破碎顶板封孔工艺技术研究与应用.pdf

应 用 技 术 詈 詈 破碎顶椒封-T t ． ．r - ． 艺技术研 究与应用 张海波 -一 -I矿 井简 介 、薛村矿 为煤 与 瓦斯 突出矿 井 ． 煤 层 为突出煤 层。为保证矿井安全生产 ． 薛 村矿在进行 煤层开采前 ， 对其下保 护层 进行开采 。 以对 2 * 煤层进行卸压保护。 薛村矿 以前选择下保护层 4 煤层作为保 护层开采 ， 这次 首次采用 3 * 煤层作为保 护层 开采 ． 一座煤 工 作面直接顶 为粉砂岩 ， 厚度 4 ． 0 m， 黑 灰色致密 。 下部含有 黄 铁矿结核 ； 直接底为粉砂 岩 ， 厚 2 ． 8 m， 灰褐色 ， 含炭质成分较 高 ． 断续水平层理 ， 含植物化石 。由于工作面顶底板岩层为粉 砂岩 ， 节理 发育 ， 在工作面掘进 过程 中， 受采动 影响 。 顶板 比 较破碎。 开采一座煤 保护层 ． 在工作 面尾巷布 置穿层钻孔 ． 预 抽 被保护层大煤瓦斯 。3 煤层 由于顶板破碎严重 ． 在施 工过程 中孔 13容易塌孔 ， 经常刚刚拔 出钻杆 。 孔 13就塌孔 。 钻孔施工 完毕后 ． 采用 原聚氨酯加水 泥挤浆 的封孔工艺 ． 钻孔 喝风严 重 。 二、 一座煤工作面钻孔封孔工艺 9 3 1 3 0 2一座煤工作面顶板厚度为 4 m 的粉砂岩 ． 受采动 影响 ， 顶板 比较 破碎 ， 出现钻孔施 工时孔 I I 易塌孔 、 成孔难 、 封孔不严等难题 ， 经研究决定 ， 采取如下措施 1 ． 使用大孔径钻头扩孔 1 5 m。 使其 穿过破碎带 2 ． 延长封孔深度 ． 封孔 管采 用 1 0 8 m n l 套皮 1 5 m． 封孔 深度 1 4 m． 使其穿过破碎带 ， 进入稳定岩层 。 3 ． 由于顶板较破碎 ． 如果依然 采用聚氨酯封f L a il 水泥挤 浆 的方 法封孔 ． 一是封 孔不易 ． 二是挤浆 后水泥浆会 沿破碎 顶板裂缝渗 出， 造成抽采时漏气 。所 以决定采用聚氨脂孑 L 口 段封孔 3 0 0 m m深 ． 预留机 械注聚氨脂管 西1 5 r a m铁管 ． 通过 2 Z B Q l o ， l 2气动注浆 泵向孔 内挤聚氨脂的封孔方法 4 ． 采用 聚氨脂封孔 。 严格控制注入聚氨脂量 ． 防止 因注入 过量聚氨脂导致钻孔里段被封实 ， 造成废孔 。 聚氨脂到货后 ， 分别在地面和井下进行 了试验和一些基本参数 的测定 试验 时考虑 到反应时 间快 ， 井下封孔操 作工艺较复 杂 ， 采 用模仿 试验 ． 即先将 棉纱捆绑 在塑料管上 ， 将树脂 淋在棉纱 上后再 淋催化 剂 ， 之后放人铁 管 内暴露 在空气 中进行 观察 ， 使用聚 氨脂 A、 B料以 1 l比例进行 实验 ， 实验表 明体积膨胀率为 1 l 2。 钻孔封孔段孑 L 径 1 3 3 mm．长度 1 5 I n ．钻孔空间体积 为 0 ． 1 3 3 2 2 3 ． 1 4 x1 5 0 ． 2 0 8 m3 封孔管孔径 1 0 8 mm． 长度 1 5米 。 封 闭长度为 1 3 ．7 m， 体积为 0 ． 1 0 8 2 2 x 3 ． 1 4 x 1 3 ．7 0 ． 1 2 5 m3 需要封闭钻孔空间为 0 ． 2 0 8 0 ． 1 2 5 0 ． 0 8 3 m 3 单孑 L 封孔需要聚氨脂 A 、 B料体积和为 0 ．0 8 3 l 2 - ．．- 0 ． 0 0 7 m 3 图 1封孔 示意 图 三 、 效果分 析 1 ． 常用封孔工艺缺点 。 我 国煤矿刚开始采用黄泥 、 水泥团 9 0 囝煎圜2 o 1 2 年 第 0 9 期 人工封孔 ，由于不同操作人员的技术水平和人工添堵 长度所 限 ． 