高突难抽采煤层封孔技术改进.pdf

2 0 1 1 年第9期 中州煤炭 总第 1 8 9 期 ． ___I - _ - C 同 突难抽 采煤层 封孑 L 技术改进 张敬 书 河 南煤业化 工集团 鹤煤 公司六矿 ， 河南 鹤壁4 5 8 0 0 0 摘要 鹤煤公 司六矿 为严 重的煤 与瓦斯突 出矿井 ， 瓦斯成为制 约矿井安全 生产 的瓶 颈， 提 高瓦斯抽 放率 已成 为矿 井治理瓦斯的关键。六矿瓦斯抽采 系统复杂， 其 中钻 孔封孔质 量是瓦斯抽 放过程 中一个 重要环节。针 对矿 井抽放钻孔漏气 、 封孔质量问题 ， 提 出并实施 了径 向强 力膨胀封 孔技术。 实践 证明， 该 技术封 孔质量 良 好 ， 钻孔浓度显著提 高， 降低 了煤 与瓦斯突出的危险性。 关键词 瓦斯 防治； 封孔技术 ； 抽放 效果 中图分类 号 T D 7 1 2 ． 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 1 0 90 1 2 1 0 3 鹤煤 六 矿 位 于 鹤 壁 煤 田东 部 ， 南 起 张 庄 向斜 ， 北 、 西至 F 。 正断层及二 煤露头 ， 东止煤层 一 8 0 0 m 底 板 等 高 线 ， 南 北 走 向长 9 ． 5 k m， 东 西 倾 向 宽 2 ． 7 k m， 井 田面积 约 1 8 ． 5 5 k m 。 主采 二叠 系 山西 组二 煤 层 ， 平 均 煤 厚 7 ． 4 8 m。鹤煤 六 矿 1 9 6 4年 投 产 开 采 ， 自 1 9 7 0年 8月 2 5 日发 生 首 次 煤 与 瓦斯 突 出 以 来 ， 共发生煤与瓦斯突出事故 3 3起 ， 瓦斯防治工作 成 为制 约矿 井 安全 生产 的瓶 颈 问题 。煤矿 瓦斯 抽采 是 解决 高 瓦斯 涌 出 、 消 除 瓦斯 突 出危 险 源 和 防治 灾 害事 故 的根 本 性措 施 ， 提 高 瓦斯 抽 放 率 的 技术 成 为 制 约 瓦斯抽 放 的关 键 环 节 ， 瓦斯 抽 采 效 果 的好 坏 除 与钻孔 数量 、 进 尺有 关 外 ， 还 取决 于钻 孑 L 封孔技 术 。 根据一些专家调查分析 ， 六矿抽采浓度低 、 抽采 效 果差 的主要 原 因 ① 封 孔效 果 差 ， 钻 孑 L 漏 气 严 重 ， 导致抽采浓度过低 ； ②封孑 L 材料膨胀超过孔 口管， 堵 塞瓦斯流出通道 ， 导致抽采浓度过低 ； ③孑 L 口抽采负 压 过 高 ， 增 加 了钻 孔 漏 气 量 。针 对 六 矿 近 年来 的抽 采情况 ， 对抽放钻孔封孔技术进行改进 ， 提 出并实施 了径向强力膨胀封孑 L 技术 ， 有效提高了瓦斯抽放率 ， 取 得 了 良好 的经济 和社 会效 益 。 1原封孔方式及存在 问题 根 据 井 下 现 场实 际 测 定 ， 抽 采钻 孑 L 中一 部分 钻 孔 抽放 负压 为 0 ， 经判 定这 类 钻孔 为 漏 气 钻孑 L ， 封 孔 存 在严 重 问题 。