可回收瓦斯抽采封孔管技术在何村煤矿的应用.pdf

第3 7 卷第7 期 2 0 0 9年 7月 煤炭 科 学 技 术 Co a l S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Vo L 3 7 Nn 7 J u l y 2 0 0 9 可 回收 瓦斯抽采封孑 L 管技术在何 村煤矿 的应 用 邵宏甫 ，焦松田 ，杨战 伟。 ， 王振锋 1 ．郑州煤炭工业 集团有限责任公司 白坪煤业公司，河南 登封4 0 0 0 3 9 ；2 ．河南煤业化工 集团有限责任公司， 河南 郑州4 5 0 0 1 6 ；3 ．登封市煤炭协会 ，河南 登封4 5 2 4 7 0 ；4 ．河南理工大学 能源科学与工程学 院，河南 焦作4 5 4 0 0 0 摘要为了节约瓦斯抽采成本，分析 了何村煤矿煤层瓦斯赋存情况、底板瓦斯抽采巷抽采钻孔设 计方案及封孔工艺流程 ，发现煤层底板抽采巷穿层钻孔过长浪费 了大量的封孔管，因此研 究设计出 一 种新型可回收封孔管技术方案 ，并进行 了工业性试验和经济效益分析 ，结果表明，新型可回收封 孔管技术在穿层钻孔深度大于临界深度3 3 Il l 时，具有较好的应用效果。 关键词瓦斯抽采；穿层钻孔；可回收封孔管 中图分类号 T D 7 1 2 文献标志码 A 文章编号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 9 0 7 0 0 5 0 0 3 Ap p i i c a t i o n o f Re c o v e r a b l e Ga s Dr a i na g e Bo r e ho l e S e a l i ng Tub i n g Te c h no l o g y t o He c un Co a l M i n e S HAO Ho n g - f u ，J I AO S o n g t i a n ，YANG Z h an we i ’ ，WAN G Z h e n f e n g 1 ．B a ip i n g C o a l Mi n i n g C o m p a n y ， Z h e n g z A o u C o a l I n d u s t r y G r o u p C o r p o r a t i o n L t d ． ，D e n e n g 4 0 0 0 3 9， C h i n a； 2 ．H e nan C o a l C h e m i s t r y G r o up C o r p o r a t ion D A ．， Z hen g z h o u 4 5 0 0 1 6 ，C h i na ；3 ．D e n e ng a C o a l A s s o c i a t ion ， D e n t f e n g 4 5 2 4 7 0，C h i na ；4 ．S c h o o l o fE n e r g y Sci e n c e a nd E n g i n e e r i n g ， He nan P o l y te c h n i c U n i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ，C h i na Ab s t r a c t I n o r d e r t o s a v e t h e g a s d r a i n a g e c o s t ， the p a p e r a n a l y z e d t h e s e a I n g as d e p o s i t c o n d i t i o n， the g as d r a i n a g e b o r e h o l e d e s i g n p l a n o f t h e fl o o r g as d r a i n ag e i n t h e mi n i n g g a t e w a y a n d t h e b o r e h o l e s e a l i n g t e c h n i q u e p r o c e s s ．I t W as f o u n d tha t t h e l e n g t h o f the b o r e h o l e s pass e d t h r o u g h s t r a t a for t h e s e a n l flo o r g as d r ainage i n the mi n i ng g a t e wa y Was t oo l o ng，whi c h ha d wast e d l a r g e b o r e h o l e s e ali n g t u b i n g． T h e r e f o r e a n e w r e c o v e r a b l e s e ali n g t u b i n g t e c h n i c al p l an w a s r e s e a r c h e d a n d d e s i gne d ．