封孔质量很难保证 使用聚氨脂加水泥浆封孔 钻孔施工完毕后 ， 用棉纱蘸 聚 氨脂封 闭孔 口， 预留注浆管 ． 进行水泥二次挤浆 ． 水泥砂浆靠 自然下沉凝固 ， 适用于 围岩较稳定、 无含水层地点 。缺点是 用 水泥充填存在水泥沉降漏气 。人 工充填时间长 ．质量难 以保 证 ， 工程量大 ． 封孔时间长等缺点 使用聚氨脂封孔 。 按 1 1比例进行配 比． 先将棉纱缠绕在 P V C管上 。 再把配 比好的聚氨脂涂抹在棉纱上 ． 涂抹后必须迅 速把 P V C管送入钻孔内 ． 聚氨脂发生膨胀 ． 从而达到封孔的 目 的。在使 用过程中存在缺点 由于棉纱必须首先存在封孑 L 管 上 ， 再涂聚氨脂 ， 而且 涂抹须均匀 、 快 速 。 需 要 3 4人 配合完 成 ， 功效低 ； 钻孔封孔长度有限 。 不能实现长距离封孔 。 使 用橡胶膨胀封孔器进行封孔 ， 因封孑 L 距离短 、 存在漏气 现象而 未进行推广。 2 ． 效 果分析对 比。众所周知 ， 钻孔瓦斯抽采效果 的好坏 ． 关键 是钻孔 的合 理布置 ， 其次是钻孔 孔 口的封 孔质量 ． 无论 是 本煤层抽放 、 邻近层 抽放还是 采空区抽放 ． 在合 理设计钻 孔参数 的基础上 ， 增加有效封孔长度 ． 封孔质量好 ， 孔 口严 密 不漏气 ， 才能抽 出高浓度的瓦斯 ． 提高抽采效果 。瓦斯抽采钻 孑 L 要保 持较高 的抽采负压 。 增加 封孔长度 ． 确保封孔 严密是 关键 特别是采用 U型钢支护的巷道孔 E l 有破碎的岩石孔更 是 如此 。 通过我矿 9 3 1 3 0 2一座煤工作 面钻孔封 孔方法的实际应 用 ， 经过跟踪观测 ， 采用延伸封孔长度 到稳定 岩层 的方 法 ， 先 用 聚氨脂封闭孔 V I ． 然后再使用 2 Z B Q 一 1 0 ／ 1 2气动注浆泵通过 预留管 向孔 内注入聚氨脂 的封孔方法 ．钻孔抽采 负压可达 2 0 k P a - 2 5 k P a ， 没有出现钻孔漏气现象 。 在封孔过程 中由于操 作失误导致两个钻孔封死 ， 重新补孔 ， 进行再次封孔 ， 从而保 证 了钻孔的封孔质量 ， 实现了高负压连续抽采 。 瓦斯浓度保证 在 3 5 ％ 2 t 。 通过使用该方法进行封孔 ． 总结经验认为有以下几个优点 1 封孔材料 主要为聚氨脂 ， 较 以往封孔方法 ， 既经济 又 方便。 2 封孔方法 简单 。 使用人 员少 ， 两个人配合即可完成 整 个钻孔的封孔过程 ． 提高了劳动效率。 3 钻孔的封孔材料为聚氨脂 ， 聚氨脂膨胀性快 ， 能够迅 速充填钻孔周围裂 隙。 胶结破碎 的围岩 ， 保证钻孔不漏气 。 4 钻孔采用机械封孔 。 钻孔封孔深度较长 ， 实现了长距 离封孔 1 3 ． 7 m ， 提高了抽采效果 。 5 攻克了破碎顶板抽采钻孑 L 封孔不严 。抽采浓度低 、 抽 采效果差 的技术难题 3 ．技术创新关键点 技术创新关键在于 1 聚氨脂 A 、 B料使用 1 1比例进行实验 ， 通过实验表明 体积膨胀率为 1 1 2 2 采用聚氨脂机械封孔适用顶板 比较破碎 的地 区。 它能 够 迅速封孔 ， 封 闭钻孔周 围裂 隙， 胶 结破 碎围岩 ， 达到 了封 孔 长度深 、 严密、 不漏气 、 钻孔随封随抽 的效果。 3 它克服了传统聚氨脂加水泥挤浆封孔方法浪费人工 、 封孔效果差 、 易漏气的缺点。 四 、 结论 9 3 1 3 0 2 一座煤工作面采用聚氨脂机械封孔 的方法后 ． 减 轻了工人劳动强度 ． 提高 了工作效率 ． 保证 了开采保护层预抽 大煤 瓦斯的抽采效果 ． 提高 了抽采率 ． 同时提高 瓦斯抽采利用 浓度 ． 具有 良好 的社会效益。 作者单位 冀中能源峰峰集团薛村矿