不 排 除 有 人 为 因素 ， 但 更重 要 的是 封孑 L 方式不够合理 ， 技术上存在一定的问题， 主要是 收稿 日期 2 0 1 1 0 63 0 作者 简介 张敬 书 1 9 6 3 一 ， 男 ， 河南原 阳人 ， 高级 _T 程 师 ， 1 9 8 8年 毕 业于焦作矿业 学院 ， 长期 从事矿井技术 管理工作 ， 现任鹤煤公 司六 矿 总工程师。 抽 采钻 孔封 孔不严 密 。 1 原 封 孔 方 式 。 鹤 煤 六 矿 原 封 孔 采 用 立 固 安 、 水炮皮和聚乙烯管等材料进行封孔 ， 其封孔过程 为 用 3 8 m m封 孔 管 3根 ， 每 根 长 3 m， 共 9 m， 用 封 孔管软 带 连接 。首 先 在 封 孔 管 最 前 端缠 上 棉 布 ， 以防堵孑 L ， 然 后在 封孔 管 口 2 m 以下 套 上 2个 水 炮 皮 ， 水炮皮周长 4 0 0 mm， 直径约 1 3 0 m m， 水炮皮每 4 0 0 m m拴 1道 绳 ， 共 分 8段 ， 在每 段 上 方用 刀 具 开 口 1 5 0 m m 长 ， 然 后勾 兑 封孔 药 立 固安 ， 其 中黑 、 白 药各 2 k g 搅 拌 均 匀 ， 用 药 量 4～ 5 k g ， 均匀 倒 人 每 段水炮皮 内， 最后把封孔管送进孔 内。待药膨胀后 ， 用水泥把孔 口堵严带抽 。该方法缺点 ①水炮皮直 径 约 1 3 0 mm， 大 于钻 孔 直 径 7 5 m m ， 水 炮 皮 不 可 能在孔内形成破裂； ②在封后续钻孔时， 常因连接带 断开， 药剂已经膨胀 ， 但水炮皮并 没有受压破裂 ； ③ 封孑 L 剂 因在孑 L 内上 、 下 流动 ， 故不 能确 保药 剂在 封孔 恰当位置 ； ④封孑 L 后药剂外流， 反应停止后孔 口外常 堆积成大量封孑 L 剂凝固物 ， 影响气密性 ； ⑤封孑 L 管之 间 采用 的 2 j 5 1 mm软 带 较 短 ， 虽 用 铁 丝 捆绑 但 仍 不 牢固， 封孑 L 时 出现脱落 ， 影响封孔 ； ⑥常 出现煤粉将 连 接管堵 死 现象 。 2 存在问题 ① 封孔剂无阻挡 ， 向前后 膨胀 ， 可导致封孔剂漏气 ， 气 密性差 ， 孑 L 口负压降低 ； ② 因 水 炮 皮在 钻孔 壁 和药 剂 之 间 的 隔挡 ， 封孔 剂 不 能 充 填孔壁裂隙 ， 导致孔 口负压低 ； ③因封孑 L 剂在孑 L 内易 上 、 下流 动 ， 故 易造 成 封 孑 L 剂 堵 死钻 孔 现 象 ， 下 向孔 尤 甚 ； ④ 钻孔 施工 不 平 直 ， 有 明显 变 形 ， 给 封孔 工 作 造成困难 ， 易造成二次封孔或废孑 L 出现； ⑤采用较短 的 5 1 m m软带进行连接并用铁丝固定的办法 ， 在 转封孑 L 管期问易造成连接软带脱开。 ． 1 21 2 0 1 1 年第9期 中州煤炭 第 1 8 9期 2封孔质量分析 2 ． 1 封 孔质 量关键 技术 封孔质量好坏与抽采负压高低直接关系到瓦斯 抽放 效果 ， 尤 其是 抽 采 浓 度 高低 。抽 采 瓦斯 钻 孑 L 封 孔 目的是防止 抽进 管 内空气 ， 保证 抽采 瓦斯 浓度 ， 特 别是 抽采 负压 较高 时 ， 更 需 要 保证 封 孑 L 质 量 和 封 孑 L 长度 。