瓦斯抽放封孔技术的开发现状及发展趋势.pdf

工业技术 S C IE N C E ＆ TEC HN O L 0 0 Y ．一20 1 3 N O ．1 9 皿圆 瓦斯抽放封孔技术的开发现状及发展趋势① 邢 鲁 义 山东科 技大学 山东 泰安 2 7 1 01 9 摘要 在钻孔抽放瓦斯的过程中， 封孔的方法和封孔的质量在很大程度上决定 了瓦斯抽放的效果。 基于对 目前国内已有的封孔方法的 技术 原理 及优 缺点 的深 入研 究和 分析 ， 就今 后封 孔 工艺发展 的主要趋 势提 出 了作者 自己的看法 。 关键 词 瓦斯抽放 封孔技 术 快速 可 回收 中图分类号 T D 7 1 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 -3 7 9 1 2 0 1 3 0 7 a 一 0 0 7 5 -- 0 1 矿井瓦斯 是严 重威胁煤矿安全生 产的 主要 因素之一 ， 同时也 是一 种 比煤炭开采 寿 命 更 为 长 久 的 优 质 能源 ， 处 理 井 下 瓦 斯 最根本 的措施 是抽放 ， 而在利用 钻孔抽放 瓦斯时 ， 封孔 方法和封孔 质量是制约 抽放 效果的决 定性 因素⋯。 通过对 目前已有 的黄 泥或水泥团封孔技术、 注浆封 孔技术 、 聚氨 酯等化 学材料封 孔技术 、 胶 圈封孔 器和胶 囊封孔 器封 孔技 术以 及胶 圈 囊 一密封 粘 液封孔技 术的研 究和分析发 现 ， 虽然近年 来我 国瓦斯抽放 封孔技术有 了很大 发展 ， 但仍存在 着费时 费力 、 效率 低或者 不可 回 收 、 成本高 等缺 陷。 就 目前情况来看 ， 研究 一 种操作 方便 、 封孔效果好 的可 回收 快速 封孔技 术定能成为今后我国煤层瓦斯抽放 封孔工艺 的发展趋势 。 1 封孔技术开发现状 1 ． 1黄泥或水泥团封子 L 技术 封孔材料 为质地细密且具有 粘结性的 黄泥 、 水 泥 团或黄 泥一 水泥混合物 ， 封孔方 式为手 工操作 。 在 实际操 作 中， 为了使钻 孔密封可靠 ， 封孔时每充填 1 m左右可打入 一 个 木塞 ， 并 用堵棒捣固 。 实践 证明 ， 该方 法使用设备少 、 成本低 ， 但人工封孔费时费 力， 而且黄泥或粘土遇水易软化 ， 封孔时通 常只适 合于 钻孔开 口在岩巷的场 所 ， 封 孔 长度也较短 。 为此 ， 该种封孔技术越发 受到 限制 。 1 ． 2注浆封孔技术 这是 目前应 用相 对广泛 的封 孔方法 ， 其封孔材料为水泥砂浆或膨胀不收缩水泥 浆 。 相 比 来 说 ， 该 技 术 封 孔 深 度 较 长 ， 但操 作起来较 为繁琐 、 劳动强度大 ， 而且水 泥砂 浆 自身干 燥后 通常 出现许 多裂 隙 ， 封孔 质 量难以得 到保证 。 1． 3聚氨酯材料封孔技术 1 一瓦斯抽放管 ； 2一注水管 卸压管 图 1 可回收快速封孔装置结构图 图 2 封孔装置模型 由黑白材料反应生成 的聚氨酯泡沫的 封孑 L 效果虽然较黄泥或水泥 团人工封孔以 及注浆封孔技术有所 改观 【] 】 ， 但 由于其发泡 时 间短 且膨胀后 迅速 固化 ， 送入钻 孔后通 常 只能 充填抽放 管和孔 壁之 间的空间 ， 难 以进入 孔壁的 裂隙之 中 ， 而且该种 材料 不 可 回收 ， 成本较高 。 与该技术 类似 ， 一些煤 矿还进行 了P D材料 、 马丽散以及树脂锚固 剂的试验 ， 虽然有了一定 改进 ， 但抽放水平 仍然与该技 术相当 。 1． 4 胶圈封孔器和胶囊封子 L 器封孔技术 胶 圈封孔 器由外套 管 、 挡圈 、 胶 圈、 测 压管和压力表等组成 。 在 实际操作 中， 当压 紧螺帽被 拧紧时 ， 外 套管随 之会 向前移 动 以压缩胶 圈， 最终使胶 圈径 向膨胀 ， 直至充 满钻孔的整个空间⋯。 胶囊封孔 器则 由操 作 把 手 、 动力传 动杆 、 瓦斯 抽放管 、 密封部件 和 控制阀等 组成 ， 工作 时运用 了力学动 力 传 动 原 理 ， 即 依 靠 外 力 挤 压 封 孔 胶 囊 使 其 膨胀 ， 直至 与钻 孔内壁充分接 触 。 实践证 明， 这两种封孔器在钻孔 围岩细密 、 稳定性 较 好的条件 下具有 良好的密封 效果 ， 但 由 于 它们的可 变形程度 不高 ， 当封孔段存在 裂 隙时极 易出现瓦斯 的泄漏通 道 ， 一般 只 能专孔 专用 ， 难 以广 泛推广 。 1． 