瓦斯抽采钻孔封孔质量检测技术应用研究.pdf

2 0 1 7年第 2 期 No ．2 2 01 7 煤 炭 科 技 C0AL S CI ENCE TECHN0L 0GY MAGAZI NE 3 l 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 7 0 2 0 0 3 1 0 3 瓦斯抽 采钻孔 封孔 质 量检 测技 术应 用研 究 樊会明 阳泉煤业 集团 有限责任公司， 山西 阳泉 0 4 5 0 0 0 摘要 结合新景煤矿瓦斯抽采钻孔封孔工艺现状， 引进了一种新型的瓦斯抽采钻孔封孔质量 检测技术 在新景矿 3 号煤层强突工作面进行工业试验， 通过对不同钻孔、 不同孔深进行测试， 分析抽采负压和抽采浓度变化情况． 能够较准确判断煤层瓦斯抽采钻孔封孔质量问题， 为矿方 评价抽采钻孔封孔质量。 改进封孔参数和封孔方式、 提高瓦斯抽采率提供有力的技术保障。 关键词 注浆封孔； 封孔质量 ； 检测技术 中图分类号 T D 7 1 2 文献标志码 B Ap pl c a t i o i n s t u dy o n s e a l i ng qu a l i t y d e t e c t i on t e c hn o l o g y o f g as dr ai na g e bo r e ho l e s FAN Hui ‘ mi n g Y a n q u a n C o a l I n d u s t r y G r o u p C o ． ， L t d ． ，Y a n q u a n ， S h a n x i ， 0 4 5 0 0 0 Ab s t r a c t C o mb i n e d w i t h t h e n e w s i t u a t i o n o f c o a l mi n e g a s d r a i n a g e h o l e s e a l i n g t e c h n o l o g y i n Xi n j i n g C o a l Mi n e ，a n e w t y p e o f s e a l i n g q u a l i t y d e t e c t i o n t e c h n o l o g y o f g a s d r a i n a g e b o r e h o l e s w a s i n t r o d u c t e d i n t h e p a p e r ． I n d u s t r i a l t e s t w a s c a r r i e d o u t o n w o r k i n g f a c e w i t h o u t b u r s t d a n g e r i n X i n j i n g C o a l Mi n e ，a c c o r d i n g t o t h e t e s t o n d i f f e r e n t d ril l i n g ， d i f f e r e n t h o l e d e p t h s ，g a s n e g a t i v e p r e s s u r e d r a i n a g e a n d d r a i n a g e c o n c e n t r a t i o n we r e a n a l y s e d ， w h i c h c a l l a c c u r a t e l y d e t e r mi n e t h e h o l e s e a l i n g q u a l i t y p r o b l e ms o f g a s d r a i n a g e b o r e h o l e s ， a n d c a n p r o v i d e a p o we r f u l t e c h n i c a l g u a r a n t e e f o r e v a l u a t i n g t h e s e a l i n g q u a l i t y o f t h e d ri l l