煤矿瓦斯二次封孔技术.pdf

2 0 1 4年第 1 1 期 童 堪蕉 甜救 煤矿瓦斯二次封孔技术 孙保 国 贵州大方煤业有限公司，贵州 大方5 5 1 6 0 0 摘要在瓦斯矿井的瓦斯抽放该过程中，为提高瓦斯的抽采率，在瓦斯抽放孔封孔抽放后，利用带压气体将微细膨胀粉 料送入煤层钻孔内，微细膨胀粉料在抽采负压的作用下，渗入煤层周围的网状裂隙内，增加了裂隙内气体的流动阻力，有 效阻隔外界空气进入抽采钻孔的通道，使钻孔 内漏风量显著减少，实现二次封孔。大幅度提高瓦斯抽采浓度，延长有效抽 采期 ，提 高钻孔的利用率。 关键 词煤矿瓦斯 抽放 二次封孔 中图分 类号T D7 1 2 ． 6 文献标识码B d o i 1 O ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 4 ． 1 1 ．4 8 矿井瓦斯是煤矿五大灾害之一 ，长期以来一直 威胁着煤矿的安全生产，降低煤矿的经济效益。目 前瓦斯的治理工作 主要还是依靠对煤层瓦斯 的抽 采 ，但是，受客观地质条件、抽采钻孔施工和封孑 L 工艺等制约。尤其是现有封孔技术 ，在瓦斯抽采后 期 ，钻孔区域不可避免会产生漏风裂隙通道 ，造成 外界空气在抽采负压作用下从这些裂隙通道进入抽 采钻孔内，往往导致瓦斯抽采浓度在短期内就衰减 至 1 0 ％～ 2 0 ％，甚至更低，造成大量瓦斯仍留存于 煤体 ，致使采掘过程中瓦斯时常超限，影响正常生 产，已成为制约钻孔高效抽采瓦斯的瓶颈。 对于大幅度提高瓦斯抽采浓度，延长有效抽采 期，提高钻孔的利用率，目前较有效地是二次封孔 技术。贵州大方煤业有限公司小屯煤矿利用该项技 术进行试验，取得满意的效果。 1 二次封孔技术原理 在第一次钻孔封孔顺利实施并保证封孔质量的基 础上 ，利用带压气体以一定压力将微细膨胀粉料送人 煤层钻孔内，微细膨胀粉料在抽采负压的作用下渗入 煤层周围的网状裂隙内，增加了裂隙内气体的流动阻 力，有效阻隔外界空气进入抽采钻孔的通道，使钻孑 L 内漏风量显著减少，大大提高瓦斯抽采浓度和抽采效 果，延长有效抽采期 ，确保抽采系统安全。 1 ． 1 确定封孔长度的理论基础 在确定抽采钻孔封孔长度时，应坚持 “ 不向钻 收稿 日期2 0 1 4 0 9 2 0 作者简介孙保国，1 9 8 2年毕业于山东矿业大学，分配至兖州 煤业股份 有限公 司北 宿煤矿工作 ，2 0 0 3年至 2 0 0 8年 贵州能化公 司青龙煤矿书记，2 0 0 8 年至今贵州大方煤业有限公司董事长。 孔漏风，有足够长有效抽采周期 ，封孑 L 长度尽量短” 的原则。对于抽采巷道围岩瓦斯钻孔的封孔长度， 必须超过巷道周围裂隙圈深度的范围，才能避免空 气通过这些裂隙吸人钻孑 L 和抽采系统。 1 ． 2 巷道裂隙圈的形成 裂隙圈是由煤层或岩层拉伸破坏形成的。当巷道 在掘进过程中，径向产生压应力和压缩变形，而切向 将产生拉应力和拉伸变形，由于岩石抗拉强度很差， 当拉伸应变超过破坏应变时，径向将产生裂隙，形成 裂隙圈。由于巷道掘进后形成松动圈的深度超过封孔 的深度，裂隙带构成了钻孔短路风流的良好通道，这 些裂隙将对抽采钻孔 的气密性产生直接影响。 1 - 3 封 孔 长度 的确 定 经过查阅大量资料和现场实践 ，巷道周围形成 的裂隙圈半径约为 3 ～ 5 m，考虑到其它一些影响因 素，封孔位置应避开松动圈，因此封孑 L 位置应在距 孔 口5 ～ 7 m处 ，封孔长度 3 ～ 5 m。封孔位置和封孔 长度的确定 ，可使封孑 L 段有效避开裂隙圈，提高封 孑 L 效果 ，减少封孔材料的使用量。 2 二次封孔工艺 第一 次封孔 阶段 的封孔工艺 如 图 1 所示 ，封 孔 材料以赛瑞材料为例。在工作面煤体实施顺层钻孔， 直至达到设计深度后插入抽放管并在 L 1 段注浆发泡 封孑 L 。L 2 为预留的第二次封孔空间，一般为 2 ～ 3 m。 1 ． 煤层钻孔；2 ． 抽采管；3 ． 阀门；4 ． 赛瑞材料 5 ． 裂隙群；6 ． 煤体7 ． 孔口 图 1 第一次封孔原理示意图 1 1 2 童 髓茬 科技 2 0 14 年 第 1 1 期 第二次封孑 L 是在第一次封孑 L 阶段结束后，经过一 定时期的瓦斯抽采，煤层开始收缩变形，透气系数增 高，钻孔周边煤层的裂隙迅速扩张、发育，外界的空 气通过裂隙网进入抽采钻孑 L 内，导致瓦斯抽采浓度明 显下降时。