An i n d u s t r i al t r i al and e c o n o mi c b e n e fi t w e r e a r i a - l y z e d ．T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t the n e w rec o v e r a b l e s e a l i n g t u b i n g t e c h n o l o g y wo u l d h a v e g o o d a p p h c a fi o n r e s u l t s w h e n the be r e h o l e d e p th d fi H e d thr o u g h the s t r a t a w a s o v e r the c r i t i c al d e p th o f 3 3 m． Ke y wo r d sg as d r ain age；t h r o u g h s t r a t a be r e h o l e s ；rec o v e r a b l e b o r e h o l e s e ali n g t u b i n g 伊川集团何村煤矿为煤与瓦斯突出矿井 ，瓦斯 储量丰富，为 4 ． 2亿 I n 。二， 煤层钻孑 L 流量衰减系 数为 0 ． 0 5 8～ 0 ． 0 7 d ～，煤层透气性系数为 0 ． 0 6 3 5 ～ 0 ． 1 1 5 3 m ／ MP a d ，属难抽采煤层 ，具有 矿井瓦斯抽采的可行性。按照设计 ，实施煤层边掘 进边抽采 、回采工作 面密集 交叉钻孔预抽煤层 瓦 斯 ，采空区高位钻孔瓦斯抽采 和石 门揭煤瓦斯抽 采 ，以及邻近层瓦斯抽采即卸压煤层瓦斯抽采等措 施。为了治理 二 煤层 的瓦斯和 防止煤 与瓦斯 突 出，设计一 煤层作为保护层开采，且在 2 5 0 2 1 工 作面底板 一7 0 m处布置抽采巷道 ，抽采二． 煤层 的 卸压瓦斯。在煤层底板瓦斯抽采巷抽采瓦斯的过程 中，由于抽采巷道距煤层较远 ，穿层钻孑 L 瓦斯抽采 管平均长度在 5 0 m以上 ，且 一7 0 m巷道 的钻场较 5 0 多 ，封孔管价格高且需求量大 ，因此需要研究一种 新型的瓦斯抽采可回收封孔管技术 。 1 2 5 0 2 1工作面底板岩巷抽采设计 二． 煤层 瓦斯压力梯度为 0 ． 0 0 5 2 MP a ／ m，瓦 斯含量梯 度为 0 ． 0 3 8 i n ／ t m 。随着开采深度 的不断加深 ，瓦斯压力 、瓦斯含量增 高 ，煤与 瓦斯突出也越严重 。开采保护层是防止煤层瓦斯突 出的最有效的区域性措施 ，为 了消除二。 煤层的突 出危险性，保障安全生产，何村煤矿选择低瓦斯非 突出煤层一 煤层作为保护层先期开采 ，将二。 煤 层作为被保护层。同时 ，在二。 煤层 2 5 0 2 1工作面 底板布置 了一条抽采岩巷 一7 0 I n抽采巷 ，在抽采 巷内向二 煤层施工穿层钻孔进行瓦斯抽采 。 邵宏甫等 可回收瓦斯抽采封孔管技术在何村煤矿的应用 2 0 0 9年第 7期 1 钻孔布置原则 钻孔必须深入到邻 近层的 卸压带内；保持钻孔不受岩压活动影响而中断 ；打 钻必须方便。 2 设计参数钻孔直径为 7 5 m m；钻场钻孔 为 8个 ；钻孔角度是根据卸压范围、钻场孑 L 数 、抽 采半径等参数经过计算及经验修正完成的。钻孔参 数及布置见表 1和图 1 。 表 1 钻孔参数 图 1 钻孔布置示意 2 抽采管可回收封孔技术 1 号 可回收封孔技术遵循的原则 保证封孔质量和 抽采效果 ；封孔操作简便 ；具有显著的经济效益。 2 ． 1 可回收封孔技术原理 可回收封孔管 的封孔技术原理主要有 ① mm外套管长度为 l 01 2 m，远大于巷道松动圈的 厚度 3 4 m ，初步封孔后 ，可 以有效封堵抽采 巷道松动圈的裂隙，保证外套管不漏气 ；②外 套管为柔性 P V C管，在一定 的剪切或拉伸作用力 下能够变形但不易断裂 ，抵抗采动影响对钻孔产生 破坏的能力更强；③在外套管口用聚氨酯将抽采管 封孔 ，既满足 了钻孔的密封要求又具备了人工拆除 回收抽采管的条件。 2 ． 2 可回收抽采管方案临界深度的确定 通过成本核算确定抽采管回收的临界深度。核 算条件①双抗管参考价格抽采管的外套管为 0 m m，单价 为 2 2； P t _,／ m；抽采管为 0 m m，单 2 0 0 9 年第7 期 煤 炭 科 学 技 术 第3 7 卷 接 ；②将水泥 、水和添加剂按 比例搅拌并过筛 ；③ 开启 注 浆 泵 进行 注 浆 ，开 始 时 压 力 不超 过 0 ． 