带压注浆封孔技术在汪家寨煤矿的应用.pdf

2 0 1 7年第 4 3 卷第 5期 M a y 2 01 7 工业安全与环保 I n d u s t ri a l S a f e t y a n d E n v i r o n me n t a l P r o t e c t i o n 69 带压注 浆封孔技术在 汪家寨煤矿 的应用 * 陈雄 刘延保2 李亚运 1 ． 重庆工程职业技术学院 重庆 4 0 2 2 6 0 ； 2 ． 中煤科工集团重庆研究院有限公司 重庆 4 0 0 0 3 7 摘 要 为改进汪家寨煤矿的瓦斯抽采钻孔封孔技术 ， 提高封孔质量 ， 针对 目前封孔工艺存在的问题 ， 提 出以新型无机封孔材料 、 封孔器 为一体 的“ 两堵一注” 带压注浆 封孔技术 。现场 的应用试 验表明 ， 考察 期 内试 验钻孔平均瓦斯体积分数达到 了 6 0 ％以上 ， 有效提高试验钻孔的封孔质量 ， 为下一 步的封孔工艺优 化改进提 供 了参考及建议 。 关键词 瓦斯抽采 带压注浆封孔 两堵一注 钻孔密封 A p p l i c a t i o n o f Gr o u t i n g S e a l i n g T e c h n o l o g y w i t h P r e s s u r e i n Wa n g j i a z h a i C o al Mi n e CHEN Xi o n g 。L I U Ya n b a o LI Ya y u n 1 ． C h o n g q i n g V o c a t i o n a l I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g C h o n g q i n g 4 0 2 2 6 0 Ab s t r a c t I n o r d e r t o i mp r o v e t h e s e a l i n g t e c h n o l o g y a n d i mp r o v e t h e q u a l i t y o f s e a l i n g i n Wa n g j i a z h a i c o a l mi n e ，a n e w t y p e o f i n o r g a ni c s e a l i n g ma t e ria l a n d s e ali n g ma c h i n e i s p u t f o r wa r d t o s o l v e p r o b l e ms e x i s t e d i n s e a l i n g p r o c e s s．Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e a v e r a g e d ril l i n g h o l e c o n c e n t r a t i o n r e a c h e s a b o v e 6 0％d u r i n g t h e i n s p e c t i o n p e rio d，whi c h c a n e ffe c t i v e l y i m p r o v e t h e s e a l i n g q u ali t y o f d ril l i n g h o l e s ，p r o v i d i n g r e f e r e n c e s a n d s u g g e s t i o n s f o r t h e o p t i mi z a t i o n a n d i mp r o v e me n t o f t h e s e a l i n g p r o c e s s． Ke y W o r d s g a s e x t r a c t i o n g r o u t i n g s e a l i n g u n d e r p r e s s u r e t e c hn o l o gy t wo s e a l i n g an d o n e g r o u t i n g b o r e h o l e s e a l i n g 0 引 言 对于高 瓦斯和煤与瓦斯突出矿井 ， 瓦斯抽采是 防治 矿井 瓦斯 灾 害 事 故最 根 本 和 最 有 效 的措 施 。 _ l j 其 中 ， 抽采 钻孔 封 孔 是 瓦斯 抽 采 作 业 中至关 重 要 的 环 节 ， 封 孔质 量 的优 劣 直接影 响 瓦斯抽 采效 果 ， 是煤 矿 实现 高产 高效 、 安全 生产 的重要 条件 。 _ 2 J 煤 矿 瓦斯 抽采 钻孔 封孔技 术 ， 由早 期 的黄 泥 封 堵 发展 至 机 械 式水泥砂浆封孔 、 高分子材料封孔 ， 这些封孔工艺都 存在 一些 技术 难题 尚未 解 决 ， 难 以有 效 保证 封 孑 L 质 量 。 _ 3 J 近 年来 ， 相关 学者 在 吸收现 有封 孑 L 方 式优 点 的 基 础上 ， 提 出了 以新 型 无 机膨 胀 材 料 和 封孔 器 为 主 的带压注浆封孔工艺 ， 在解决浆液无法保证注满密 封空 间 问题 的同 时 ， 浆 液在 注浆 压 力 的作用 下 向钻 孔孔壁周围的裂隙扩散 ， 有效封堵 了钻孔周围的漏 气 通道 ， 提 高 了钻 孔密 封效 果 。 _ 4 该技 术 已在全 国 多 个 矿 区进行 了应 用推 广 ， 取 得 了显著 的效 果 。 汪家 寨 煤矿 目前 井 下 瓦斯 抽 采 体 积 分数 为 3 0 ％ ～4 0 ％ ， 钻孔 封 孑 L 工 艺 亟 待优 化 。为 了进 一 步 提高汪家寨煤矿预抽钻孔 的抽采浓度 ， 在汪家寨煤 矿 4 1 1 0 3运 输 巷 开 展 了带 压 注 浆 封 孔 工 艺 试 验 应 用 。 1试验 矿 井概 况 1 ． 1矿井 概况 汪家寨 煤 矿绝 对 瓦斯 涌 出量 为 3 8 ． 9 7 m 3 ／ m i n ， 相 对 瓦斯 涌 出量 为 3 0 ． 6 6 m ／ ra i n ， 为煤 与 瓦 斯 突 出 矿井 。主 采 1 1 煤 层 最 大 瓦斯 压 力 2 ． 6 0 M P a ， 透气 性系数 为 0 ． 1 0 0 0 ～1 ． 4 4 3 2 m 2 ／ M P a 2 d ， 煤层 瓦斯 压力 大 ， 煤 层原 始 瓦斯 含 量 高 ， 透 气性 差 ， 且 具 有 煤 与瓦斯突出危险性 ， 瓦斯治理难度大。 1 ． 2 瓦 斯抽采 钻孔 封孔 现状 目前 ， 汪家寨煤矿普遍采用水泥砂浆配合马丽 散聚氨酯的两堵一注封孔工艺方式 使用 3根封孔 管 ， 封孔管孔径 5 0 m m， 4 ． 5 m ／ 根 ， 封孔深度 1 3 ． 5 m， 其中一根筛管部分打筛眼， 在封孔管筛孔往外 0 ． 5 i n 处及 1 i n处捆绑棉布及 聚氨酯马丽散作为“ 两堵一 注 ” 的端头 封堵 ， 注浆 返浆 管采用 1 2 ． 7 0 m m钢管 ， 水 平钻 孔及 上行 钻孔 钢管 长度 分 别 为 1 0 m 和 1 ． 5 m， 下行钻孔钢管长度均为 1 ． 5 i n 。待聚氨酯马丽散反 *基金项 目 “ 十三五 ” 国家科技重大专项 2 0 1 6 Z X 0 5 0 6 7 0 0 4 0 0 4 ， 2 0 1 6 z x 0 5 0 4 3 0 o 5 0 0 3 ， 重庆市基础 与前 沿研究计划项 目 c s t c 2 0 1 6 j c y j A 0 0 8 5 。 7 0 应 后 ， 利用 注浆泵 向注浆段 注浆 ， 注 浆完 成后 使用 水 泥浆孑 L 口进 行封 堵 ， 并 对钻 孔进 行接 抽 。 由于马丽散与煤体的结合强度较低 ， 遇水易收 缩 ， 且无法实现带压注浆 ， 采用水泥砂浆配合马丽散 聚氨酯 的 两堵一 注封 孑 L 工 艺现 场实 际成 孔封 孔质 量 参 差不 齐 ， 封孔 工艺 仍需进 一 步优 化 。 2带压 注 浆封 孔工艺 2 ． 1 工 艺原理 瓦斯抽采钻孔带压封孔技术 ， 是基于巷道煤岩 壁内存在的应力扰动沟通裂隙， 利用带压注浆方式 来达到改变瓦斯抽采钻孔周围煤体特性和密封微孔 裂 隙的 目的 。 l 5 J 该技 术利 用 注浆设 备 ， 以一定 压力 将 浆液 材料 压 注到瓦 斯抽 采钻 孔封孔 段 空 间及 周 围孑 L 壁煤体扰动裂隙内部 ， 浆液在注浆压力作用下 ， 充填 孔隙和煤体凹凸面 ， 增大浆液扩散范围， 在大渗透压 力梯度作用下渗入煤体微裂隙内， 并产生凝聚力 ， 待 浆液固化后 ， 形成树枝状分布 ， 与煤体颗粒 固体粘结 在 一起 ， 以彻 底密 封瓦 斯泄 漏通 道 。 