i n g h o l e ， i mp r o v i n g t h e s e a l i n g p a r a me t e r s a n d s e a l i n g me t h o d s ，a n d i mp r o v i n g t h e g a s e x t r a c t i o n r a t e ． Ke y wo r ds s e a l i ng h o l e s b y g r o ut i ng； s e a l i n g qu a n l i t y；d e t e c t i o n t e c h n o l o g y CLC n u mb e r T D7 1 2 Do c u me n t I d e n t i c i f a t i o n Co d eB 新景煤矿 3 号煤层为突出煤层．最大瓦斯含量 达 2 6 m S／ m i n 自2 0 0 4年以来 ． 先后多次发生煤与 瓦斯突 出事故 ． 地质构造 的复杂性 、 煤层的低透气性 和强突出性造成煤层发生瓦斯事故、煤与瓦斯突出 事故 的危险性 增大[ ． 严重制约新景矿的安全高效 生产。 新景煤矿 3 号煤层原采用聚氨酯封孔 。 封孔质 量差 、 抽采效果不佳 ， 严重影响抽采达标 的时间。从 2 0 1 4年 7 月至今． 新景矿将原先的聚氨酯封孔工艺 改为“ 两堵一注” 囊袋式带压封孔工艺． 封孔段从 0 ～ 8 m改为 9 1 7 m． 封孔段 长度 8 m． 取得了一定 效果 但在实际施工过程中． 为进一步提高本煤层抽 采效果． 确保瓦斯治理示范矿井建设． 新景矿从系统 着手 ， 制定管路连接、 封孔工艺等操 作流程和标准 ， 并计划将抽采浓度 5 0 ％作为考核指标量 ． 为进一步 优化封孑 L 工艺， 提高封孔质量， 新景矿引进了抽采钻 孔封孔质量检测技术进行工业试验 ．以期探索一条 适合新景矿的封孔工艺和办法。 1 瓦斯抽采钻孑 L 漏气通道分析 根据 目前常用的注浆封孔方法和封孔工艺 ． 结 合孔内瓦斯流动分布规律和漏气通道_3 ] ． 可将抽采 钻孔漏气通道分为以下几个方面 1 封孔管漏气 ① 封孔管强度不足、 管壁破裂 漏气 ② 封孔管连接不严不紧、 接口处漏气。 2 封孔材料漏气 ① 封孔段长度不足、 不能抵 抗长期负压抽放； ② 封孔段空隙发育、 致密性不足、 3 2 煤炭科技 2 0 1 7 年第 2 期 不能抵抗负压抽放 3 封孔段～钻孔壁之间的空隙漏气 ① 封孔 材料充填不实．封孑 L 段一钻孔壁之间形成空隙； ② 封孔材料后期收缩 ． 封孔段一 钻孔壁之间形成空隙。 4 钻孔松动圈漏气 封孔材料未充满填实钻孔 周围的松动圈形成漏气 5 煤体裂隙漏气 ① 封孔深度不足， 未进入实 体煤区域； ② 抽放负压高、 时间长， 封孔深度不足以 抵抗负压运移影响区的作用 6 钻孑 L 深部邻近钻孔互通漏气 钻孔交叉影 响。 一个钻孔漏气引起连锁反应。 2 封孔质量检测技术原理 2 ． 1 封孔质量检测装置 本次工业试验主要采用中煤科工集团重庆研究 院有限公 司研 制的 Y F Z瓦斯抽放钻孔封孔质量检 测仪简称封孔质量检测仪． 如图 1 所示。 是一种便携 式矿用本质安全型测定装置 ， 主要通过绝压传感头、 甲烷浓度传感头、氧气浓度传感器能够快速准确测 定抽采状态下煤层瓦斯抽放钻孔中不同深度的抽放 压力、 甲烷浓度、 氧气浓度等参数， 从而掌握抽采钻 孔 内的瓦斯分布状况 ．综合评价抽采钻孔的封孑 L 质 量和漏气位置、 为改进封孔参数和封孔方式、 提高抽 采效果提供技术依据 图 1 封孑 L 质量检测装置 4封孔质量检测判断准则 根据管流流体力学知识可知 ．当抽采钻孔内不 同孔深 深度递减 瓦斯浓度基本保持不变或波动范 围较小 ． 抽采负压呈现线性衰减 ． 表明抽采钻孔封孔 质量较好 ， 反之质量较差 ， 浓度变化越 明显 ， 表 明封 孔质量越差。 检测布置如图 2所示 ． 根据参数测定结 果 ．提出了判定抽采钻孔的密封质量和漏气位置的 方法 1 若 a测 点处 的瓦斯 浓度 明显 低 于 b测点 处 ． 则表明抽采管 已被破坏或发生漏气。 