新材料新工艺封孔技术的研究.pdf

2 0 0 8 年第7期 煤炭工程 黄 质 重庆市松藻煤电公司打通一矿 ，重庆4 0 1 4 4 5 摘要 为 了解决多年来本煤层抽放钻孔采用水泥砂浆封孔不严 ，抽放浓度低 ，抽放效果差 的问题 ，打通一矿对新材料新工艺封孔技术进行 了研究和试验 ，取得 了突破性的效果，攻克 了本 煤层抽放钻孔封孔难的技术问题 。 关键词 瓦斯抽放 ；马丽散 ；封孔 中图分类号 T D 7 1 2 ． 6 文献标识码B 文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 8 0 7 - 0 0 9 5 - 0 3 本煤层抽放瓦斯钻孔的封孔工艺虽然 以前进行过种种 攻关，但是由于封孔始终不严，导致抽放瓦斯效果差 ，抽 放单孔浓度只有 5 ％ ～1 5 ％，1 0 0孔抽放量 0 、 4 m ／ m i n 。如 何提高本煤层抽放瓦斯浓度和效果，关键是封孔技术。 1 本煤层封孔存在的问题 本煤层原封孔工艺为采用 d 5 0 m m的可弯曲的双抗塑 料管为堵孔管，封孔材料水泥砂浆，封孔管前后木塞阻挡 水泥砂浆 ，机械注浆封孔 ，见图 1 。 经现场考察和分析，造成本煤层钻孔抽采瓦斯效果差 存在以下几个方面原因 1 承压能力低漏气。①封孔长度短 ，漏气。设计封孔 8 m，但由于可弯曲双抗塑料管送入孔的过程中容易戳到孔 壁 ，难以送到设计长度，通常小于设计长度许多；②煤体 本身存在孔隙和裂隙，负压超过一定的承受力会导通漏气 ； ③常用的封孔材料水泥砂浆有收缩性，收缩后存在孔 隙 漏气。 2 封孔后成为死孔，无法抽放瓦斯。在 1 7 2 1工作面 和 E 2 7 0 3工作面先后发现被割煤机割出的本煤层抽放孔存 在以下几种情况①堵孔管可弯曲的双抗塑料管只送 了2～ 2 ． 5 m，封孔的水泥砂浆越过封孔管前端 的木塞，进 入堵孔管前端，有0 、 2～ 0 ． 5 m长度的水泥砂浆将堵孔管前 端的钻孔全部充填的严严实实的，致使抽放孔失效 ，无法 抽放；②堵孔管挤压变成迂死状态；③堵孔管在送孔时前 端戳入煤渣将堵孔管堵塞，影响抽放或抽放失效；④前几 种情况都同时存在的现象。 8 m 图 1 水 泥砂 浆封孔示意图 2新材料封孔技术方案 2 ． 1 堵孔管 为了防止堵孔管送孔距离短、孔 内受力发生挤压变形 或送孔过程中堵孔管前端戳进煤渣，影响抽放效果或没有 效果 ，堵孔管进行以下改革① 堵孔管由原可弯 曲管改为 双抗塑料管塑料管 直管，长度2 m ／ 根 ；② 堵孔管壁由 3 ． 5 m m增厚到 4 ． 5 m m； ③ 堵孔管采用 5 0 m m和 b 6 0 m m相结合，q b 5 0 m m作为主 要管， 6 0 m m作为联接管；④堵孔管长度 8 m，实封长度 7 m，前端 1 ． 0 m钻 d 1 2 m m的筛孔 6 0～ 7 0 个。 2 ． 2封 孔 工艺 封孔长度 7 m段孔径扩到 中1 1 5 m m。 收 稿 日期 2 0 0 7 1 21 0 作者简介黄质 1 9 6 1一 ，男，工程师，1 9 8 6 年毕业于重庆煤炭工业学校，现为重庆市忪藻煤电公 司打通一矿安全 副总工程 师。 9 5 维普资讯 煤炭工程 2 0 0 8年第 7 期 采用新材料马丽散人工封孔。封孔工艺为将带筛孔 5 0 m m管置于孔的前端，然后用 q b 6 O mm管作联接头 长度 0 ． 2 m 依次将 5 0 mm管联接送入孔内。在距孔 口7 m位置 和距孔口l m位置分别用在封孔管上缠上 0 ． 5 m长度的棉纱 浸上马丽散。马丽散反应膨胀后形成封孔。大小管联接时 3 应用 实例 为了保证送孔不脱落 ，严密不漏气 ，在小管端部 0 ． 1 m以外 缠适量黑胶布 呈锥型 ，然后强行逗紧，同时联接处再用 内胎箍紧。孔 口马丽散封孔处设置硬性注浆管和出气管， 以备出现漏气补注浆用。见图2 。 图 2马丽散封 孔示意图 3 ． 1 试验地点的基本情况 根据采面接替情况试验地点选择了2个，一个是 E 2 7 0 5 工作面运输巷 ，另一个是 W2 7 0 3工作面运输巷。 3 ． 1 ． 