带压封孔技术在1890煤矿的应用.pdf

油田． 矿山、 电力设备管理与技术 鼍 n ⋯ a ⋯ S c ⋯ i e n ⋯ c e T ⋯ ec ⋯ h n ～ o l o g ⋯ y O ⋯ v e ⋯ rv ⋯ i e ⋯ w ⋯⋯⋯ ⋯ ⋯⋯～ 带压封孔技术在1 8 9 0 煤矿的应用 李胜 李守瑞z 1 ． 新疆焦煤 集团 有限公司 1 8 9 0煤矿， 新疆乌鲁木齐 8 3 0 0 2 5 2 ． 中煤科工 集团重庆研究院有限公 司， 重庆 4 0 0 0 3 7 【 关键词l 针对1 8 9 0 煤矿封孔质量差、 单孔瓦斯抽采浓度较低的技术难题， 提出了带压封孔技术。 经试验， 带压封孔技术的应用可明显提高钻孔 的封孔质量， 增加钻孔的瓦斯抽采浓度。 ， 【 关键词l 带压封孔 裂隙圈 注浆 返浆 1引言 煤矿企业在瓦斯综合治理中主要依靠通风和抽采两种方法， 其 中瓦斯抽采是降低煤层瓦斯含量、 压力和减少瓦斯涌出量的根本性 技术措施之一。 衡量瓦斯抽采效果的指标主要有瓦斯抽采浓度、 瓦 斯抽采量等参数， 而这两个主要指标又受到抽采负压和封孔质量优 劣等因素的影响。 因此， 要提高矿井瓦斯抽采效果， 必须从抽采负压 和封孔质量等根本措施上进行治理。 目前， 我国煤层瓦斯抽采钻孔有多种封孔技术， 主要为常压封 孔和带压封孔两大类型。 1 8 9 0 矿常年应用常压封孔技术， 钻孔的封 孔质量较差， 单孔瓦斯浓度较低， 因此， 迫切需要改进钻孔的封孔工 艺 ， 提高瓦斯抽采率。 2带压封孔的技术原理 2 ． 1 钻 孔 轴 向 “ 三 区 ” 的 划 分 在受采掘影响前， 煤体处于应力平衡状态。 当受到采掘影响以 后 ， 应力平衡随即遭到破坏， 采场周围应力的大小和方向将发生较 大的改变。 在巷道周边将产生应力集中区。 根据煤体力学状态的不 同， 可以将其分为3 个区域 卸压区、 应力集中区和原始应力区。 卸压 区的煤体抗拉强度很差， 当拉伸应变超过破坏应变时， 径向将产生 返 浆 图2带压封孔示意图 表 1带压封孔工艺使用前后效果对比表 最大瓦斯浓度／ ％ 最小瓦斯浓度／ ％ 平均浓度／ ％ 常压封 孑 L 3 2 1 0 2 3 带压封 孔 6 0 3 5 4 2 裂隙， 形成裂隙圈。 抽采钻孔封孔以后， 如果裂隙圈的深度超过封孔 的深度， 裂隙圈内裂隙将会与抽采钻孔沟通， 构成了钻孔短路风流 的通道， 这些通道影响了抽采钻孔的气密性， 导致抽采浓度下降。 如 图l 所示 。 2 ． 2带压封孔技术 带压封孔就是用注浆泵将注浆材料填充到封孔段及封孔段周 围的矿体裂隙中， 切断空气向钻孔的流入通道， 避免在抽采负压的 作用下 出现“ 抽采循环 ” ， 进 而提高钻 孔的抽采浓度和抽采负压 。 带压封孔技术的主要步骤及理论依据是 1 通过实验、 考察的 方法确定钻孔的封孔长度， 在封孔段内利用膨胀材料构筑密闭空间 并预埋注浆、 返浆管； 2 利用注浆泵通过注浆管将封孔材料压人封 孔段的密闭空间中； 3 封孔材料将封孔段注满后 0 断依据为返浆管 返出封孔材料 ， 关闭返浆管阀门， 继续带压注浆； 4 一定时间后， 停 止注浆并关闭注浆管阀门， 封孔结束。 由于封孔材料注入到密闭空 间后， 在压力的作用下向钻孑 L 封孔段周围的矿体裂隙渗透 ， 封孔材 料凝固后， 即可将矿体裂隙封堵， 隔绝了空气流入钻孔的通道， 提高 了钻孔瓦斯抽采效率。 3带压封孔技术 3 ． 1封孔 长度 封孔长度的确定主要是要明确钻孔轴向的卸压带范围。 卸压带 的范围可通过三种方法来确定 公式计算法、 钻屑量法和经验法。 1 公式法 由于要使用大量的参数进行计算， 计算结果比较理想化， 所以只能作为一种辅助方法， 进行参考； 2 钻屑量法的原理是不同 应力区的煤体由于受力强度的不同在钻进过程中煤屑的排出量也 不同， 以此来确定应力区的划分； 3 经验法 一般认为巷道的卸压范 围为巷道宽度的3 - 5 倍。 1 8 9 矿的巷道宽度一般为3 m左右， 所以， 卸压区的范围为9 -1 5 m。 综合考察， 1 8 9 0 煤矿可以确定封孑 L 深度为 l O m 。 3 ． 2注浆 泵压 力 注浆压力的确定对带压封孔的封孔效果影响很大。 