囊带式注浆封孔技术在宏远煤业的应用.pdf

2 0 1 3 年1 2 月 总第1 3 6 期 应 用 技 术 机械管理开发 D e ce m ber ， 2 0 1 3 Tot a l of1 36 囊带式注浆封孔技术在宏远煤业的应用 张晋泉’ 。 元培红 1 ．山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司，山西 左权 0 3 2 6 0 0 ； 2 ．太原矿 山设计研 究院 ，山西太原0 3 0 0 1 2 【 摘要】 瓦斯事故是煤矿事故 中 危险性最大的一种，已成为制约煤矿安全生产的主要矛盾。瓦斯抽采是治 理和利用瓦斯的主要措施，封孔技术是瓦斯抽采的关键。宏远煤业对囊袋式注浆封孔技术进行创新，经 过现场试验，取得 了良好的效果，钻孔单孔瓦斯平均浓度均在3 以上，且稳定性较好，单孔平均流量为 0． 05 2 m3 ／ mi n。 【 关键词】瓦斯抽采；封孔技术；囊袋式注浆 【 中图分类号】T D 7 1 2 ．6 2 【 文献标识码】A 【 文章编号】1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 3 0 6 0 0 5 4 0 2 引言 矿井瓦斯是矿井中主要由煤层气构成的， 以甲烷为主的有害 气体， 它常积聚在巷道的上部及高顶处， 渗透能力是空气的l -6 倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到定浓度时，能使 人因 缺氧而窒息， 并能发生燃烧或爆炸。瓦斯的燃烧、 爆炸性是 矿井主要灾害之一。与此同时， 源， 合理开发利用矿井瓦I圻 效益” 。 瓦斯抽采是煤矿治理和利用的主要措施 ，而瓦斯抽采的 关键是钻孔的封孔效果 。常见的封孔方法有水泥砂浆封孔 法、木楔黄泥封孔法 、聚氨酯泡沫封孔法 、囊袋注浆封孔 法、封孔器封孔法 。山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有 限公司 简称宏远煤业 在瓦斯抽采封孔技术上依照河南理 工大学瓦斯抽采研究所的指导 ，采用囊袋式注浆封孔的漏气 处置技术，取得了一些突破性的成果。 1 矿 井概 况 宏远煤业主采煤层为上石炭系上统太原组的l 5 号煤层， 该煤层平均厚度4 ． 2 8 m。煤层瓦斯含量1 5 ．8 m - ／ t ，瓦斯压力 O ．8 8 MP a ， 煤层节理裂隙发育， 煤层透气性O ． 2 m ／ MP a 2 d 。按 照抽采难易程度划分， 透气性 0 ．1 ～ l O ， 啪瞄 d 属于可抽 采煤层。由此可见， 该煤层属于可抽采煤层， 但抽采难度较大。 2 原有抽放钻孔技术分析 宏远煤业原采用聚氨酯封孔法 ，封孔深度8 m 左右 ；联 孔采用软管铁丝捆扎法 ， 软管 与支管或集流器相联。封孔漏 气和联孔漏气普遍 ，且缺乏浓度调控和管理 ， 使得井下瓦斯 抽采浓度低 ，由此带来诸多问题 ， 表现如下 1 封孔漏气和联孔漏气 ，造成本煤层瓦斯抽采浓度很 低 ， 造成瓦斯利用困难 ，瓦斯资源浪费严重。 2 抽采管路内的瓦斯多处于爆炸限之 内，影响管路的 安全 ，管路存在安全隐患。 3 封孔和联孔系统漏气 ，将会大大降低孔内的实际抽 采负压 ， 影响抽采效率和抽采效果。 3 囊袋式注浆封孔技术 3 ． 1囊袋式注浆封孔技术的原理 囊袋式注浆封孔技术的关键是囊袋注浆装置 ’ 。工作时 将封孔器插至钻孔内设定的深度，把注浆管插头插入注浆阀 位置 ，启动注浆泵 ， 期间观察压力表数据的变化 ，当浆液压 力第一次升高时，囊袋充满浆液，之后打开压力控制阀，浆 液压力迅速下降；当浆液压力再次升高至1 ． 0 MP a 时 ，停止 注浆l 一 2 m i n ，蓄能器继续补浆 ，打开卸压阀 ，注浆管及蓄 能器内浆液排除，抽出并清洗注浆管及其注浆插头，封孔完 毕。囊袋注浆封孔之后，可直接联孔抽采。囊袋式注浆封孔 器的结构原理如图1 所示。 1 一瓦斯抽采管；2 一 囊袋；3 一钻孔出浆阀；4 一囊袋进 【 收稿日期】2 1 3 1 0 1 3 浆通道 ；5 一水泥圆柱体 ；6 一钻孔裂隙充填膨胀区；7 一 高 【 第一作者简介】张晋泉 1 9 6 5 一，男，工程师，现任山西煤 应力区 炭进出口集团左权宏远煤业有限公司安全矿长。 