1 E 2 7 0 5工作面的基本情况 E 2 7 0 5工作面是打通一矿 2 0 0 7年 5月实现接替的一个 7 煤层突出工作面，位于打通一矿 3 5 0水平下山部分的 E 区，其西面是已回采的 E 2 7 0 3工作面，东面是尚未布置 的 E 2 7 0 7工作面，南面系 E 7 轨道巷，北面为切割巷，系上、 下水平边界煤柱。运输巷长9 2 4 m，回风巷长9 0 5 m，工作面 宽 1 3 8 m。煤层倾角 8～l 2 。 ，煤层平均厚度 0 ． 9 1 m，工作面 全部划为突出危险区。 3 ． 1 ． 2 W2 7 0 3工作面的基本情况 W2 7 0 3工作面是打通一矿 2 0 0 7年 1 2月实现接替的一 个 7 煤层突出工作面，位于打通一矿 3 5 0水平下 山部分 的w 区，其南面是正在回采的 W2 7 0 1工作面，北面是 尚未 布置的W2 7 0 5工作面，东面系w 轨道巷 ，西面为切割巷 ， 系上、下 水 平边 界煤 柱。运 输 巷长 1 0 6 0 m，回风 巷 长 1 o 4 8 m，工作面宽 1 3 0 m。 煤层倾 角 6～1 2 。 ，煤层 厚 度 0 ． 9 01 ． 4 3 m，平 均 1 ． 1 6 m，工作面 3 1 2 m标高以上 2 0 6 m划分为突出威胁区， 3 1 2 m标高以下8 5 4 m划分为突出危险区。 3 ． 2 实施情况 3 ． 2 ． 1 马丽散基本参数的测定 马丽散由两种材料组成，一种叫树脂，一种叫催化剂， 两种材料皆液体。两种材料掺入一体才能起反应，形成一 种膨胀系数较大的坚硬固体物质。马丽散类型较多，我矿 先后购进了马丽散 N和马丽散 F 。马丽散 N和马丽散 F到 货我们在地面和井下分剐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 9 6 棉纱上后再淋催化剂，之后放入铁管内或暴露在空气观察 测定。测定参数见表 1 。从表 1测定的数据可以看出，马丽 散 N、马丽散 F具有以下特点①温度越高，反应越快 ； ②树脂和催化剂搅拌越充分，反应越快，效果越好 ，膨胀 倍数越大，强度越大；③马丽散 F马丽散 N膨胀系数大。 3 ． 2 ． 2 本煤层孔施工 1 2月 9日～ 4月3 0日 在 E 2 7 0 5运输巷共施工本煤层 钻孔 1 5 6个 不含切割加密孔 9个 ，施工巷道长度 9 5 0 m。 孔间距 6 m，孔深 3 3～8 0 m，终 孔 为 5 mm，封 孔 为 1 1 5 m m，实际封孔长度 4～ 7 m。 2 7月 2 7日～9月 1 2日在 W2 7 0 3运输巷共施工本煤 层钻孔 1 6 4个 不含切割加密孔 1 4个 ，其中运输巷上 9 4 个 1 ～ 9 4 ，运输巷下 7 0个 9 5 ～1 6 4 。施工巷道长度 9 8 0 m。孔问距6 m，孔深4 o～ 7 0 m，终孔为 5 mm，封孔为 1 1 5 m m，实际封孔长度4～ 7 m。 表 1 马丽散 N、F试验测定的基本参数 地面 井下 骊散 类型 ／ ℃ 间／ s 倍数 ／ ℃ 间／ s 倍数 备注1 、温度越高 ， 反应越快；2 、树脂和催化剂搅拌越充分，反 应越快，效果越好 ， 膨胀倍数越大，强度越大。 3 ． 2 ． 3 本煤层孔封孔情况 1 E 2 7 0 5运输巷从上往下 1 一8 8 孔采用新材料马丽 散 N封孔，实际封孔长度 3～ 7 m。8 9 ～1 5 6 及 9个切割加 密孔均采用水泥砂浆封孔。 维普资讯 2 0 0 8年第 7期 煤炭工程 2 W2 7 0 3运输巷从上往下 1 ～1 6 4 采用新材料马丽散 F封孔 ，实际封孔长度 3～ 7 m 。1 4个切割加密孔采用水泥 砂浆封 孔。 3 ． 2 ． 4 抽放计量方式及测定周期 封孔后待有瓦斯涌出后才进行接抽。计量采用皮托管、 光学瓦检仪、u型水银压差计、倾斜压差计、空盒气压计、 温度计等计量工具进行计量。 接抽前进行单孔瓦斯浓度测定，接抽后开始 1 0天内每 天测定 1次，以后每 3天测定 1次。 3 ． 2 ． 5 抽放情况 1 E 2 7 0 5运输巷的抽放情况。E 2 7 0 5运输巷使用马丽 散 N封的8 8 个孔进行专门测定。实行了边施工边接抽 ，8 8 个抽放孔在考察期 间，抽放负压在 3 ． 