l_ 6 J 2． 2工 艺 流程 1一注 浆 管 ； 2一抱 箍 ； 3一封 孔 囊 袋 ； 4 一单向阀 ； 5 一爆破 阀； 6 一堵头 图 1 封 孔 工 艺 示 意 如图 1 所示 ， 封孑 L 器工作时， 首先利用注浆泵通 过注浆管注浆 ， 封孔囊袋 内单 向阀打开 ， 浆液水体通 过封 孔囊 袋滤 出 ， 浆 体在 囊袋 内部 堆积 ， 囊 袋体 积和 内部浆体压力不断增大， 囊袋与孔壁紧密结合 ， 当囊 袋 内压力 达 到一定 值 时 ， 封孔 囊袋 外爆 破 阀打 开 ， 浆 体不断进入两个囊袋之 间的密闭空间， 待注浆压力 达 到要求 时停 止 注浆 ， 完成 封孑 L 对钻孔 进 行接抽 。 3现场 应用 及效 果分 析 3 ． 1 试 验 方案设 计 本次试验采用两种不同的封孑 L 方式进行对 比分 析 。其中， 6个钻场采用新型无机材料与封孔器 “ 两 堵一注” 封孔 ， 5个钻场采用水泥砂浆与聚氨酯“ 两 堵 一 注” 封 孔 ， 两 种封 孔方 式均 采 用孔径 为 2 5 i n l p ． 的 抽 采 管 ， 具 体封 孔参 数见 表 1 。 表 1 不 同封孔工艺封子 L 参数 3 ． 2 试验 效果 分析 试 验后 根据 现场 不 同封孔方 式 下钻孔 瓦斯 浓度 实测 数 据 进行 归 纳 分 析 整 理 ， 图 2为 采 用 “ 两 堵 一 注” 带压注浆封孔试验钻场瓦斯平均体积分数变化 情 况 图 ， 图 3为 矿 方 原 有 封 孔 方 式 聚 氨 酯 “ 两 堵 一 注” 钻 场瓦 斯平 均体 积分数 变化 情况 图。 l 钻场 _ * _ 2 钻场 半 3 钻场 抽采 时间／ d 图 2“ 两堵一注” 带压注浆封孔体积分数变化情况 抽采时间／ d 图 3 聚氨酯“ 两堵 一注” 封孔体积分数变化情况 试 验 数 据 对 比分 析 表 明 矿 方 原 有封 孔 方 式 平 均瓦斯体积分数为 3 6 ． 2 3 ％， “ 两堵一注” 带压 注浆 封孔的平均瓦斯体积分数 为 6 0 ． 7 6 ％， 利用带 压注 浆封 孔钻 孑 L 瓦 斯浓 度稳定 性 明显要 高 于矿方 原有 封 孔方式的钻孔瓦斯浓度 ， 瓦斯抽采浓度明显提高 ； 矿 方原 有封 孔方式 钻 场 平 均 瓦 斯浓 度 变 化 波 动 大 ， 封 孔质量 参差不 齐。 以 H D I型无 机封 孔材 料和 F K J W 型矿 用注浆 封 孔 器为 一 体 的 “ 两 堵 一 注 ” 带 压 注浆 封孔 技术 有效 提 升 了封 孑 L 质 量 ， 提 高 了 瓦斯 抽 采 浓度 。 4结语 基 于“ 两堵 一 注 ” 带压 注 浆 封 孔 工 艺 ， 提 出 了 以 H D一 工型 无 机 封 孔 材 料 和 F K J W 型 矿 用 注 浆 封孔 器为一体的瓦斯抽采钻孔封孑 L 成套技术。该技术具 71 有使用简便 、 效果明显和适用范 围广等优势。 现场试验表明， 采用“ 两堵一注” 带压注浆封孔 工 艺 的钻孔 瓦斯 抽采 浓度 明显 高于 采用其 他 封孔工 艺的钻孔 ， 在考察期 内试验钻孔组平均瓦斯体积分 数达到 了 6 0 ％以上 ， 有效 提高了封孔质量 ， 为同类 型矿井瓦斯抽采钻孔封孔工艺的选择提供了数据参 考及建 议 。 参 考 文 献 [ 1 ] 林柏 泉 ． 矿井瓦斯 防治理论 与技 术[ M] ．徐州 中 国矿业 大学出版社 ， 2 0 0 5 1 5 ． [ 2 ] 翟成 ， 向贤伟 ， 余旭 ， 等 ．瓦斯 抽采 钻孔柔 性膏 体封 孔材 料封 孔性 能研 究[ J ] ． 中国矿业大学 学报 ， 2 0 1 3 ， 4 2 6 9 8 2 98 8． [ 3 ] 程远平 ， 付建华 ， 俞启香 ．中国煤矿瓦斯 抽采技术 的发展 [ J ] ． 采矿与安全工程学报 ， 2 0 0 9 ， 2 6 2 1 2 7 1 2 9 ． [ 4 ] 陈颖兴 ， 郭振新 ．聚氨酯水 泥浆 封孑 L 技 术在新 景矿 的应 用[ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 1 3 ， 4 5 5 7 1 7 2 ， 7 5 ． [ 5 ] 黄鑫业 ， 蒋承林 ． 本煤 层 瓦斯抽采 钻孔 带压封孔 技术研 究 [ J ] ． 