图1囊袋式注浆封孔器原理图 一 S 4一 第6 期 总第1 3 6 期 机械管理并发 M ECH A N I CAL M AN AG EM EN T AN D D EVELo PM EN T 3 ． 2 囊袋式注浆封孔技术的注浆材料 注浆材料的原料有普通硅酸盐水泥 、硫铝酸盐水泥、萘 系高效减水剂 、 高效膨胀剂 、 缓凝剂等。其中硫铝酸盐水泥 具有高强、超早强、微膨胀 、 可注性好等特点。注浆水泥采 用了硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥复合，通过矿物组分的 优化，作为注浆水泥的主要组分 ，然后添加减水剂、膨胀剂 等外加剂 ，配制出既具有早强、高强特性 ，又具有可注性 好 、微膨胀、凝结时间可调的注浆水泥。在封孔7 h 后 ，水泥 浆体的强度能达到4 MP 往 右，并且能至少保持3 0 l l l i n 较好的 流动性，满足注浆时间，在水化硬化过程中形成较大量的钙 矾石使体积产生膨胀 ，具有良好的微膨胀性 ，因此 ，浆体具 有良好的密实性和抗渗性。 3 ． 3 囊袋式注浆封孔技术的优点 通过囊袋式注浆封孔技术的原理和注浆材料性可以看 出， 囊袋式注浆封孔技术具有以下两个优点 1 解决了多年来人们没有解决的任意角度注浆封孔的 难题。注浆时浆液在注浆压力作用下封闭了钻孔的周围的裂 隙 ， 起到封堵初期漏气通道的作用。 2 注浆材料不采用发泡材料而采用膨胀材料 ，注浆材 料体积膨胀力可接近地应力 ， 使封孔段钻孔周围形成高应力 区，既可以继续压密未曾充填的裂隙 ，进一步减少漏气通 道 ，又可降低封孔段煤体的透气性，起到了主动支护钻孔的 效果。 4 现场应用及效果分析 4 ． 1囊袋式注浆封孔技术的应用和效果分析 2 0 1 3 年 6 月 1 o H，囊 袋式 注 浆封 孔 技术 在宏 远煤 业 1 5 0 1 0 3 运输顺槽试验应用 。1 5 0 1 0 3 运输顺槽共施工钻孔5 3 个 ， 全部采用囊带式注浆封孔装置封孔，孔口采用可弯曲联 接软管，竖向采用可条件联接 ，并安装有单向阀和侧气孔。 横向采用6 3 P V C 管联接 ， 联接口采用特制的橡胶套或乳胶 套 。每5 ～ 8 个钻孔连成一组 ，每组钻孔再与排渣放水器联 接 ，经排渣放水器积水和除渣之后 ，进入上部的抽采干管。 若煤渣较多时 ， 上行孔可安装排渣罐 ；煤渣不多时下行孔可 以安装排渣罐，如图2 所示。 图2囊袋式注浆封孔器孔口连接图 从1 5 0 1 0 3 运输顺槽s 3 个钻孔中随机抽取3 个钻孔 ，观查 其孔口瓦斯浓度变化 ， 如图3 所示。 2 0 1 3 年1 2 月 图3随机抽 取3 个钻-T L L 口瓦斯 浓度 曲线 图 从图3 可 以看出，钻孔单孔瓦斯平均浓度 体积分数 均在3 0 ％以上，持续观查一个月并未出现衰减现象 ，说明采 用囊袋式注浆封孔技术有效地减少了钻孔漏气 ， 提高了钻孔 孔口瓦斯浓度。 对1 5 0 1 0 3 运输顺槽抽采管路支管瓦斯纯流量持续观测一 个月，发现抽采管路瓦斯浓度稳步增高 ， 最高浓度 瓦斯的 体积分数 达到2 9 ％，瓦斯抽采管路纯流量变化不明显 ，单 孔平均流量为0 ． 0 5 2 m 。 ／ ra i n 。如表l 所示。 表1 1 5 0 1 0 3 ／ ． ． 输顺槽支管瓦斯纯流量数据统计表 抽 采蕾 路支蕾 瓦 抽 采瞥 路支蕾 纯漉量 在 抽孔数 孔 口负压 日期 斯浓度， ％ ／I m rain 。 ‘ t 督 ／ MP a 6 月1 1 日 9 1 ． 1 8 1 9 2 1 6 月1 5日 1 0 ．5 1 ．5 8 2 4 2 3 6 旯2 0日 7 1 ．9 6 3 0 2 3 6 月2 5 日 8 ． 7 1 ．7 4 3 O 2 3 6 月3 0日 9 。 3 7 2 ．6 7 5 3 2 3 7 月5日 7 ．7 2 ． 3 1 5 3 2 0 7 月6日 8 ．4 2 ．4 1 5 3 2 0 7 月7 日 1 5 ． 5 2 ．4 3 5 3 2 9 7 月8 日 1 2 ．6 2 ．2 1 5 3 2 5 7 月9日 2 1 2 ．5 4 5 3 2 3 7 月1 0 日 2 4 ． 1 2 ． 6 4 5 3 2 3 l 7 月1 1 日 2 6 ． 7 2 ．4 7 5 3 2 3 f 7 月1 2B 2 0 2 ．