” 加压封孔技术要求 煤矿井下下向瓦斯抽采孔“ 聚氨酯 水泥浆” 加压封孔 结构如图 1 所示。钻孔内注浆段至煤层， 即岩孔段全部注 将封孔；孔内管包括 1 根瓦斯抽采管、 1 根压风／ 注水管、 2 根注聚氨酯管 、 l 根注水泥浆管。 孔内管规格及封孔注浆技术参数如下 ① 瓦斯抽采管， 采用矿用“ 聚氯 乙烯双抗抽放管 ” ， 外 径 5 0 m m， 煤孔段全部制作成筛管， 如图 2 所示。制作筛 作者简介 张艳利 1 9 8 4 一 ， 女， 河南登封人， 助教， 主要从事矿井 通风与安全方面的教学和研究。 图2 抽采管示意图 管要求 每 5 0 mm设置 1 个直径为 1 0 m m的透气孔， 相邻 透气孔沿抽采管成 4 5 o 相位角 ；最里端抽采管距里端头 1 5 0 m m处开 1 个直径为 2 6 m m的孔 ， 作为压风管进 入 口。 ②下向孔压风管， 采用 6分铝塑管， 外径 2 5 mm， 内 径 2 O m m。 ③注聚氨酯管和注水泥浆管， 采用 4分铝塑管， 外径 2 O m m， 内径 l 6 m mo 8 0 0 mm 图 3注聚氨酯帆布袋示意图 ④注聚氨酯段要求用帆布袋， 如图 3所示。帆布代制 作要求 长度 8 0 0 mm， 直径为钻孔直径的 1 2 0 ％， 距外端 I I I lI Ion Va l u e En g i n e e r i ng l 1 09 1 0 m m 处有一直 径为 4 , 2 5 m m 的进 注聚 氨酯 的铝 塑管 小 开口袋， 长度为 1 5 0 m m。内衬塑料袋 长度为 7 0 0 m m， 直 径为钻孔直径 的 9 5 ％。 ⑤聚氨酯用量采用下式计算 Q j 式中 Q i 一聚氨酯 A液或 B液所需用量， ml ； 卜 封孔布 袋的长度 ， c m R ． 一封孔布袋的半径， c m； k 一聚氯酯 A液、 B液混合后的膨胀系数， 取 l 0 1 5 。 ⑥水泥段分为无压水泥浆段和加压水泥将段。 加压注水泥浆两端仅采用聚氨酯封孔， 容易漏浆导致 带压封孔失败 ， 因此预先注入--／ ] ＼ 段水泥 ， 防止漏浆， 提高 带压水泥浆段的压力。 注浆用水泥采用焦煤筑王公司生产 的“ 瓦斯抽放封孔料” ， 水泥干料与水按质量 1 1 或比重为 1 ． 6 2 试验膨胀率最大 配咸水泥浆。 1 无压水泥浆段长度及水泥浆用量。 根据试验， 无压水泥浆段有效长度 5 0 0 m m时， 注浆 压力可达到 0 ． 8 M P a ，因此，无压水泥浆段的长度最小取 5 0 0 m m， 如图4 。水泥浆用量按下式计算 Q W 1 T R Z 1 Z 2 ／2 ’ 式中 Q 水泥浆所需用量 ， m l ； R _ 一钻孔的半径， m m Z 一无压水泥浆段有效长度， mm， 取 5 0 0 mm； z _无压水泥浆段无效长度， 计算公式为 1 2 ； t g o L d 一钻 孔直径 ， m m 一 钻孔倾 角。 2 加压水泥浆段长度、 水泥用量及注浆压力 图4 无压水泥浆段水泥浆用量计算示意图 加压段封孔长度为岩孔段长度减去两端聚氨酯段长 度， 再减去无压水泥段长度。水泥浆用量按下式计算。 Q d 盯 R 2 Z Q k 式 中 Q 厂 水泥 浆所 需用量 ， m l ； R _钻孔的半径， m m； 卜 两端聚氨酯药袋之间的长度， mm Q 无压水泥 浆段 的水泥 浆用量 ， m l k 一冗余系数， 取 1 ． 