煤矿科学技术 ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 0 4 5 4 8 ． [ 6 ] 宋吴兵 ， 林柏 泉 ， 郝 志勇 ， 等 ．瓦斯 抽采钻孔 新 型高水 材 料封孔性 能 的研究 与应用 [ J ] ． 煤炭 工程 ， 2 0 1 5 ， 4 7 9 9 4 96． [ 7 ] 任青 山， 胡群 辉 ， 郁 钟铭 ， 等 ．自制 膨胀 材料在 正高煤 矿 瓦斯抽采钻孔密封 中的应用 [ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 1 6 ， 4 8 2 6 9 71 ． 7 4． 作者 简介 陈雄 ， 男， 1 9 6 3年 生， 四川渠县人 ， 高级工程师 ， 副 教授 ， 主要从 事煤矿安全技 术、 爆破 安全技 术、 职业危害 防治 技 术等方面的教 学和科研 工作。 收稿 13期 2 0 1 6 1 1 1 8 上 接第 5 5页 v f 与辐射强度存在较好 的线性关系 ， 但是倾角 较 大时 ， 该线 性关 系就 不再 满足 。 参考文献 [ 1 ] Z H A N G Y， J I J ， WA N G Q ， e t a 1 ． P r e d i c t i o n o f t h e c ri t i c a l c o n d i t i o n f o r fla me a c c e l e r a t i o n o v e r wo o d s ur f a c e wi t h d i f f e r e n t s a m p l e o r i e n t a t i o n s [ J ] ．C o m b u s t i o n＆ F l a m e ， 2 0 1 2 ， 1 5 9 9 2 9 9 93 0 o 2． 【 2 J Z H AN G Y，S UN J H，HU AN G X J ，e t a1．He a t t r a n s f e r m e c h a n i s ms i n h o riz o n t a l fl a me s p r e a d o v e r wo o d a n d e x t rude d p o l y s t y r e n e s u r f a c e s [ J ] ．I n t e rna t i o n a l J o u rn al o f H e a t ＆ Ma s s T r a n s f e r ，2 0 1 3， 6 1 1 2 83 4． 3 J Z H AN G Y，J I J ，u J ，e t a 1 ．E ff e c t s o f a l t i t u d e a n d s a mp l e wi d t h o n t h e c ha r a c t e ris t i c s o f h o riz o n t a l fla me s p r e a d o v e r wo o d s h e e t s [ J ] ． F i r e S a f e t y J o u rn a l ， 2 0 1 2 ， 5 1 7 1 2 01 2 5 ． 1 4 J Z HA NG Y， J I J ， HU AN G X J ， e t a1．E fi e c t s o f s a mp l e w i d t h o n fla me s p r e a d o v e r h o riz o n t al c h a r r i n g s o l i d s u r f a c e s o n a p l a t e a u [ J ] ． C h i n e s e S c i e n c e B u l l e t i n ， 2 0 1 1 ， 5 6 9 9 1 9 9 2 4 ． [ 5 ] 张英 ， 孙 金华 ， 纪杰 ， 等 ． 高 原环境 下木 材表 面火 蔓延 特 性的实验研究 [ J ] ．燃烧 科学 与技 术 ， 2 0 1 1 ， 1 7 3 2 7 4 2 7 9． 1 6 J P O WE L L A M， KU L K A RN I A K．