聚氨酯水泥浆封孔技术在新景矿的应用.pdf

2 0 1 3年第 5期 煤炭工程 d o i 1 0 ．1 1 79 9 ／c e 201 3 0 5 0 24 聚氨酯水泥浆封孔技术在新景矿 的应用 陈颖兴，郭振新 中煤科工集团重庆研究院，重庆4 0 0 0 3 7 摘要 根据阳煤 集团新景矿瓦斯抽放孔采用聚氨酯封孔抽放效果差的现 象，通过对瓦斯抽 放孔所在巷道的应力变化和裂隙进行研究，改进封孔参数和工艺，找出了适合阳煤集团新景矿瓦 斯抽放孔的封q L - Y - 艺技术 ，即聚氨酯水泥浆双重封孔工艺技术 ，现场应用表 明，该技术能有效封 孔 ，可提 高瓦斯抽放效率。 关键词 瓦斯抽放孔 ；封孔工艺；聚氨酯；水泥浆 中图分类号 T D 7 1 2 ． 6 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 o 1 3 o 5 - o o 7 1 -03 解决矿井瓦斯问题最根本的措施是抽放，影响矿井瓦 斯抽放效果的因素是多方面的，其中抽放孔的封孔质量是 影响抽放效果的重要技术因素之一。目前抽放孔封孔主要 有水泥浆封孔和聚氨酯封孔。水泥浆封孔 由于封孔体的收 缩不易控制易造成封孑 L 不严的问题 ，影响抽放效果；聚氨 酯封孔受顶板的挤压易出现裂缝，导致封孔漏气 ，降低抽 放效果。目前如何解决高负压抽放条件下封孔漏气，提高 抽放效率 ，已经成为当前瓦斯抽放技术的一道难题。要想 提高抽放效率，首先应该解决抽放孔的封孑 L 质量问题 ，对 抽放孔的封孔参数和工艺应针对矿井的实际情况采取相应 的封孔措施 J 。 1 煤层裂隙结构及应力变化对封孔质量的影响 根据裂隙在煤层中的发育情况可分为系统结构和个体 结构两类。系统结构指以固定方向产生的裂隙，成组发育， 往往几组相互交切形成网状，系统结构裂隙多为构造成因， 系统结构分布于煤层内；个体结构是指煤层中的单个裂隙， 其发育的规律性较差 ，个体结构裂隙受工程因素影响，主 要分布于煤层暴露的一定范围内 J 。系统结构和个体结 构裂隙都对瓦斯抽放孔 的封孔质量有影 响。 巷道开掘后原 岩应力 重新 分布 ，巷 道 围岩 内出现 应力 集中。围岩应力小于煤体强度时，煤体仍处于弹性状态； 围岩应力大于煤体强度时，巷道煤体会产生塑性变形，从 巷道周边向深处扩展到一定范围。煤体处于弹性变形状态， 煤体的铅直应力 的分布如图 l 所示。在高应力作用下， 从煤体边缘到深部，都会出现塑性区、弹性区及原岩应力 区。弹塑性变形状态下 ，煤柱的铅直应力 的分布如图 1 所示 。 在距煤体边缘一定宽度内，存在着煤体的承载能力与 I 一破裂 区； 1I 一塑性区 ；Ⅲ一 弹性 区应力升高部分 ； Ⅳ一 原始应力 区 图 1 煤体的弹塑性变形 区及铅直应力分布 支承压力处于极限平衡状态。在生产实际中， 的变化范 围为 3～ 2 0 m，一般为 5～1 2 m 。 2 瓦斯抽采钻孔长度及封孔方式 2 ． 1 封 孔 长度 的 确定 根据阳煤集团新景矿不同封孑 L 深度瓦斯抽放效果试验， 试验结果如 图 2所示 ，封孑 L 深度在大于 5 m时比封孔深度 小 于 5 m时的瓦斯抽放浓度有明显提高，封孔深度小于 5 m的 抽放孔 瓦斯抽 放浓 度下 降 比较 快。 因此 ，新 景矿 瓦斯抽 放 孔 的封孔深度应大 于 5 m。 2 ． 2封 孔 方式 2 ． 2 ． 1 聚氨酯封孔 新景矿瓦斯抽放钻孔采用聚氨酯材料进行封孔时，封 孔深度 为 9 m，分 三 段进 行 封 孑 L ，每 段 封孔 长 度 为 0 ． 6 m， 聚氨酯封孔示意图如图3所示。该方法采用三种不同药剂 ， 按一定比例进行配比，将配好的药液均匀涂抹在棉纱上， 涂抹的同时迅速把棉纱缠绕在抽放管上，再把抽放管送人 收稿 日期 2 0 1 2 0 81 4 作者简介陈颖兴 1 9 8 0一 ，男 ，重庆綦江人 ，工程师，2 0 0 3年毕业于重庆大学采矿工程专业，现从事煤矿粉尘防治 研究工作 。 7l 煤炭工程 2 0 1 3年第 5期 避 天数， d 一封孔深度3 m 时 * 一 封孔深度6 m 时 一封孔深度4 m时 封孔深度7 m[l ,j 封孔深度5 m 时 一封孔深度8 m 时 图 2 不 同封孑 L 深度瓦斯抽放效果 抽放孔内，依靠聚氨酯膨胀充分密封钻孑 L 后进行瓦斯抽放。 