利用一定压力的气体将微细膨胀粉料送入 煤层钻孔内，如图 2 、图3 所示，实现第二次封孑 L 。 封孔中 b 封孔后 1 ． 煤层钻孔；2 ． 抽采管；3 ． 阀门；4赛瑞材料； 5 ． 微细膨胀粉料；6 ． 裂隙群；7 ． 煤体；8 ． 孔0；9 ． 粉料输送管 图 2 第二 次封孔 阶段 示意图 微细膨胀粉料在瓦斯抽采系统负压的作用下渗 入煤层周围的裂隙群内，增加了裂隙内气体的流动 阻力，有效阻隔外界空气进入抽采钻孔。 平均浓度在 2 3 ． 8 0 ％, -- 4 8 ． 0 0 ％之间，抽放周期已保持 了半个月 。 耋 [兰耍盈匾二二三三 匦[] 图 3 运顺二 次封孔 实验钻孔 与 现原始封孔钻孔瓦斯浓度曲线对比 图 1 6 0 1 运顺现封孔钻孑 L 平均浓度 6 ． 0 0 ％～ 3 5 ． 0 0 ％ 之间，单孑 L 浓度平均维持在 1 0 ． 7 5 ％； 一嚣 兰嚣 0 ． _二 ． 二 二 ≯ _ ， ， _ ， 一 ●i j _ 三 二 三 ≥一j ≤ 二 三二 二 三 三 l ～ 2 0 1 ⋯ Z 09 A ～ ⋯ 7 0 ～ 1 20 ⋯ 9 , t ⋯6 二 7 _ 2 o 2 o 瑚 。 ’ 2 D u 舯 ’ 曲 m“ 二 三 _虹 酉 ～⋯～ 簟 菇 葑 1 ⋯ 图 4 轨 顺二次封 孔实验钻 孔与 现原始封孔钻孔瓦斯浓度曲线对 比图 通过图4可看出，1 6 0 6轨顺二次封孔实验钻孔 平均浓度在 3 6 ． 5 7 ％～ 6 6 ． 6 7 ％ 之间 。 1 6 0 6 轨顺现封孔钻孔平均浓度 1 1 ． 7 1 ％～ 3 8 ． 0 0 ％ 之间，单孔浓度平均维持在 1 2 ． 7 9 ％。 3 二次封孔试验 4 结论 经现场考察和与小屯煤矿协商决定 ，试验地点 分为 1 6 0 1 运顺 、1 6 0 6轨顺两个地点。考虑到该矿 煤层 比较松软，一次封完后 ，马上进行二次封孑 L 及 粉料输送 ，粉料在一次封孔抽放时煤体裂隙发育过 程中在负压作用下开始向裂隙游离，有效地封堵煤 体裂隙，使孑 L 口浓度一直保持在高浓度抽放状态。 1 6 0 1 运顺于 2 0 1 2年 8月 5日实施封孔，共计 封孔 7 个 。其 中封 孔前 已塌 孔 3个 ，实 际封孑 L 数 为 4个 2 6 4 、2 6 7 、补 9 1 、9 5 实验钻孔 ；1 6 0 6 轨顺于 2 0 1 2 年 9 月 1 3日实施封孔 ， 共计封孔 1 0 个。 二次封孔实验钻孔与现原始封孔钻孔瓦斯浓度曲线 对 比图如 图 3 、图 4所示。 通过 图 3 可 看出 ，1 6 0 1 运顺二 次封孑 L 实验钻 孔 二次 封孔 后，各 孔 的瓦斯 浓 度平 均提高 了 2 5 ％， 实验组钻孔单孑 L 浓度平均维持在4 6 ． 2 6 ％以上， 提高了抽放浓度 ，加速了瓦斯的抽出，可见二次封 孔效果显著 。 通过考察证实，不仅能长时间保持高浓度抽放， 也能阻止浓度较高抽放孔抽放浓度衰减过快，在一 定程度上提高了煤层瓦斯的抽出率，有效降低 了工 作面的回采过程 中瓦斯超限频率，更好地保证了工 作面的回采接续时间要求。 【 参考文献 】 [ 1 ] 周福宝，李金海，昃玺，等 ． 煤层 瓦斯抽放钻孔 的二次封孔方法研究 [ J ]． 中国矿业大学学报 ， 2 0 0 9 ，3 8 6． 上接 第 1 1 0页 压，两套设计方案，推荐选用 F B C D Z No 3 6 ／ 2 X 7 1 0 型矿用防爆对旋轴流式通风机，并对其通风能力 、 电动机选型 、管网阻力系数、工况点参数、电耗以 及反风措施进行 了验算。推荐方案在红庆梁矿井取 得成功应用 ，起到示范作用 ，具有推广应用价值。 【 参考文献 】 [ 1 ] 郭军鹏 ． 矿井通风系统的设计与实现 [ J ]． 机械 工程与 自动化 ，2 0 1 4 0 6 2 0 6 2 0 7 [ 2] 武权 ． 天安煤矿矿井通风设备浅探 [ J ] 2 0 1 3 0 61 3 0 1 3 2 ． [ 3] 朱建国． 矿井通风设备的选型探讨 [ J ] 2 0 1 3 0 8 7 9 8 0 ． 山西科技 ， 山西煤炭 。 [ 4 ] 程海兵，刘永立，卢本 陶，等 ． 矿井通风机选型 设计 系统的自动化 [ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 0 0 5 1 3 0 1 3 2 ．