分 析抽 采钻 孑 L 漏 气 通 道 ， 封孔 质量 和 封 孑 L 长 度需满足 2方面的要求 ①封孔能够防止孔 口管与 孔壁 之 间环状 间 隙之 间以及孔 壁松 动范 围 内煤岩 体 不漏 气 。这要 求 封孔 材 质 本 身要 有 一 定 的致 密度 ， 自身不会 漏气 ； 且 封 孔材 质 能 够 充 填 钻孔 壁 上 的缝 隙 和裂 隙 ， 不会 通 过 它 们 漏气 。只有 封孔 材 质 在 一 定 的密 闭空 问 内膨 胀 、 填补缝 隙 和裂 隙 ， 才 能达 到此 目的。② 由于抽采时间较长 ， 巷道围岩将发生松动， 产生 的裂隙成 为漏 气 通 道 ， 这 要 求 封孑 L 材 质 所 处 的 位 置要 大于巷 道 的松 动 范 同 ， 即封 孔 深 度 。 因此 合 适 的封孔 技术 需满 足封 孔长 度 、 封孑 L 浓 度 、 密闭 空间 内膨 胀或 充填 3方 面 的 内容 。 2 ． 2抽 采负 压与封 孔质 量 间的关 系 抽 采负压 是钻 孔 内瓦斯 流 向抽采 泵站 的合适 抽 采动 力 。一般 而 肓 ， 钻 孔 孔 口抽 采 负 压 只是 保 证 钻 孔 内瓦斯 流进 抽采 管 网 ， 对 煤 层 解 吸 瓦斯 没 有 太 大 影 响 。但 是 ， 由 于钻孔施 工 完成 后存在 垮孔 、 变形 等 情况 ， 要保 证 瓦斯从 孔底 流人 管 网 ， 需要 一 定 的孔 口 负压 。保 证 瓦斯 正 常流 进 的孔 口负压 与钻 孔 深 度 、 孔径 、 煤层 硬 度等 各方 面有关 系 。孔 口负 压过大 ， 如 果封孔质量不能保证 ， 会在封孑 L 段大量漏入空气 ， 降 低抽放浓度和纯量， 因此 如果新带抽的孔 口管 内瓦 斯浓 度 和孔 口负压 不能 匹配 ， 需 调整封 孔方 法 ， 及 时 提高 封孔 质量 。 3径 向强力膨胀 封孔技术 3 ． 1钻 孔开 口 开启 钻机 开孔 时 ， 必 须保 证 煤 孔 前 9 m 的钻 孔 成型， 不得在开孑 L 段形成 伞檐状 、 台阶状 、 弯曲状钻 孔 ， 以保证 封 孔 药 剂 、 封 孔 材 料 与 孔 壁 完 全 紧 密 接 触 ， 避免 出现 负压 抽 采 时 可 能 漏入 空 气 的缝 隙 。这 要求 开钻 前必 须认 真 固定好 钻 机 利 用 前后 戗 柱 和 顶柱 ， 确保 钻孔 不会 发 生摆动 。 3 ． 2封 孔长 度与封 孔深 度 封 孔长 度 是 指封 孑 L 药 剂 、 封孑 L 材 料 与 孔壁 完 全 接触 的钻孔 段 长 度 。封 孔 深度 是 指 封 孔 药 剂 、 封 孑 L ． 1 22 ． 材 料与孔 壁 完全接 触段 最里 端距 孔 的距 离 。合适 的 封 孔长 度与 封孔深 度 是保证 抽采 瓦斯 浓度 的关 键环 节 之一 ， 但是 ， 过 长 的封孑 L 长 度 与封孑 L 深度 将造 成 _T 时 、 材料 的浪 费 。根据 六矿 的具体 情况 ， 穿 层钻孔 封 孔 长度 应 不 小 于 5 m， 封 孔 深 度 不小 于 6 m。