抽放孔 聚氨酯 抽放管 ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ , _ _ ／■一 l ／ I _ _ ／／ ／ ／ ／／ ／ ／ ／ 7 ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ O ． 6 9．0 图 3 聚氨酯封孔示意图 1 11 在 7 2 0 9进风巷瓦斯抽放钻孔 采用聚氨酯封 孔后 ，发现 瓦斯抽放效率偏 低。经过 现场实践 和理论 研究 ，发 现聚氨 酯封孔瓦斯抽放率低主要有以下几方面的原因 1 钻孔有效封孔长度有限，封孔深度虽然有 9 m，但 j 三 段封孔有效长度共 1 ． 8 m，不能实现长距离封孔。 2 封孔后受到顶板的挤压易出现裂缝，钻孔漏气 ，导 致抽放负压低 。 3 该巷道地应力较大，煤体内的裂隙发育，该封孔方 式未能完全填满钻 孔及钻 孔周 围的裂 隙 ，钻孔封孔 段易 出 现导通通道 。 2 ． 2 ． 2 聚氨酯水泥浆双重封孔 瓦斯抽放孔要保持较高的抽放负压，增加封孔长度， 确保封孑 L 严密是关键。针对新景矿巷道地应力较大，煤体 裂隙发 育 ，利用水泥 浆封孑 L 能有效 填满钻 孔及钻 孔周 围的 裂隙 ，且能增加 封孔有 效长度 。单 独采用 水泥 封孔两端 有 封不严的情况 ，所以两端采用聚氨酯封孔能有效克服两端 封孔不 严的问题 。 水泥稠浆的收缩率随着灰水质量 比的增加而降低，为 了减小水泥稠浆的收缩率和保证在封孔注浆的过程中水泥 稠浆有很 好 的 流 动性 ，在 水 泥 稠浆 中添加 一 定 量 的膨 胀 水泥 。 通过对水泥稠浆封孔透气性 的实验室试验可测得采用 水泥稠浆封孑 L 的合理水灰 比。透气性试验是将试样管的进 气头与压缩空气机的出气头用合成塑料管相连，试样管的 7 2 另一端插入装有水的桶中，然后开动压缩空气机，逐渐增 加压缩空气的压力，观察桶是否从试样管中冒 气泡，测 试系统如图 4所示 ，试验结果见表 1 。结果表 明水泥浆的 灰水 比在大于1 0 ． 4 、添加 2 ％ ～3 ％的膨胀 水泥 的条件下 ， 水泥浆在试样管 中固化后 ，可在 0 ． 1 5 M P a压缩 空气作用 下 不漏气，可达到最佳封孔效果。 气压表 C 1 空压机 试样 _ ● _ _ 一 水 图 4 模拟试样封孔效果测试 系统 表 1 水泥稠浆封孔透气性测试结果 根据新景矿现场试 验 ，得 抽 放孔采 用聚氨酯 水泥 浆 双重封孑 L 方式 ，即在 两端采用 聚氨酯封 0 ． 8 m孔后 ，冉 用添 加 2 ％ 一 3 ％的膨胀水 泥封孑 L 的方式 ，聚氨酯膨胀 水泥封 孑 L 示意 图如图 5所示 。 “I I ／ ／ ／ ／ ／ ／ i ／ I ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ H／ ／ ／ ／ I I ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ Z ／ ／ A ／ I ／／ ／ , 4 ／／ ／ ／ ／ ,9“／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ A I 1 0 ． 8 I J 9 ． 0 、 I注浆萑 图 5 聚氨酯膨 胀水 泥封孔示意图 I l1 3现 场应 用 根据 7 2 0 9进风巷瓦斯抽放孔施工和瓦斯抽放的实际情 况，瓦斯抽放封孔工艺采用聚氨酯封孔与聚氨酯水泥浆双 重封孔进行 比较。在 7 2 0 9进风巷施 工钻 孔 ，选 取 了各个 封 孑 L 工艺 中效果较 明显 的 1 0组钻孔进行了考察分析 ，采用瓦 斯浓度测量仪对聚氨酯封孔工艺和聚氨酯水泥浆双重封孔 工艺 的抽放效果进行测量 ，结果如 图 6所示。 从 图 6中可看出 采用 聚氨酯封孔工艺 ，瓦斯抽 放 2 0 d 后平均瓦斯抽放浓度为2 0 ． 