5 1 5 3 2 3 4 ． 2 聚氨酯封孔技术的应用和效果分析 宏远煤业在集中下山联巷共钻g L 3 9 ，全部采用原有聚 氨酯封孔技术进行封孔。随机抽取其中3 个孔 ，对其孔 口瓦 斯浓度进行测定 ，如图4 所示。对集中下山联巷钻孔支管瓦 斯纯流量进行测定 ，最大在o ． 2 4 m ／ m i n ，单孔平均流量为 图4集中下山联巷3 个钻孔瓦斯浓度曲线图 表2集中下山联巷3 个钻孔瓦斯纯流量统计表 抽采蕾路支警瓦 抽采警路支蕾纯漉量 在抽孔数 孔口负压 日期 ，M P a 斯浓 度， ％ ／ I m’ rai n l 奄 6 月 1 5 日 0 ． 4 0 ． 1 2 2 4 2 4 6 月2 0 B 0 ． 4 O ． 1 2 3 0 2 3 6 月2 5 日 0 ． 4 O ． 1 2 3 9 2 3 6 月3 0 日 0 ． 4 0 ． 1 2 3 9 2 3 7 月5 日 0 ． 4 O ． 1 2 3 9 2 3 7 月1 0 日 0 ． 8 0 ．2 4 3 0 2 4 7 月1 5 日 O ． 8 O ． 2 4 3 9 2 3 下转第6 7 页 一 5 5 第6 期 总第1 3 6 期 机械管理开发 M ECHANI CAL M ANAGEM ENT AND DEVELoPM ENT 起主导作用 ，同时微传动系统的摩擦学 、 热传导与常规尺度 的传动系统不同，这就需要加大研究力度。 4 结语 本文回顾了机械传动科学技术的发展历程 ， 并对其研究 方向作了简要的展望 。传动系统是机械的重要组成部分 ，是 决定机械发展水平的重要标志。随着科技的发展，机械传动 系统也与原动力系统 、执行系统相协调，产生了飞跃式的发 展。总体来说 ，机械传动系统的发展是朝着高效率 、重荷 载、低噪音，适用性强且成本低的方向发展，并特别强调传 动系统的节能与环境意识。 2 0 1 3 年1 2 月 【 参考文献】 【 1 】王振 铎 ． 指 南 车、记 里 鼓 车之 考证及 模 制 Ⅱ 】 ． 史学 集 刊， 1 9 3 7 5 4 5 6 ． 【 2 】 应富强． 多级机械传动系统计算机辅助设计Ⅱ ] _ 浙江工业大 学学报， 2 0 0 0 3 6 8 - 6 9 ． 编辑王红霖 Hi s t o r y a nd Pr og r e s s o f S c i e nc e a nd Te c hno l og y o n M e c ha ni c a l Tr a ns m i s s i on ZH ANG S e n J i n z h o n g Vo c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l Co l l e g e ，Yu c i S h a n x i 0 3 0 6 0 0 【 Ab s t rac t ]T h e me c h a n i c a l t r a n s mi s s i o n i s t h e i mp o r t a n t r e s e a r c h t o p i c o f ma c h i n e are a ． B a s e d o n t h e h i s t o r y o f t r a n s mi s s i o n ， t h i s p a p e r i n d i c a t e s the r e s e arc h d i r e c ti o n a n d p r o g r e s s o f me c h a n i c al trans mi s s i o n ． 【 K e y WO r d s 】 m e c h a n i c a l tr ans mi s s i o n ； b e a r i n g ； i n t e l l i g e n c e 上接第5 5 页 5 结 论 1 同原来的聚氨酯封孔法相比，囊袋式封孔孔口浓度 平均均在3 0 ％以上，聚氨酯封孔孔口浓度平均为1 0 ％左右 。 持续观测一个月 ，聚氨酯封孔的钻孔孔 口瓦斯浓度明显下 降 ，囊袋式封孔的钻孔孔口瓦斯浓度并无明显变化，说明使 用囊袋式封孔可以有效减少漏气 ，较长时间保持气密性 ，有 效提高了锵 L 孔 口瓦斯的浓度。 