煤 巷 上 、 下 帮布置 过边 抽边 掘钻 孔或 锚 网联 合 支护 巷道 ， 该 巷道顺 层抽 放 钻 孔 的封 孔 长 度 不 得 少 于 8 m， 封 孔 深度 不小 于 9 I n ； 煤 巷 上 、 下 帮 为 实 体 煤 的巷 道 ， 顺 层抽 放钻 孔 的封 孔 长 度 不 得 少 于 7 m， 封 孔 深 度 不 小于 8 m； m类 、 Ⅳ类 煤 的抽 放 钻 孔 和 边 抽 边 掘 、 先 抽后 掘钻孔 ， 封孔 深 度不得 少 于 8 m。 3 ． 3 清 孔 在施 工 下 向孔 和坡 度 较 小 的上 向 孔 时 ， 常会 在 钻 孔 内留有钻 屑 ， 如果 封孑 L 前 不 清除 ， 既影 响封孑 L 效 果 ， 又会 在 抽 采 时 进 入 管 网 中 堵 塞 管 路 和 放 水 器 。 因此 ， 封 孔前 必须 用 压 风或 水 将 封 孔 段 内 的粉 尘 清 扫 干净 ； 下 向孔无 法清 净 的必须用 掏勺 掏 净 ； 下 向孔 积 水 至孔 口的钻孔 ， 孔 口以下 1 0 m范 围 内的水 必须 排 净 。 3 ． 4材 料及 封孔 管长 度 封孔 管 材可 能在材 质 和管径 2个方 面影响抽 采 效 果 。材 质 方面要 求 封 孑 L 后 封孑 L 管 不 变 形 ， 不 堵 塞 管 道 。使 用 聚 氨 酯 封 孔 因 聚 氨 酯 发 泡 造 成 温 度 升 高 ， 根据 以往 经验 ， 如用 P V C塑 料管 封 孔 ， P V C塑料 管 受热 易变形 ， 孔 径 变 小 ， 影 响抽 放 效 果 ， 故在 封 孔 时严禁使 用 P V C塑料 管 。 管 径与 孔径 的合 理匹 配有利 于提 高封 孑 L 质 量 和 抽 采效 果 。根 据 实践 ， 一 般 情 况下 7 5～8 9 m m 孑 L 用 3 8 I B 1T I 封孑 L 管 ； 8 9～l 1 0 l ／ l m孔用 5 1 I B m铁 管 ； 1 1 0 mm 以上 孔用 7 6 m m 铁管 。为 防止 聚 氨 酯 发泡 膨胀 时 向孔 内流 动 堵 塞 封孔 管 ， 封孔 管 长 度 必 须大 于封 孑 L 长 度 0 ． 5 m 以上 。 3 ． 5聚 氨酯 封孔 操作 步骤 1 封孔用 布 。可 使 用 浴 巾 、 麻 袋 布 或 稀 棉 布 封 孔 。要求 布面 规则 、 密度 一致 ， 规格 不 小 于 3 ． 0 m 0． 8 i n。 2 缠布用 药位 置 。 缠布 位 置 的里 端 距 封孔 管 里 口 0 ． 5～1 ． 0 m， 用药 长度 ≥3 m， 药卷 两端 要加 没 略 大 于钻孔 直径 的橡胶 挡板 ， 两 挡板 间距 5～ 7 m。 3 封孑 L 管 。封 孔 管必 须 在 封 孑 L 段 两 端 接 5 ～ 1 0 mm高 的挡 头 ， 防 止封 孔 材 料 凶 固定 不牢 向外 滑 移 。 4 用 药 标 准 。 8 9 mm 以下 孔 ， 用 药 量 为 3 2 0 1 1 年第 9期 张 敬书 高 突难抽 采煤 层 封孔 技术 改进 总第 1 8 9期 k g ／ ；f L ； 2 j 8 9～1 1 0 mm孔 ， 用药 量 为 4 k g ／ f L ； 2 j 1 1 0 m m 以上 孑 L ， 用 药 量 为 5 k g ／ L 。随 着 药 量 的 增 加 ， 封孑 L 布 的长 度要适 当加大 。 