2 M P a ，约 1 m i n后可适 当增大压力 ；④按钻孔直径 和抽采管的长度计算注入水泥浆的数量 ，当达到计 算注浆量 或抽采管 内有 浆液流 出时 ，立 即停止 注 浆；⑤关闭注浆管阀门或将胶皮软管折弯后用铁丝 捆扎 ，防止水泥浆回流泄漏；⑥拆 除管路 ，清洗泵 具 ，6 h后即可回收孔口注浆管阀门和胶皮软管。 单孔注浆量 计算公式如下 ML ,rr 一 a ／ 4 0 1 式中￡ 封孔长度 ，m； d 钻孔直径 ，c m； d 抽采管外径 ，c m。 3 孔 口封孔。将抽采管径为 5 0 I n l T l 的外套管 送入钻孔 ，然后采用聚氨酯在孔 口至里封孔长 0 ． 5 m，待抽采即可。 4 抽采管回收。在完成瓦斯抽采之后 ，要在 钻孔 口处除去聚氨酯 ，拔 出抽采管 ，即可实现 回 收。总的来讲 ，可 回收封孔操作与常规封孔基本相 同，回收抽采管时仅除去孔 口的聚氨酯即可 ，操作 工艺简单可行。 5 封孔注意事项。用涂抹聚氨酯 的毛 巾缠绕 注浆管和抽采管时，保持注浆管在钻孔里端露出缠 绕处 0 ． 1 m，防止聚氨酯封堵管 口；且两管之间必 须夹有毛巾，防止漏水；聚氨酯 A、B液要尽可能 混合搅拌均匀 ，否则将影响两管初封效果 ；连接好 注浆管路后 ，先注水试泵 ，确保注浆泵正常后再开 始注浆 ；水泥浆液必须过筛 ，防止堵塞管路 ；按计 算注浆量控制注浆 ，不得过多注入水泥浆 ；注浆时 应安排专人观测抽采管 ，当有浆液渗流时必须立即 停止注浆；封孔长度根据需要而定。 3 可 回收工业性试验及效益分析 可回收封孔技术的关键是必须保证抽采管可回 收利用。封孔初期，在已受下邻近层采动影响、有 明显断裂塌孔现象的 一 7 0 m抽采巷 ，进行 了 2 0个 孔的可回收试验 。试验时 ，要在钻孔 口处除去聚氨 酯 ，以保证抽采管能大幅度滑动 ，说明该地质条件 下能实现 回收利用。试验结果表明，各钻孔均能实 现抽采管的大幅度滑动 ，证明可以回收。 一 7 0 m抽采巷每个钻场 8个钻孔，其中有 5 个孑 L 1 ，2 ，3 ，4和 8号孔 的深度超过临界深 5 2 度。5个孔 的总长为 3 3 3 m，如果采取 回收方案 ， 每个钻场节约成本 2 0 1 0元。 一 7 0 m抽采巷总长为 1 4 0 0 m，钻场间距为 l 5 m，则共有 9 3个 钻场。考虑到可 回收率 ，那么采 取可回收方案可共节约费用 l 5万元。如考虑复用 率 ，每根封孔管按复用 8次计算 ，循环使用可节约 成本 1 2 0万元。显而易见 ，新型可回收封孔管技术 在穿层钻孔深度大于临界深度时 ，具有很高的应用 价值 ，可回收方案的经济效益非常明显。 4结 论 1 采取机械式注浆封孔工艺。机械式注浆 的 设备为流量 5 0 L ／ mi n的注浆泵 ，用 P V C 或镀锌 管 材质 的抽放管。封孔工艺流程主要包括孔 口 初封和注浆封孔 2个步骤。 2 提出了可回收封孔技术方案。采用长 l O～ 1 2 m的 5 0 mm阻燃 和抗静 电的 P V C管 ，用作 回 收抽放管的外套管。工艺流程主要包括两管初封 、 孔 口封孔和抽放管回收等 3个步骤 ，符合保证封孔 效果 、操作简便及 良好的经济效益等三原则 。 3 可 回收封孔技术原理主要有 3点 有效封 堵抽放巷道松动圈的裂隙，抵抗采动影响对钻孔破 坏的能力更强 ，同时满足封孔和人工拆除回收抽放 管的要求 。 4 通过成本核算确定抽放管回收的临界深度 为 3 3 m，在此深度 以上 的 1 ，2，3 ，4和 8号孔都 可以采用可回收方案 ，该方案有较好经济效益。 参 考文献 [ 1 ] 贾 交城 ．矿井 瓦斯来 源分 析 [ J ] ．科技 情报 开发 与经 济， 2 0 0 6 1 1 ． [ 2 ] 荆玉鹏 ，刘永立 ，张 晓雨 ．煤 与瓦斯 突出煤层 采煤技术 研 究 [ J ] ．煤炭技术 ，2 0 0 2 6 ． [ 3 ] 魏胜田 ． 高位钻场穿层钻孔预抽上覆被保护层瓦斯技术 [ J ] ．煤炭科学技术 ，2 0 0 7 6 ． [ 4 ] 周世宁 ，林柏 泉．煤 层瓦斯 赋存 与流 动理论 [ M] ．北京 煤炭工业出版社，1 9 9 9 ． [ 5 ] 李九青 ，王紫光 ．煤矿 现代化煤 矿井巷 工程受构 造及采动 影 响的变形规律和控制 [ J ]．煤矿 现代化 ，2 0 0 8 4 ． 作者简介邵宏 甫 1 9 6 3一 ，男，河南新密人，高级工程 师，硕士研究生，一直从事安全生产管理工作，现任白坪煤业公司 副总经理 。T e l 0 3 7 1 -6 9 7 8 7 0 1 6 ，Ema i l s h f 0 2 2 3 1 6 3 ． t o m 收稿日期2 0 0 9 0 21 6 ；责任编辑王晓珍