9 96 、 6 6 k P a时，抽 放总浓 度为 3 3 ％ ～3 7 ％，抽 放纯量 o ’ 9 5～1 ． 0 4 m ／ mi n ， 1 0 0孔抽放 量为 1 、 0 81 ． 1 8 m ／ m i n 。单孔最高抽放 浓度 8 8 ％ ，最低浓度 1 5 ％。3 0 ％ 以下浓度的孔实施第二灌浆后 浓度都升到 3 5 ％以上。 2 W2 7 0 3运输巷的抽放情况。W2 7 0 3运输巷使用的是 马丽散 F封的孔。1 64 个抽放孔在考察期间，运输巷上、下 分开抽放的，抽放负压在 3 ． 9 9～4 ． 9 9 k P a时，抽放总浓度 为4 0 ％ ～5 6 ％，抽放纯量 2 ． 0 2～2 ． 5 2 m ／ mi n ，1 0 0孔抽放 量为 1 ． 1 4～1 ． 6 2 m ／ m i n 。单孔最高抽放浓度 9 0 ％，最低浓 度2 1 ％。3 0 ％以下浓 度的孔实施第二灌浆后浓度都升到 3 5％ 以 E。 4 抽放效果分析 4 ． 1抽放 总体 效 果对 比 W2 7 0 1工作面和 1 7 2 1工作面本煤层抽放钻孔采用的是 水泥砂浆机械封孔，抽放总体效果较差，抽放单孔浓度只有 5 ％ ～ 1 5 ％， ，总浓度 1 0 ％左右 ，1 0 0孔抽放量0 ． 4 m ／ mi n 。 E 2 7 0 5工作面运输巷 8 8个本煤层抽放孔采用马丽散 N 封孔后单孔抽放浓度 1 5 ％ ～8 8 ％，总测点抽放浓度 3 3 ％ ～ 3 7 ％，平均 3 5 ％，比传统水泥砂浆封孔提高了 2 5个百分 点 ；1 0 0孔抽放量平均为 1 ． 1 3 m ／ ra i n ，比传统水泥砂浆封 孔提高了 1 8 3 ％。 W2 7 0 3工作面运输巷 1 64 个本煤层抽放孔采用马丽散 F封孔后单孔抽放浓度 2 1 ％ ～ 9 0 ％，总测点抽放浓度 4 0 ％ ～ 5 6 ％，平均4 8 ％，比传统水泥砂浆封孔提高了 3 8个百分 点；1 0 0孔抽放量平均为 1 ． 3 3 m ／ m i n ，比传统水泥砂浆封 孔提高了2 3 3 ％。 从以上数据可以看出采用新材料马丽散 F封孔效果比 马丽散 N好。 4 ． 2 封孔 长度 与抽 放 浓度 的关 系 在抽放负压一定 的情况下，对本煤层抽放钻孔采用新 材料马丽散 N不同封孔长度的抽放浓度进行考察 ，抽放浓 度与封长度成正比，要取得高浓度的抽放效果煤层封孔长 度应在 7 m左右。 4 ． 3 抽放 负压与抽放浓度的关 系 在封孔长度一定的情况下抽放浓度高低与抽放负压存 在一定关系，当抽放负压达到一定值后再提高负压就会导 致封孔段煤体逐渐导通而漏气，抽放浓度降低 ，反而降低 抽放效果。要取得最佳抽放效果，抽放负压选择必须适当， 并不是抽放负压越大抽放的瓦斯越多。 4 ． 4 封孔材料与抽放时间、浓度的关系 马丽散 N封孔浓度与时间的变化关系从单孔考察的情 况看，开始抽放浓度为7 8 ％，抽放 1 0 0天抽放浓度为6 5 ％ ， 浓度稳定性好 ，衰减幅度小。 4 ． 5 二次灌浆与抽放浓度的关系 对于马丽散封孔抽放效果不好，浓度低于 3 0 ％以下的 个别进行了二次补灌水泥砂浆。经过二次灌浆后，抽放浓 度均有回升 ，单孔浓度均在3 5 ％以上。 5 结论 1 马丽散对本煤层封孔效果好 ，对抽放量、抽放浓度 提高幅度很大。与传统的水泥砂浆封孔相比抽放量提高了 1 8 3 ％ 一 2 3 3 ％，抽放浓度提高了2 5 3 8 个百分点。 2 采用马丽散封本煤层孔浓度稳定性好，衰减 幅度 小 。 3 封孔长度与抽放浓度成正比，封孔越长抽放浓度越 高，马丽散封孔长度一般在 7 m左右。 4 封孔长度一定 ，抽放效果与抽放负压存在一个最佳 关系值，并非抽放负压越大抽放效果越好。 5 马丽散封孔操作简单可行，同时大大减轻了工人的 劳动强度 。 6 攻克了本煤层抽放封孔不严 ，抽放浓度低、抽放效 果差的技术难题。 7 由于井下施工本煤层孔多数是在没有形成全负压通 风的独头巷道施工，局部通风机送风量小 ，巷道风流温度 较高，人工操作马丽散封孔显得反应时间较短。因此，马 丽散只能采用淋的方法，不能实现搅拌均匀，造成少部分 封孔后生成物强度不高，效果不太好。 责任编辑潘启新 维普资讯