5 配药 。聚 氨 酯 封 孑 L 严 格 按 照 l 1的 配 比 ， 现 场要有 与 配药 量相 适应 的 量具 。 6 缠 布 上药 与卷 布 。将封 孔 布 的长端 用 绳 扎 在封 孑 L 管 上 ， 药兑 好后 ， 搅 拌均 匀待 药 变 白或变 黄后 开 始均匀 平 抹全 布 ， 卷布 时必 须保 证布 面 的平整 。 采用 2段 铁管 连 接封 孔 时 ， 2段 上 药程 序 相 同。 封孑 L 管管 口以里 0 ． 5 m长 范 围 内必 须 用木楔 或 混凝 土 固定 。 4封孔技术 改进 后抽放效果 近 1 a 来 的工 程 实践 证 明 ， 新 封孑 L 工艺 降低 了抽 放钻孔漏气率 ， 提高了抽采浓度 、 流量 ， 缩短预抽期。 六矿 地 面 抽 采 泵 瓦 斯 浓 度 由原 来 的 1 4 ％ 提 高 到 1 7 ％ ， 新增 加 了 1台 5 0 0 k W 的瓦 斯 发 电机 组 ； 采 掘 工 作 面新 封孔 钻孔 抽采 浓度 显 著提 高 ， 其 中 2 1 4 1工 作 面新 封 孑 L 初 始 带 抽 浓 度 由原 来 的平 均 不 足 3 5 ％ 提高 至 4 5 ％ 以 上 ； 改 进 后 钻 孑 L 封 孔 质 量 得 以 保 证 ， 孔 口负压 保持 在 1 1 ． 9 7～1 5 ． 9 6 k P a ， 钻 孔 瓦 斯 抽 放 纯量平均在 1 ． 2 5 n l ／ mi n ， 抽 放纯量增加 1 ． 7倍 以 上 。2 0 1 1 年 1 6月 ， 由于 实施 了新 的封 孔工 艺 ， 六 矿 2 l l 5 、 2 1 4 5采 掘 工作 面 瓦斯 治 理 效 果 明显 提 高 ， 其 中 2 1 4 5工作 面运 输巷 平均 每月 进尺 由 2 0 r n增加 到 4 0 m， 基本 消 除 了瓦斯 超 限事故 。使用 新 封孑 L 技 术后 ， 钻孔 极 限抽 采 半 径 达 5 ． 5 8 m， 有 效 抽 采 半 径 为 2 ． 7 3 m， 明显高于原抽采半径 2 ． O 1 1 3 1 。 5 结 语 鹤煤六矿通过改进钻孑 L 封孔工艺 ， 有效提高了 煤层瓦斯抽放效果 ， 在短时间内降低 了煤层 的瓦斯 压力 和含 量 ， 降低 了煤 与瓦斯 突出危 险性 ； 效果 检验 参数 超 限次数 、 采 掘过 程 中的瓦 斯涌 出量 明显减 少 ， 一 定程度上降低工作 面配风量和瓦斯爆炸 的危险 ， 大大提高了采掘速度 ， 降低 了采掘过程中的其他费 用 设备折 旧费 、 电费 、 施工管理费等 ， 缓解了采掘 接替 关 系 ， 回采工作 面得 以提前 生产 ， 同时 实现 了瓦 斯 的有效利用 ， 减少 了温室气体排放 ， 为保护环境作 出 了贡献 ， 取得 了显 著 的经济 和社 会效 益 。 责任 编辑 秦 爱新 上接第 1 1 5页 而且 打钻时 回采工作面煤尘大 ， 伤 害 职工 人身健 康 ， 同 时采 煤 工 作 面在 初 采 初 放 和 正 常 回采 期 间瓦斯 一 直 偏 高 ， 上 隅 角时 有 瓦 斯 积 聚 现 象发 生 。