压力过小， 则卸压区裂隙不能有效填充， 不能达到带压封孔的效果。 压力过大， 容易将前后封堵材料压裂， 造成封孔失败。 所以要选择合适的注浆 压力。 经试 验 ， 在 封孔材料选择4 2 5 普通硅酸 盐水 泥 ， 水灰质量 比 1 ． 2 1 调制水泥浆， 封孔套管直径5 0 ram， 钻孔直径9 4 ram， 封孔长度 1 0 m的前提下， 可以确定注浆压力为0 ． 6 -1 ． 5 Mp a 。 3 ． 3注浆量计算 开始注浆前， 要对注浆量进行计算， 并预留富裕量， 以避免材料 的浪费或不足。 注浆量可用下式进行计算 W2 5 0 丌f D - d L ／ a 式中w注浆量， L； D 钻孔直径 ，r fi； ⋯ 下转第l 8 6 页 作者简介 李胜 1 9 7 1 - ， 男， 四川成都人， 1 9 9 2 -- -- 毕业于新疆煤炭专科学校， 现为新疆焦煤 集团 有限公司1 8 9 o 煤矿总工程师。 1 8 4 2 0 1 4 年7 月下第1 4 期总第1 9 4 期 油田、 矿山， 电力设备管理与技术 直接 接触 ， 使接触 电阻更大 ， 陷入了一个恶性循环 。 清除接 线板表面 附着氧化物后， 可以看到接触面已经变得坑坑洼洼。 3 ． 3氧化层的形成导致电流从压接螺栓通过 氧化膜的形成使接触电阻变大， 造成铝质接线板与铝质接线座 间的导电能力明显下降， 这样一来， 导致大电流从钢质压接螺栓通 过， 而钢质压接螺栓的导电性能要低于铝质材料 铝的电阻率为 2 ． 8 3 “Q／ c m 铁的电阻率9 ． 8 f 2 ／ c m ， 四个螺栓在压接时可能存 在受力不均匀或松动， 使大电流在通过上部两个压接不紧的钢质螺 栓时造成过热甚至放电 放电电弧是由电火花汇集成的， 瞬间温度可 高达6 0 0 0 C， 钢熔点1 5 1 5 ℃ ， 烧伤垫圈和螺栓， 现场拆除压接螺栓后 可 发现螺栓存在 明显烧融变形 。 如 图2 4处理和和防范措施 接头发热的预防与处理重在于接线和压接的可靠， 就是要正确 施工、 规范压接， 严格按照“ 设备安装工程施工及验收规范” ， 把好导 致接 头发热的第一关 。 1 首先应保证铝质接线板和接线座接触面平整光洁， 打磨清除 氧化层后涂抹一层导电脂， 最好选择滴点达1 8 0 -2 2 0 C、 凝固点在一 2 0 ～一 3 0 ℃的新型导电脂， 一定要均匀涂抹 0 ． 5 ～0 ． 1 mm ， 防止导电 脂 硬化给接触 面造成微小缝 隙。 导 电脂在接触 面处形成一层保 护 膜 ，起到隔绝空气、 并防止水份进入和增强导电性作用。 2 在用螺栓压接铝质接线板接线座时， 要保证两个接触面之间 保持平行， 接触紧密且接触受力均匀。 宜采用扭矩扳手判断施加压 力 ， 避免仅靠人为力量造成压力不足和压接过 紧。 压接拧紧时 ， 紧固 力矩M克服螺纹间以及螺母与接线板 或垫圈 间的摩擦力矩， 并使 连接产 生予 紧力P ， 满足 关系 式 M K P d1 0 f kg f m1 f 1 1 式中， d 为螺纹的公称直径 ram ， K为拧紧力矩系数。 当强度级 J f] 4 ． 6 级时， M1 8 螺栓紧固力矩取值宜介于9 8 ． 0 ～1 2 7 ． 4 N mZ _ 间。 压 ⋯⋯ 上接第l 8 4 页 d 封孔套管直径， m} L 注浆段长度， i i 1 ； a 注浆材料膨胀倍数， 取1 ． 1 。 3 ． 4带压封孔流程 3 ． 4 ． 1清孔 封孔前须清除孔内的钻屑和积水 主要为下向钻孔 ， 保证封孔 套管能顺利塞入 孔中。 清孔可采用两种方法 1 钻孔施工完毕后 ， 利 用排渣水对钻孔进行冲刷， 直至孔口返出清水为止。 卸下供水管， 加 上压风管进行压风， 将孔内积水排出， 待积水呈间歇状喷出时停止； 2 封孔前， 向孔内塞入一根1 0 -1 2 m长的铁管， 利用快速接头接入压 风管， 对孔内进行压风， 待积水呈间歇状喷出时停止。 3． 4． 2 下 管 将直径5 0 ram长1 2 m的封孔套管前后端绑上膨胀材料， 充分混 合后塞入孔内， 同时将长1 ． 5 m和9 ． 5 m的注浆管和返浆管一并塞入 孔内。 上向孔注浆管长1 ． 