5 ％； 采用聚氨酯水泥浆双重封 下转第 7 5页 2 0 1 3年第 5期 煤炭工程 粒度级灰分为 1 1 ． 5 3 ％ ，产率为8 5 ． 1 0 ％。从表 5可以看出， T B S尾矿灰分为 5 2 ． 4 4 ％，其 中 0 ． 1 2 5 m m粒度级灰分 为 5 2 ． 1 7 ％，产率为9 7 ． 9 0 ％。分析数据可知，T B S干扰床分 选机对 0 ． 1 2 5 m m粒 度级煤 泥分 选效果 比较 理想 ，在保证 精煤灰分 ≤1 2 ％的同时，尾矿灰分可 ≥5 0 ％，设计时考虑 煤泥分选下 限为 0 ． 2 5 mm。 表 4 T B S精矿小筛分资料 ％ 上接 第 7 2页 4 结论 1 粗煤泥分选是减少重介系统和浮选系统压力 ，增加 选煤厂经济效益、社会效益和环保效益的有效途径。 2 螺旋分选机、煤泥重介旋流器和 T B S在分选粗煤泥 方面各有优劣势，应根据选煤厂煤质情况和系统运行情况 进行选择使用。 3 T B S对 0 ． 1 2 5 ra m粒度级煤泥分选效果较好，灰分 为 1 1 ． 5 3 ％，产率为 8 5 ． 1 0 ％。 参考文献 、 、 图 6 不 同封孔 工艺 的瓦斯抽 放浓 度及 浓度随抽放时 间的变化情况 孔工艺，瓦斯抽放 2 0 d后平均瓦斯抽放浓度为 4 0 ． 7 ％。采 用聚氨酯水泥浆双重封孔后的抽放效果 明显提高，瓦斯抽 放 2 0 d后的瓦斯浓度比聚氨酯封孔平均高出2 0 ． 2 ％。 4结论 1 聚氨酯水泥浆双重封孔工艺技术，利用水泥浆能充 分填充钻孔内煤体裂隙，增加封孔长度；利用聚氨酯能克 服封孔不严等 问题 。 邵燕祥．T B S ／ 2 1 0 0干扰床分选机在梁北选煤厂 的应用 [ J ] ． 煤炭加工与综 合利用 ，2 0 0 8 ， 2 2 2～ 2 4 ． 齐 正 义．粗 煤 泥 分 选 工 艺 分 析[ J ] ． 选 煤 技 术 ，2 0 0 8 ， 2 4 6～ 4 8 ． 唐莉英．几种粗煤泥分选设备分 析 [ J ] ．选煤技术 ，2 0 0 9， 5 6 9～7 O ． 刘传 志．粗煤 泥分 选机 械设备 工艺 与 比较选 择 [ J ] ．煤 ， 2 0 0 9 ， 3 4 5～ 4 6 ． 刘鹏，焦红光．选煤厂煤泥粒度特性的研究 [ J ] ．河南 理工大学学报 自 然科学版 ， 2 0 0 8 ，2 7 5 5 8 2～ 5 8 5 ． 焦红光 ，谌伦建 ，铁 占续 ．细粒煤重选设备的技术现状 与分 析 [ J ] ．煤炭工程 ，2 0 0 6 ， 1 1 4～1 7 ． 曹华 ，陈 禹蒙 ，刘建华 ，等． F J CA喷射式 浮选机在城 郊选煤厂的应用 [ J ] ．煤炭工程，2 0 1 2 ， 7 4 5 ～ 4 7 ． 责任编辑赵巧芝 2 通过在新景矿试验，瓦斯抽放孔聚氨酯水泥浆双重 封孔工艺技术 ，解决了瓦斯抽放孔漏气问题，有效地提高 瓦斯抽放效率 。 3 在相同的抽放条件下，聚氨酯水泥浆双重封孔工艺 比聚氨酯封孔工艺瓦斯抽放浓度平均高出2 0 ． 2 ％。 参考 文献 [ 2 ] [ 3 ] [ 4] [ 5 ] [ 6 ] 方前程 ，黄渊跃 ，刘学服．坦家冲矿瓦斯抽放钻孑 L 封T L m艺 技术研 究 [ J ] ．煤矿安全 ，2 0 1 2 ，3 8 2 1 0 6～1 2 0 ． 王永 安 ，赵耀 江．瓦 斯抽放 钻孑 L 封孔 方法 的改进 [ J ] ．山 西煤炭 ，2 0 0 6 ，2 6 3 2 4～ 2 5 ． 贾 良伦．瓦斯抽放钻 孔封孔 长度 的确定与 实践 [ J ] ．煤 炭 工程师 ，1 9 9 8 ， 2 2 8～2 9 ． 徐玉胜 ，张仁贵，彭担任．裂隙发育煤层瓦斯抽放钻孔新封 孔技术 [ J ] ．煤矿安全 ，2 0 0 9 ， 2 2 5～2 7 ． 郭德 勇，刘 振 中 ，王 焕 中．突 出 煤层 宏 观 裂 隙特 征 研 究 [ J ] ．煤炭工程师，1 9 9 8 ， 2 1 5 ～ 1 7 ． 钱鸣高，石平五．矿山压力与岩层控制 [ M] ．徐州中国 矿业 大学 出版社 ，2 0 0 3 ． 责任编辑张宝优 75 1] j ] 0／ 0 ／ 越 蒜