下向测压孔封孔技术及运用.pdf

中国煤炭学会煤矿安全专委会 20 09年学 术 研讨 会 论文 集矿业安全与环保 第36卷增刊 2009年8月 下 向 测 压 孔 封 孔 技 术 及 运 用 黄长国 1 ,周华龙 2 ,刘志伟 1 1.煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆400037; 2.重庆工程职业技术学院,重庆400037 摘 要介绍了一种采用水泥浆和马丽散树脂材料分段对下向孔的封孔技术,通过在水城矿区那罗 寨煤矿的现场实践,解决了下向孔测压的困难问题,取得了较好的应用效果,具有一定的推广价值。 关键词瓦斯压力;下向孔;封孔技术;测压 中图分类号 T D265 . 4 文献标志码 C 文章编号 1008 - 44952009S1 - 0111 - 02 收稿日期2009 - 07 - 16 作者简介 黄长国,男,江西九江人,助理工程 师,毕业于安徽理工大学,主要从事矿井瓦斯防治预测技术的 研究工作。y。 煤层瓦斯压力是煤层瓦斯的一个基本参数,是 进行煤层突出危险性评价的主要参数之一。准确测 定煤层的瓦斯压力,对矿井有效而合理地制订瓦斯 防治措施、 预测预报煤与瓦斯突出危险性具有重要 的指导意义。 目前,瓦斯压力的测定一般采用直接法,即从巷 道向煤层中打钻孔,然后封孔测定煤层瓦斯压力。 按测压钻孔封孔材料的不同,可分为胶囊胶圈 密封黏液封孔测压法和注浆封孔测压法 [ 1 ]。在实际 运用中,注浆封孔法在穿层测压中以其简单、 成本低 取得了较好的效果,而在顺层测压孔中,胶囊胶 圈 密封黏液封孔测压法则测定的压力更加准确。 在注浆封孔法中,下向孔封孔技术一直是测压技术 中的一个难点,与上向穿层测压孔封孔相比,由于水 泥浆和水的重力作用,下向穿层测压钻孔封孔时难 以形成测压室。笔者通过大量的实践,逐步完善了 一种利用水泥浆和树脂材料为主的下向穿层测压钻 孔的封孔技术,并在水城矿区的那罗寨煤矿进行了 运用,取得了较好的效果。 1 封孔测压设计与原理 不同于上向测压孔,下向孔封孔时测压室的形 成需要利用棉布制作的防漏塞将测压室与注浆室分 开,同时为了让水泥浆液能够顺利凝固,孔口也要用 具有快速凝聚功能的马丽散堵住。其封孔示意图见 图1,整个封孔系统可以概括成“ 三管、 两室、 两塞 ”, 其中“ 三管 ” 分别指测压管、 注浆管和排水管;“ 两 室 ” 指测压室和注浆室;“ 两塞 ” 指防漏塞和孔口塞。 图1 下向穿层孔封孔示意图 注浆前,分别将制作好的带有防漏塞的测压管、 注浆管和排水管下放到图1所示位置,然后用树脂 材料将孔口堵住,注浆时水泥浆从注浆管进入注浆 室,在水泥浆的重力作用下,将倒扫把形的防漏塞压 紧与测压室隔开,并同时将相对较轻的积水通过排 水管向上挤出注浆室,当浆液到达孔口时,先后关闭 注浆管和排水管的阀门,等浆液凝固后在测压管上 安装压力表即可。 由于此种测压技术在封孔过程中,没有排出测 压室和测压管内的积水,所以在最终瓦斯压力的计 算时运用以下公式进行校正 pp表L sinα 10 2 1 式中 p为煤层瓦斯压力相对压力,MPa; p表为压 力表表压,MPa; L为测压管长度,m;α为钻孔与水平 面的夹角。 2 下向孔测压工艺 钻孔施工 在下向孔的钻孔施工过程中可以用水排渣 1981 E - mail chgh1981ahoo. com. cn 2. 1 1 111 中国煤炭学会煤矿安全专委会 20 09年学 术 研讨 会 论文 集矿业安全与环保 第36卷增刊 2009年8月 也可以用压风排渣,但无论何种排渣方式,当钻孔长 度达到一定值后,均会出现不能完全排渣的现象,所 以为了不影响测压室的质量,下向钻孔需要超出所 测煤层至少2 m。 