2 通过对聚氨酯封孔和囊袋式封孔两种方法关于抽采 瓦斯纯流量的对比， 得出使用囊袋式封孔方法单孔平均流量 要大于使用聚氨酯封孔方法。 【 参考文献】 [ 1 】 王念红， 郭献林． 高压囊袋式注浆封孔技术在义安矿的应用 U 】 ． 煤矿 安全， 2 0 1 2 3 1 0 6 1 0 8 ． 【 2 J 许卫东， 何志刚， 韩兆彦， 等． 瓦斯抽放钻孔新型合成树脂定 位封孔技术的应用U 】 ． 中州煤炭， 2 0 1 1 1 2 1 1 6 1 1 8 ． [ 3 ]吴龙 山． 井 下 负压抽 放 瓦斯 封孔 技 术研 究 Ⅲ． 山西煤 炭． 2 0 1 1 1 1 5 3 5 6 ． [ 4 】 张健， 荣向东． 瓦斯抽放钻孔工艺改进及效果检测研究卟煤 炭工程． 2 0 1 2 1 0 3 3 3 5 ． 【 5 】 吴水平． 囊袋式注浆封孔法在煤矿瓦斯抽才封孔中的应用 明． 中国煤炭， 2 0 1 O 3 6 9 8 1 0 3 ． 编辑 赵婧 Appl i c a t i on o f Ca ps ul e Ba g Gr ou t i ng Ho l e S e a l i ng Te c hno l o gy i n Hong y ua n Coa l M i ne ZHANG J i n q u a n ，YUAN P e i h o ng 1 ． S h a n x i Co al I mp o r t E x p o Gr o u p Co ． ，Lt d ．Z u o q u a n Ho n g y u a n Co l l i e r y ，Zu o q u a n S h anx i 03 2 6 0 0； 2 ． Ta i y u an I n s t i t u t e o f Mi n e De s i g n an d Re s e a r c h ，Ta i y u an S h a n x i 0 3 0 0 1 2 【 A b s t rac t ] Ga s a c c i d e n t i s the mo s t d a n g e r o u s d i s a s t e r i n c o a l mi n e ， and i t h a s b e c o me t h e ma i n c o n t r a d i c t i o n w h i c h c o n s tr ain s the s _e c y p r o d u c ti o n o f c o a l mi n e ． T h e g as e x tra c ti o n i s main me asu r e s o f mana g e me n t an d u t i l i z a ti o n o f the g a s ， h o l e s e ali n g t e c h n o l o g y i s t h e k e y o f the g a s e x tr a c t i o n ． T h r o u g h the c a p s u l e b a g g r o u ti n g h o l e s e a li n g t e c h n o l o g y i n n o v a ti o n ， Ho n g y u an Co l l i e ry a c h i e v e d a g o o d r e s u l t i n the fie l d t e s t ． T h e a v e r a g e c o n c e n tra tio n o f d r i l l i n g s i n g l e -h o l e wa s a l l a b o v e 3 0 ％， the a v e r a g e flo w o f s i n g l e h o l e wa s O ．05 2 m3／ mi n ， an d h a d a g o o d s t a b i l i t y ． 【 K e y w o r d s 】 g a s e x tr a c t i o n ； h o l e s e a l i n g t ech n o l o g y ； c a p s u l e b ag g r o u t i n g 一 67