通过 对 高 抽 巷 采 煤 工 作 面 的 瓦斯 治理 ， 提高了工作面的瓦斯抽放率 ， 降低 了工作面的瓦斯 涌出量 ， 改善了工作面初采期间的安全生产状况 ， 使 工 作面 处 于正 常生 产状 态 。 因瓦斯超 限 断 电造成 机 械设 备 重负 荷开 停 现 象 大 大 减 少 ， 很 大 程 度 上 降 低 了机械事故发生 的频率。 由于工作 面能够快 速 回 采 ， 从 而使 工作 面 的超 前 压 力 影 响保 持 在 正 常 范 围 内 ， 减少 了工作 面超 前压 力对 两 巷的 影响 ， 消 除 了工 作 面初 次放 顶期 间 的安全 威胁 。 4 提高 了工 作 面 的产 量 。 在采 煤 工 作 面 初采 期 间 ， 由于 瓦斯抽 放 量 的增 加 ， 抽 放 率 3 0 ％ 一 4 0 ％ ， 风排 瓦 斯量 减小 。 因此 瓦斯 不再 成为 制约 安全 生 产 的隐患 ， 使得工作面能在大采高的情况下快速回采 ， 2 2 0 3 1 炮 采 工 作 面 由原 来 的 每 月 2 ． 0万 ～2 ． 5万 t 提 高到 每月 3 ． 0万 ～ 3 ． 5万 t 。 4 结语 由于高抽巷巷道 的断面小 ， 施工进度快 ， 并且不 ‘ _ l l l 。 ‘ l l l 。 I I I f _ ． ‘I I I ⋯ ‘ I I ’ ‘ I I I 『 _ ． _ l ’ I l l I 。 I I I I I 。 Il l I r． 。‘ I I I I l ” I l l I t 用施 工抽 放钻 孔和 机械 通风 ， 因此 费用 相对 比较 低 ， 管理简单且安全 ， 技术经济合理 ， 抽放效果也比上隅 角埋管 、 顶 板走 向钻 孑 L 等方法 理想 ， 成 为 目前 解 决工 作 面初 采 和正 常 回采期 间瓦 斯 问题 的首选方 法 。 参考 文献 [ 1 ] 胡亚林 ， 侯 修兵 ． 综 采 、 综 放 混合 采煤 工 作 面瓦 斯治 理研 究 [ J ] ． 煤 ， 2 0 0 4 6 1 3 1 4 ． [ 2 ] 张卫国 ， 旷永华 ， 麻竹林 ． 搞好瓦斯综合 治理 创建安 全高效矿 井[ J ] ． 矿业安全 与环保 ， 2 0 0 6 S 1 6 7 - 6 9 [ 3 ] 孙 和应 ， 常松 岭． 矿井 瓦斯 防治技 术[ M] ． 徐州 中国矿业大学 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 4 ] 中华人 民共 和国煤 炭] 二 业部． MT 5 0 1 8 一l 9 9 6矿井抽放 瓦斯工 程设计 规范[ S ] ． 北京 煤炭 1 业 出版社 ． 1 9 9 6 ． [ 5 ] 董善保 ． 高抽 巷 瓦斯 抽放 技 术治 理采 煤 工作 面 瓦斯 的 应用 [ J ] ． 中国矿业工程 ， 2 0 0 5 8 2 5 ． 2 7 ． [ 6 ] 廖 帮贵． 瓦斯 的治 理技术 与应用 [ J ] ． 科技信息 科学 教研 ， 2 0 0 8 1 0 2 9 8 ． [ 7 ] 徐世明， 王星亮． 综采工 作面 瓦斯 的综 合治理 [ J ] ． 科技 信息 学术研究 ， 2 0 0 6 1 2 4 8 6 ． 责任 编辑 刘光 雨 1 2 3