2为了能够顺利地将3根封孔管下放到钻孔 内,在打钻过程中需要保持孔口的清洁卫生,不允许 有岩石或煤渣掉入钻孔中。 2. 2 下封孔管 测压 钻孔打好 后,需按先后顺 序将规格 为 Φ15 mm2. 0 m的测压管、 注浆管和排水管下放入 钻孔内,并在孔口处用马丽散将孔口堵住。 1防漏塞的制作。将筛孔管一头砸扁,另一头 接入1根测压管,并在接头处用长约1. 2 m、 宽0 . 5 m 左右的棉布均匀地缠绕,用铁丝分别将接头的两侧 捆牢,防止其脱落,然后用刀子将测压管侧的棉布均 匀划破,制作成倒扫把形防漏塞。 2下封孔管。将事先制作好的防漏塞放入孔 内,当测压管放入2根后,开始放入注浆管,当封孔 管的防漏塞刚好到达所测煤层的顶板时即可,同时 再在孔口处放1根排水管,在注浆管和排水管上分 别安装1个球阀。 3孔口塞制作。当封孔管都安放完毕后,用棉 纱将孔口处的水吸干,用马丽散将孔口堵住,形成孔 口塞。为了防止漏气,孔口塞的长度不能小于1 m。 2. 3 注浆 待孔口处的马丽散膨胀产生强度后开始注浆, 其浓度按照 Φ75 mm钻孔1包水泥封 6～8 m的标 准制作成水泥浆。 1将注浆用高压胶管接到注浆管的球阀上,打 开注浆管和排水管的球阀开始注浆。在注浆过程 中,水泥浆液从防漏塞上部开始进入钻孔,一边将防 漏塞挤紧,一边将钻孔内的水顺着排水管挤出。 2当排水管排出较浓的水泥浆时就停止注浆, 并先后关闭注浆管和排水管的球阀。 3在孔口塞的阻塞作用下,煤层内的瓦斯只能 从测压管内喷出,注浆室内的浆液则在没有流动的 瓦斯环境中开始凝固,等水泥凝固完成后,在测压管 上安装压力表即可测定煤层瓦斯压力。 3 下向孔运用实例 那罗寨煤矿三采区为改扩建后的新采区,其主 采煤层为1号、7号、11号和13号煤层。由于现场 条件的制约,在测定11号煤层瓦斯压力时布置了下 向孔,其测定结果如表1所示。 表1 那罗寨煤矿11号煤层瓦斯压力测定数据 测压地点钻孔编号 倾角/ 孔深/ m 埋深/ m 压力/ MPa 回风下山中部 11 - 1- 4718. 54141. 72 11 - 2- 5620. 84311. 84 矿井地勘期间瓦斯含量测定表明那罗寨煤矿 风氧化带垂直深度为35 m,其风氧化带瓦斯压力为 0. 1 MPa,结合区域内1602 地质钻孔埋深为 155 m, 瓦斯含量9 . 05 m 3 / t,根据朗格缪尔公式换算成瓦斯 压力为0. 61 MPa,瓦斯压力与埋深的关系见图2,计 算得出其瓦斯压力梯度为0 . 004 2 MPa/m,其相关 性系数达到0. 997 7,说明该瓦斯压力的测定较 准确。 图2 11号煤层瓦斯压力与埋深之间关系 4 结语 1该下向孔的封孔技术主要是利用倒扫把状 防漏塞将测压室和注浆室隔离开,通过注浆管将水 泥浆注入到注浆室内,水泥浆在其自身重力的作用 下,压密防漏塞以确保测压室的形成,同时将注浆室 内的积水通过排水管挤出,待注浆完成依次关闭各 球阀,使水泥浆液能够在没有瓦斯渗漏的环境中快 速凝结下来。 2在那罗寨煤矿三采区的实践表明,该下向孔 封孔技术不仅操作简单,封孔成本低,而且测压准确 率较高。该技术目前已在多个矿井的瓦斯压力测定 中得到成功运用,具有一定的推广价值。 参考文献 [1 ]杜子健,龙伍见,等.煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定 方法[ S]. [出版地、 出版者不详], 2006. 责任编辑卫 蓉 211