5 m， 返浆管长度确定为从孔口至距钻孔里 端膨胀材料封堵段0 ． 5 m处； 下向子 L 注浆管长度确定为从孔口至钻孔 里端聚氨酯封堵段3 - 4 m处， 返浆管长1 ． 5 m； 近水平钻孔注浆管长 5 m， 返浆管长1 ． 5 m。 注浆管均在返浆管下方。 3． 4． 3 注 浆 等膨胀材料完全膨胀并达到一定强度后 约1 0 r n i n 左右 ， 利用 注浆泵将水灰比l 1 加适量膨胀剂配置的糊状水泥浆按照计算注浆 量注入封孔段。 返浆管返浆， 即关闭返浆管阀门， 继续注浆2 5 m a n 止。 如 图2 所示 。 3 ． 4 ． 4封 孔完成 注浆完成后， 将注浆管阀门关闭， 封孔结束。 】 8 6 2 0 1 4 年 7 月下第1 4 期总第l 9 4 期 Chi n a S c i e n c e Te c hn ol og y 0ve r v i e w 接 完成后 ， 根据 电气工程安装标准， 无论铝或铜接头 ， 连接后的 电阻 值都不应大于同长度原材料电阻值的1 ． 2 倍。 3 日常运行中要加强定期巡视和红外测温， 及早发现潜在的接 头过热点。 仔细查看颜色、 烧痕、 气味、 接触缝隙及螺栓紧固强度等 外部现象， 夜间观察有无放电和发红现象。 目前红外线精确测温技 术是一个有效手段， 严格按照G B 7 6 3 -9 0 交流高压 电器在长期工 作时的发热 和其他相关规定， 每次测温后应存档， 并与历史数据进 行比较， 如果发现温度有上升趋势就应跟踪检测， 一旦发热就应该 及时停电处理。 高压电器中各零件、 材料在长期工作时最高允许温 度及温升具体可参见G B 7 6 3 - 9 0 中相关规定。 5 结语 变电设备接头发热现象在电力生产中时常发生， 其对设备和电 网安全运行有着较大的影响， 要避免电气接头热缺陷造成变电站停 电甚至事故扩大的情况发生， 运检人员要对此有一个清醒认识， 不 断总结和积累经验方法 ； 降低接头发热的故障率 ， 除了加大设备 改 造更换力度、 规范施工、 严格执行验收标准， 还要在运行中积极引入 各种先进检测技术手段， 确保电网正常运行。 参考文献 [ 1 ] 王晴． 变电设备事故及异常处理[ H ] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 项玉华， 徐志军， 等． 输变电工程施工工艺手册[ H ] ． 北京 中国电力 出版社， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 阎士琦． 常用 电气设备 故障诊断技术 手册[ H ] ． 北京 中国电力出版 社， 2 0 0 4 ． 3 ． 5带压封孔 注意事项 1 封孔管里外端膨胀材料的绑扎应牢固， 防止在下管的过程中 脱落并移位， 导致封孔有效距离变短； 2 封孔注浆材料除水泥浆外， 也可以选用聚氨酯发泡材料； 3 注浆完成后， 应冲洗封孔泵， 以免注 浆材料封堵注浆泵； 4 返浆管的长度不宜太长， 以避免膨胀材料将 返浆管封堵而无法返浆； 5 条件允许的情况下， 可在封孔套管顶端 1 ． 5 m范围内加工孔径5 ram的花孔， 以增加抽采效果。 4封孔效果考察 1 8 9 矿带压封孔试验地点选择在1 6 1 2 2 工作面运输巷。 1 6 1 2 2 工作面倾斜长度为1 5 0 m， 钻孔设计长度为1 2 0 m， 孔间距3 m， 孔径 9 4 mm， 均为上向钻孔。 在采用常压封孔时， 单孔平均浓度一般为2 ／ o 左右， 采用带压封孔技术后， 单孔平均浓度达到了4 0 ％以上。 在同一 地质单元， 相同抽采负压的前提下， 带压封孔工艺使用前后的对 比 如表 1 。 5结语 1 带压封孔技术的应用可 以明显提高钻孔的封孔质量 ， 增加钻 孔的抽采效率； 2 在因钻孔抽采效率较低而造成矿井生产接续紧张 的情况下， 可以推广应用带压封孔技术。 参考文献 [ 1 ] 张长远， 陈建等． 带压注浆封孔技术的研究应用[ J ] ． 煤炭工程， 2 0 1 1 3 3 9 4 1． [ 2 ] 王圣程， 庞叶青等． 抽采钻孔带压注浆封孔技术的研究与应用[ J ] ． 煤矿 安全， 2 0 1 1 6 4 - 6 ．