新型囊袋式带压封孔技术应用.pdf

江西煤炭科技 J I ANGXI COAL S CI ENCE TECHNOLOGY 2 0 1 5年第 2期 N0．2 2 O 1 5 渐型囊袋式带压封孔技术应用 张 波 山西新景矿煤业有 限责任公 司， 山西 阳泉 0 4 5 0 0 0 摘要 为有效提高瓦斯抽采浓度 ， 马 兰煤矿 采取 了囊袋 式带 压封孔 工艺 ， 共施 工本煤 层钻孔 4 4 3个 ， 穿层抽 放钻孔 4 3 0 个 ， 通过与聚氨酯封孔技术 的瓦斯抽 采浓度 及囊 袋式封 孔浓度 相互进 行 比较 ， 得 出 囊 袋式 封孔技 术瓦斯 抽采浓 度提 高 1 O ％ ， 囊袋式注浆封孔钻孑 L 浓度变化有一定波动 ， 主要是 由抽采前期瓦斯浓度并不稳定及打钻过程中较早 见矸导致 的。 关键词 囊袋式封孔 ； 瓦斯抽 放 ； 钻孔 ； 聚氨酯封孔 ； 浓度 中图分类号 T D7 1 2 ’ 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 2 5 7 2 2 0 1 5 0 2 0 0 6 8 0 2 Ap p l i c a t i o n o f S a c On l i n e Ho l e S e a l i ng Te c h n o l o g y Z ha n g Bo S h a n x i Xi n j i n g C o l l i e r y Co a l I n d u s t r y C o ． ，L t d ． ，Ya n g q u a n ，S h a n x i 0 4 5 0 0 0 Ab s t r a c t To i mp r o v e t he d e n s i t y o f g a s s u c t i o n，t he a u t h o r i nt r o d u c e s t he t e c hn i q u e o f s a c o n l i n e h o l e s e a l i n g， wi t h 4 4 3 b or e ho l e s o n b a s e l a y e r a n d 4 3 0 t h r o u g h-- b e d h o l e s ，a n d c o n c l u d e s t ha t t h e g a s s u c t i o n d e n s i t y wi t h p o l y u r e t h a n e h o l e s e a l i n g h a s i nc r e a s e d b y 1 0 wh i l e i t f l u c t u a t e s wi t h s a c h o l e s e a l i ng d u e t o t he u n s t a b l e g a s d e n s i t y i n t h e p r o p h a s e o f d r a i n a g e a n d t h e e a r l y g a u g e o c c u r r e nc e i n t h e pr o c e s s o f d r i l l i n g ． Ke y wo r d ss a c h o l e s e a l i n g；g a s s u c t i o n；p o l y u r e t ha n e h o l e s e a l i n g；d e n s i t y 目前 ， 国内煤矿 瓦斯顺层抽 采钻孔封孔 技术 主要有高 分子发泡材料封孔 、 两注一堵封孔 及囊袋式 带压封 孔三种 工艺 ， 其中 ， 高分 子材 料封 孔工 艺使 用 的材料 主要 为聚氨 酯 ， 与水 泥材 料相 比， 其抗压强 度要低一个 数量级 ， 易在抽 采钻孔 内产生 裂隙 ， 从 而导致 瓦斯抽采 浓度偏低 ； 采用“ 两 堵 一注” 封孔工艺时 ， 由于两端 聚氨酯 的抗 压强度 低 ， 注浆 压力不能超过封堵材 料的抗 压强度 ， 而导致 浆液 不能转化 为抽采 钻孔 的支 护力 ； 囊袋式 注浆时浆液通 过注浆 泵压力 增大 ， 浆液在 2 h内可以凝结 ， 其强度可以有效 抵抗钻孔区 域周围煤体变形 ， 封堵 初 期 即可对 钻孔 实施有 效支 护 ， 从 而减小钻孔变形 ， 使抽采 的瓦斯量保 持在稳 定的状态 。