A n e x p e ri m e n t a l s t u d y o f u p w a r d fl a m e s p r e a d i n a v e r t i c a l c o me r w a l l fi r e [ C ] ． P r o c e e d i n g o f t h e 1 9 9 7 AS M E I n t e r n a t i o n a l Me c h a n i c a l En g i n e e rin g． [ 7 ] 黄洋 ， 张英 ， 陈先锋 ， 等 ． 基 于 C F D坡 度隧 道火 灾烟气 蔓 延特性模拟研 究 [ J ] ． 工业 安全 与环保 ， 2 0 1 6 ， 4 2 2 3 3 3 6． [ 8 ] 黄洋 ， 张英 ， 牛奕 ． 坡度对隧道火 灾温度分 布特性 的影 响 研究 [ J ] ． 公路 ， 2 0 1 5 9 2 6 8 2 7 2 ． [ 9 ] Q U I N T I E R E J G ．T h e e ff e c t s o f a n g u l a r o ri e n t a t i o n o n fl a m e s p r e a d o v e r thi n ma t e ri a l s l J J ．F i r e S a f e t y J o u r n a l ，2 0 0 1 ， 3 6 3 2 9 13 1 2． 1 1 0 J B I L B A O R，MAS T R AL J F，L A N A J A，e t a 1 ．A mo d e l for t h e p r e d i c t i o n o f t h e t h e r ma l d e g r a da t i o n a n d i g n i t i o n o f wo o d u n d e r c o n s t a n t a n d v a ri a b l e h e a t fl u x [ J 3 ． J o u ma l o f A n a l y t i c al ＆ A p p l i e d P y r o l y s i s ，2 0 0 2 ， 6 2 1 6 38 2． [ 1 1 ] 邹样辉 ， 周建军 ， 钟 占荣 ， 等 ． 外加辐射 条件下水 平方 向 火蔓延 的实验研 究 [ J ] ．中 国科 学技术 大学学 报 ， 2 0 0 1 ， 3 1 4 4 6 54 6 9． [ 1 2 ] 兰锦安 ， 胡伟 ，谭 海 ， 等 ． 受 限空 间 内高 温热辐 射对火 灾规模增长特性 的影 响[ J ] ． 燃 烧科 学与技 术 ， 2 0 1 3 ， 1 9 6 5 6 25 6 6． [ 1 3 ] 王喜世 ， 廖光煊 ， 范维澄 ， 等 ． 木材表 面火蔓延 特性 的动 态测量研究[ J ] ．火灾科 学 ， 2 0 0 0 ， 9 1 8 1 2 ． [ 1 4 ] 齐丽婷 ， 余永 刚 ． 薄 片可燃 物火蔓 延速率 的测量 与计算 [ J ] ． 热科学与技 术 ， 2 0 0 4 ， 3 4 3 6 5 3 6 8 ． [ 1 5 ] 袁宏永 ， 史学锋 ． 沿 固体木板 面火 蔓延状 况的影像 测量 方法研究[ J ] ． 火灾科学 ， 1 9 9 6 ， 5 2 6 3 6 8 ． [ 1 6 ] 秦俊 ， 林霖 ， 廖 光煊 ．用红 外热成 像方 法研究 纸板 表面 火蔓延特性[ J ] ． 红外技术 ， 2 0 0 3 ， 2 5 3 4 9 5 4 ． [ 1 7 ] Q U I N T I E R E J ． A s i m p l i fi e d t h e o r y f o r g e n e r a l i z i n g r e s u l t s f r o m a r a d i a n t p a n e l r a t e o f fl a m e s p r e a d a p p a r a t u s [ J ] ． F i r eM a t e r i a l s ，1 9 8 1 ， 5 2 5 26 0． 作者简介 王思官 ， 男， 1 9 9 2年生， 硕 士研 究生， 研 究方 向为 固体 火蔓延 。 通讯作者 张英 ， 男 ， 1 9 8 5年 生， 工学博 士， 博 士后 ， 副教授 ， 从事 火灾安全及个体 防护研 究。 收稿 日期 2 0 1 6 0 41 4