5胶圈 囊 一密封粘液封孑 L 技术 针对封孔段岩层为 松软砂岩或钻孔周 围因存 在微裂 隙而无法 严密封孔 的现状 ， 中国矿业大 学周世宁教授 发 明了胶 圈一密 封 粘液封 孔 法 ， 其 基本 原理 是 “ 固体 封液 体 ， 液 体封气体” ， 即采用两组 胶圈作为封 闭高压 液体的 密封端 ， 在它们之 间注入高 粘度密封 液 ， 使密封 液在 充满测 压管和钻 孔壁之 间的 同时 ， 进 一步渗 入到钻孔 周围 的天然裂隙中， 以达到严 密封孔的 目的 。 但 是在煤 层比较松软 的情况 下 ， 打 钻后 的钻 孔 内壁 往往会 凹凸不平 ， 此时则很难 保证 胶 圈与 钻孔 内壁之 间能够 严密接触 ， 使得 粘 液 通 过 两 者 之 间 的 沟 槽 或 裂 隙 大 大 流 失 ， 导 致 封 孔 质量 明 显 下 降 。 综上 所述 ， 如何 解决传 统封 孔技术操 作复 杂 、 渗 透 力差 、 封孔 困难 或者 成本较 高、 无法 回收利 用等 问题 已迫在 眉睫 。 2 发展趋势 通 过 技 术 改 进 ， 采 用 高 压 膨 胀 橡 胶 制 作的膨胀胶 管作为封 孔的 主要材料 ， 以水 作为膨胀 剂来实现快速 、 高压封孔 。 水的进 出可通过 阀门进行 实时控 制 ， 即作到充 水 封孔 、 卸水恢 复 ， 从而达 到可回收 的 目的 ， 大大降低生产 的成本 。 充水的压 力可根据 封 孔 要 求 、 钻 孔 质 量 加 以调 节 ， 最 高 可 达 I 2 MPa 以上 ， 进 而 迅 速 封 闭孔 壁 周 围的 细 小裂缝 ， 实现严密 、 高效地封孔。 图l 为可 回 收快速封孔装 置的结 构 图， 外部为具 有较 大膨胀系数的 橡胶 ， 内部 空腔的承压结 构 为一强度足够高的金属导管1 ， 用于瓦斯的 抽放 ； 另外一条相 对较 短的导管2 ， 具 有注 水 和卸压的双 重作用 。 封 孔装置的模 型如 图2 所 示 。 研究表 明 ， 该种装 置每封一次 孔完 毕 后 ， 待 冲洗干净 ， 完全可以重复使用 ， 而 且 对 各种地质条 件均具有较 强的适 用性 ， 并 能根据 钻孔的长 度合理选取封孔 的长度 ， 以保证钻孔深部任意位置的瓦斯都 能得到 充分抽放。 为此 ， 这种封孔技术凭借 自身所 具备的诸多优势足以能成为今后我 国煤层 瓦斯抽放封 孔工艺发展 的主要趋 势。 3 结论 黄 泥或水 泥 团封 孔技 术、 注浆 封孔技 术 、 聚氨酯材料封孔技术、 胶圈封孔 器和胶 囊封孔器封孔技术以及胶圈 囊 一密封粘液 封孔技术等在现 场的应用中虽然具 有各 自 的封孔特点， 但仍存在着不易广泛推广的不 同缺陷 ， 而这种采用高压膨胀橡胶制作的膨 胀胶管作为主要材料 ， 以水作为膨胀介质的 可回收快速封孔技术 则较好地弥补 了传统 封 孔方式封孔 困难以 及无法重复使用等不 足 ， 这对 于 一 些 高 瓦 斯 矿 井 不仅 必 要 ， 而 且 急需 ， 具有广阔的推广和发展前景。 参考文献 【 1 ]张铁 岗． 矿井瓦斯 综合治理技术[ M] ． 北 京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 1 ． 【 2 】赵铁桥 ． 煤矿瓦斯 及其防治【 M】 ． 北京 化 学 工 业 出 版 社 ， 2 01 1 ． [ 3 】陈杰 ， 金 龙 哲 ． 关 于 聚 氯 酯封 孔 可 提 高 瓦 斯 抽 放 效 果 的 研 究 [ J ] ． 煤 炭 工 程 ， 2 0 0 3 ， 5 8 4 7 - 4 9 ． 【 4 ]朱诗 山 ． 煤矿 瓦 斯 抽 放 技 术 [ J 】 ． 煤 炭 技 术 ， 2 0 0 9， 2 8 6 1 0 2 1 0 3． [ 5 】王向阳， 魏威 ， 赵雪兵 ． KF QI 快速封 孔 器 的 研 制 与 应 用 [ J ] ． 煤 炭 科 技 ， 2 0 0 7 3 7 6 -7 7． ①基金项 目 2 0 1 2 年 度山东省泰安市大学生科技 创新行 动计划资助 2 0 1 2 D 2 0 2 6 。 作者简介 邢鲁 义 1 9 9 0 ， 5 一 ， 男， 山东菏泽人， 现为 山东科技大学资源与土木工程系2 0 1 O 级采矿工程专 业本科在读 。 科技 资讯 SC I E NC E ＆ T E C HN OL OGY I N F OR MAT I ON 7 5