因 此 ， 研究新型囊袋式 带 压封孔 技术 ， 对 于提 高瓦斯 抽采 浓 度 ， 保证井下工作面生产的安全具 有重要 意义 。 1 工作面概 况及钻孔 布置 1 ． 1工 作 面 概 况 马兰煤矿 1 0 5 0 5 工作 面设计可采走 向长 1 3 9 1 m， 倾 斜 长 1 7 7 ／ 1 6 3 ／ 7 6 m， 采高 1 ． 5 4 ／ 2 ． 4 5 m， 煤层倾 角 1 o ～1 2 。 ， 可 采储量 4 8 2 ． 7 k t 。工作面所采煤层为二叠系山西组 0 2 煤 层 ， 属稳定可采 近 水平薄 、 中厚 煤层 。工 作 面直接 顶 为厚 2 ． 2 ～4 ． 5 0 m 的粉砂 质泥岩 ， 致密 坚硬 ； 老顶 为厚 2 ． 3 5 ～ 6 8 4 ． 5 O的细砂岩 ； 老底为厚 1 ． 8 1 ～6 ． O 0的灰 白色 中细砂 岩 。 所采 0 2 煤层 的瓦斯含量为 3 ． 1 5 ～8 ． 3 2 m 。 ／ t ， 煤层透气 性 系数为 1 ． 6 2 m ／ MP ad左右 ， 钻孔 百米流量 衰减系数 为 0 ． 0 0 3 1 d 左右 。因此 ， 所 采的 O 2 煤层属于可抽放煤层 。 1 ． 2 1 0 5 0 5皮带顺槽本煤 层顺层钻 孔设计 1 0 5 0 5 工作面本煤层钻孔从 皮带顺槽 距 离 8 7 m处 开 始施工第一个 ， 以后每 3 m施工一个 ， 至距离 1 3 8 3 m 处结 束 距切眼约 1 0 m ， 共 施工 4 3 3个 ， 钻 孔均垂 直于工作 面 施工 ， 距 离 7 4 0 ～ 1 1 2 0 m段 孔 深为 1 5 0 m； 1 1 2 0 ～ 1 3 8 3 m 段孔深 为 6 0 I n ， 其余部分 孔深 1 6 0 m， 钻孔倾 角为煤层 倾 角 ， 钻孔 开孔距巷道底板 l _ 3 ～1 ． 5 m， 开孔 、 终孔孔径均 为 1 1 3 mm 。 1 ． 3 1 0 5 0 5底板抽放 巷下邻近层钻孔 为治 理 1 0 5 0 5底 板 瓦 斯 ， 根 据 煤 层 层 位 关 系， 外 错 1 0 5 0 5 轨道巷 4 4 m 沿下邻 近 O 2 煤层 施工一 条顺槽作 为 1 0 5 0 5 工作面 底 抽巷 ， 底 抽 巷全 长 1 3 7 6 m。沿底 抽 巷 朝 1 0 5 0 5 工作 面方 向施工 0 2 煤钻孔 ， 治理 1 0 5 0 5工作 面下 邻近层瓦斯 。钻孔 布置如 下 从 1 0 5 0 5底抽 巷迎头 开始布 置第 一个 ， 以后 每 3 m施 工一个 ， 至里程 8 5 m 结束 里程 从 0 2 煤进风轨道下山起算 ， 共施工钻孔 4 3 O个 ； 其 中 1 ～ 6 孔呈 扇形布 置 ， 其余 钻孔 垂直 于巷道 施工 ， 孔 深均 为 l 6 0 m， 钻孔倾角为煤层 倾角 ， 钻孔 开孔距 巷道底 板 1 ． 3 ～ 1 ． 5 m， 开孔 、 终孔孔径均 为 1 1 3 mm。 2 新 型囊袋式 注浆封 孔机 理 马兰煤 矿所 采用的囊袋式注 浆封 堵法 ， 其 主要封 孔材 料 由硫铝酸 盐水泥 、 普通硅酸盐 水泥 、 萘系高 效减水 剂 ， 缓 凝剂 、 高效膨胀 剂等 组 成 ， 囊 袋式 注 浆封 孔法 封孔 的首次 出浆过程见 图 1 。图 1 一a箭 头方 向表 示浆 液从 注浆 头 由 通道进入囊 袋 ， 此 过程 可 以使浆 液 和煤 壁充 分接 触 ， 阻 断 煤壁 的漏气 通道 ， 同时 起到 支护 钻 孑 L的作 用 。图 1 一b中 的箭 头方 向表示第二次 出浆 时的方 向 ， 当首 次注浆 时 的注 浆容量 大于 1 0 k g ／ c m 时 ， 钻孔 的出浆阀打开 ， 浆液 由阀口 进入 到钻孔的煤 壁之 间 ， 因为囊 袋 两端 已封 堵 ， 浆液 被封 堵 在两囊袋间 ， 此 时浆 液 可 和煤壁 充分 接 触 ， 钻 孔可 得 到 严 密的封堵 ， 此段注浆 的浆 液量可以超过 2 0 k g ／ c m。 。 B 第一次出浆 b 第二次出浆 图 1囊袋式注浆封孔 出浆示意 3试验钻孔 瓦斯浓度数据对 比分析 马兰煤矿使用 的是 万 隆通产 分 公 司生产 双囊 袋 带压 注浆封 孔器 。在 1 0 5 0 5工作 面 底板 抽放 巷 囊袋 式 注浆 封 孔法 所 封 钻 孔 孔 号 试 验 孔 号 为 1 6 4 、 1 6 5 、 1 8 1 、 1 8 5 、 1 8 6 。