1 1 ． 2 。 加压注水泥浆压力上限以不损坏抽采管为准 ， 因此注 浆压 力取 0 ． 6 M P 8 。 4 “ 聚 氨酯 水 泥浆” 加压封孔施工工序 封孔作业工序主要有 下管、 注聚氨酯、 无压注水泥浆 S a W n 压注水泥浆。 4 ． 1下管 ①下管时要计算好各种管材需要长度 ， 准确记录下管 长度， 确保各种管材下至预定位置。 ②首先下煤孔段抽采筛管， 对于下向孔， 同时要下压 风管，每隔 2 0 0 0 m m用铁丝把压风管和抽采管捆绑在一 起； 抽采筛管和压风管最里端端 口缠裹一层窗纱 ， 防止煤 岩粉进入堵塞。 ③从岩孔段最里端抽采管上套注聚氨酯布袋 ， 同时下 注聚氨酯铝塑管， 布袋两端用铁丝扎紧 ； 每隔 2 0 0 0 m m用 铁丝把压风管、 注聚氨酯管和抽采管捆绑在一起。 ④从岩孔段中间开始， 下注水泥浆铝塑管 ， 每隔 2 m 用铁丝把压风管、 注聚氨酯管、 注水泥浆管和抽采管捆绑 在一起。 ⑤距孔口2 2 0 0 mm处套注聚氨酯布袋，同时下注聚 氨酯铝塑管， 布袋两端用铁丝扎紧。 4 ． 2注聚氨酯 ①聚氨酯分 A、 B料， 用双液泵注入， 先注入里端聚氨 酯 ， 再注外端聚氨酯， 各注聚氨酯 1 ～ 1 ． 5 k g 。 ②注聚氨酯过程中应确保 A 、 B料按比例注入。 ③注完聚氨酯后， 洗泵， 做好记录， 与注水泥浆班做好 交接工作。 ④注完聚氨酯 4小时后， 方可进行无压注水泥浆。 4 ． 3无压注水泥浆 ①无压注水泥浆用量按钻孔实际参数计算为准。 ② 当注浆量达到预定值 时， 注浆结束， 立即用清水 洗 泵。 ③无压注水泥浆完成 2 4 小时后 ，方可进行加压注水 泥 浆。 4 ． 4加压注水泥浆 ①加压注水泥浆用量按钻孔实际参数计算为准 ， 注浆 压 力为 0 ． 6 MP a 。 ②当注浆量和注浆压力达到预定值时，注浆结束， 立 即用清水洗泵， 最后用机油清洗泵体关键管路部件。 ③加压注浆结束 2 4小时后， 可连负压进行瓦斯抽采。 ④ 自动排水、 排渣、 气驱用铝塑管与 “ 下 向孔 自动排 水、 排渣、 气驱装置” 电磁阀连接， 以便进行定时排水、 排 渣 、 气驱抽采瓦斯。 5 结论 新河矿井在 1 2 0 9 1下顶抽巷 4 号钻场对 3 2个钻孔使 用了“ 聚氨酯 水泥浆” 加压封孔技术， 封孔严密， 抽采浓度 有大幅度提高， 且强度满足了该钻场排水排渣气驱及水力 压裂的需求 ， 取得了较好 的效果 ， 使瓦斯抽采、 下向孔排 水、 水力压裂可以顺利开展。 参考文献 【 1 】 王圣程， 庞叶青， 张云峰， 胡东亮， 周福宝． 抽采钻孔带压注 浆封孔技术的研究与应用[ J ] ． 煤矿安全， 2 0 1 1 6 4 6 ． 【 2 ] 黄鑫业， 蒋承林． 本煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究 [ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 1 1 1 O 4 5 4 7 ． [ 3 】 王魁军 ， 张兴华． 中国煤矿瓦斯抽采技术发展现状与前景 【 J ] ． 中国煤层气， 2 0 0 6 O 1 ．