为了对 比结 果准确 合 理 ， 选取 顺槽 内聚 氨酯 所封钻 孔 作 为 对 比 钻 孔 ， 聚 氨 酯 所 封 钻 孔 号 为 1 7 0 、 1 7 1 、 1 7 2 、 1 7 3 、 1 7 4 。两 种 不 同封孔 技 术 的瓦斯 抽 放 浓 度 见 表 1 、 表 2 。 表 1 囊袋式封孔技 术瓦斯抽 放浓度 表 2聚氨酯封孔技 术瓦斯浓度数据 通过表 1与表 2对 比可知 可知 1 聚氨酯封孔平均浓度为 7 0 ， 囊袋式注浆封孔 钻孔 平均浓度为 8 O ％， 囊 袋 式注浆 封孔 与 聚氨酯 封孔相 比， 瓦 斯抽采浓度提 高 1 O ， 效果较好 。 2 聚氨酯封 孔相 比囊 袋式 注 浆封 孔 的钻孔 平均 浓度 变化 幅 度 较 大 ， 钻 孔 最 大 抽 采 浓 度 1 7 4 钻 孔 ． 浓 度 为 8 5 ， 最小 为 1 7 0 钻 孔 ， 浓度 为 5 5 ％， 说 明聚氨 酯封孔 易 受钻孔 内环境 的影 响 ， 而囊 袋式注浆 封孔钻 孔最大抽 采浓 度 1 8 5 钻 孔 ， 浓 度 为 9 O ， 最 小 为 1 8 6 钻 孔 ， 浓 度 为 7 8 。因此 ， 从浓 度 对 比方 面 可知 ， 囊袋 式注 浆 封孔 明显 优 于聚氨酯封孔 。 3 各个 囊袋式注浆封孔钻孔 浓度变 化有一定 波动 ， 钻 孔 1 8 5 的平均浓度要 比钻孔 1 8 6 的平 均浓度高 出 1 2 ， 这一 方面是由于抽采前期瓦斯浓 度并不稳 定所导 致 的； 另 一 方 面 由于煤层本身就是非均质体 ， 1 8 5 钻孑 L 施工过程 中 没有 矸石出现 ， 又 由于钻孔 间距 较 大 ， 说 明钻孔 周 围煤体 出现 夹矸 情况较少 ， 保证 了瓦 斯的来 源 ； 而 1 8 6 钻 孔打钻 过程 中较早 见矸 ， 说 明该段 煤体 矸石 较多 ， 严重 影 响 了瓦 斯在煤层 中的赋存 。 4 囊袋式带压封孔技 术的优缺 点 囊袋式带压 注浆 封孔 器 已在 马 兰煤矿 1 0 5 0 5底 抽 巷 4 4 r n 往里 下邻 近层钻孔 封孔推 广使用 。其 优点 除抽采效 果较好 以外 ， 还有 以下几个优 点 ① 囊袋式 带压 注浆封 孑 L 器采用双囊袋集成设计 ， 无 金属构件 ， 不产生 火花 ， 外观 简 洁 ， 无外设注浆管 ， 方 便钻孔插 入 ； ② 中心 注浆 ， 注浆管 可 回收复用 ， 节约成本 ； ③ 双囊袋 在中间带压注浆 ， 注浆 压力 0 ． 6 ～ 1 ． 0 P a ， 操作 简便 ， 可实现 随打随封 随抽 ； ④ 注浆 材 料采用 的是专 用无 机封 孔料 ， 与 高分 子封孔 材料 对 比， 材 料本身不可燃 、 没有 反应高温 、 不会 随时 间老 化 、 抗压 强度 高 ， 无安全 隐患。 其 主要 缺点 囊袋 注浆为 人工 进行 操 作， 工作 强度 较 大 ， 可改进成 风动注胶 ， 减少人工强度 。 5 结 语 1 1 0 5 0 5工作 面本煤 层顺 层钻 孔共 施工 4 3 3个 ， 其 中 7 4 O ～ l l 2 0 m 段孔深为 l 5 0 r n ； 1 1 2 O ～ 1 3 8 3 m 段孑 L 深 为 6 O m， 其余部分孔深 1 6 0 m， 钻 孔倾 角为煤 层倾 角 ， 钻 孔开 孔 距巷道底板 1 ． 3 ～1 ． 5 m， 开孔 、 终孔孔径均为 1 l 3 I T I I T I 。底 板抽放 巷下邻 近层 钻孔共施 工钻 孔 4 3 0个 ， 孑 L 深均为 1 6 o r n ， 钻孔倾 角为煤层 倾 角 ， 钻孔 开孔 距 巷道底 板 1 ． 3 ～1 ． 5 m， 开孔 、 终孔孔径 均为 1 1 3 mm。 2 囊袋式 注浆封孔与聚氨酯封 孔相 比， 瓦斯抽采 浓度 提高 1 0 ， 囊袋式注浆封孔 明显优于聚氨酯封孔 。囊 袋式 注浆封孔钻孔浓 度变化有一定波动 ， 主要是 由捕 采前期 瓦 斯浓度并不稳 定及打钻过程 中较早见矸导致的 。 作者简介 i 张波 1 9 8 4 一 ， 男 ， 山西 平定 人 ， 助理工 程师 ， 现 在 山西 新景矿煤业有限责任公 司从事通 风抽 采技 术管理工作 。 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 2 8 编辑 i 胡中祺 69