f 2 若 b测点处 的瓦斯浓度 明显低 于 C测点 处 ． 则表明封孔材料 已破坏或封孔质量差 。 3 若 c测点处 的瓦斯 浓度 明显低 于 d测 点 处。 则表明存在漏气通道或封孔深度不足。 4 若 d 测点处的瓦斯浓度明显较小， 则表明 抽采钻孔的深部存在漏气通道 。 图2 封孔质量检测装置工作原理示意 3 封 孔质量检 测技术现场试 验 试验在新景煤矿 3 2 1 7进风巷、 西一正巷两个试 验地点进行应用试验 3 2 1 7进风巷本煤层预抽钻孔 采用“ 两堵一注” 带压注浆封孔工艺 ． 6 3 m m封孔管． 封孔段 9 1 7 m． 钻孔深度 1 4 0 1 5 0 m。西一正巷 掘进头钻孔设计深度 6 0 m． 采用聚氨酯封孔 ． 设计 封孔段长度 9 m。测试结果如表 1 、 2所列 。 表 1 新景煤矿 3 2 1 7进风巷测试实验结果 孔号 测点深度／ m 测点压力／ k P a 测点浓度／ ％ 1 0 0 1 01 1 7 4 2 4 1 8 6 3 0 ． 5 2 1 1 5 8 2 2 4 21 l 5 8 2 l 8 ． 9 1 8．9 l 9 1 9 1 9 O O l 2 ． 7 O 2 0 3 5 5 3 5 4 4 6 4 6 4 5 l 4 7 1 l 9 6 卯 M 盯 卯 卯 醯 ” ∞ 5 4 6 5 6 4 4 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 4 3 3 3 3 加 加 加 加 H M H H H H M n B “ 如 ∞ 2 0 1 7 年第 2 期 樊 会明 瓦 斯 抽 采 钻 孔 封 孔 质 量 检 测 技 术 应 用 研 究 表 2 新景煤矿西一正巷测试实验结果 4 封孔质量检测技术试验效果分析 1 3 2 1 7 进风巷本煤层测试试验数据分析。 该 地点负压数据对封孔质量反映不明显，选用浓度数 据进行分析。试验测试钻孔孔内瓦斯浓度随孔深变 化关系所图 3 所示。 0 5 l O 1 5 2 0 2 5 3 0 照孔17 1 施离， m a 封孔质量较好的钻孔 u 5 1 0 I 5 2 0 7 ． 5 ， u 距孔 口距离， m b 封孔质量较差的钻孔 图 3 瓦斯浓度随孔深变化关系 由图 3 a可知 ， 9 8 、 1 0 1 、 1 7 4号钻孔 ， 2 5～3 0 m 范围内钻孔深部瓦斯浓度基本维持在较高水平 ． 且 在 O～3 0 m范围内孔内不同孑 L 深瓦斯浓度波动范 围较小 ．没有明显落差 ．说 明以上钻孔封孔质量较 好 。 由图 3 b可知 ， 1 0 0 、 1 7 2号钻孔 ， 2 5～3 0 I T I 范围 内钻孔深部瓦斯浓度仍然能维持在较高水平．但孔 内不同孔深瓦斯浓度浓度变化越明显 ．孔 IS l 浓度偏 低 1 0 0号钻孔 0 1 8 m范围瓦斯浓度在 5 ％ ～7 ． 6 ％范围内． 浓度普遍偏低． 在 1 8 2 4 m范围内浓 度略有升高． 浓度 1 4 ． 4 ％左右． 但仍处于较低浓度 水平 ． 3 0 m测点时浓度为 5 6 ． 4 ％．说明该钻孔原始 瓦斯浓度正常． 可以判定该钻孔在 0～1 8 m范围内 未能有效封孔 1 7 2号钻孔 1 5～3 0 m范围内孔 内瓦 斯浓度处于较高水平．但 1 5 m以前浓度降低幅度 较大． 说 明在 0～1 5 m范围内封孔管可能有漏气现 象。9 6 号钻孔为已关停钻孑 L 。 孔口及 6 m测点位置 能测得瓦斯浓度 。 其他测点为未能瓦斯浓度 ， 说明该 钻孔存在窜孔 问题 2 西一正巷掘进面测试试验数据分析。本次 共测试 6个钻孔 ．发现普遍存在封孔管浅部 出现煤 渣堵死现象． 建议后期加强封孔质量监管。 保障封孔 管数 目、 封孔段长度达到设计标准要求。 同时考虑该 施工地点施工过程中钻孔 内煤渣较多或存在塌孔现 象 ． 影响封孑 L 质量 。 建议封孔前及时进行压风排渣。 测试钻孔 中， 3 、 4号钻孔探测杆伸入 1 0 ． 5 m位 置时瓦斯浓度处于 7 0 ％以上 ． 可根据两组钻孔不 同 测点试验数据对 1 0 ． 5 m范围内瓦斯抽采钻孔封孔 质量进行分析 0 3 6 9 l 2 距孔口距离， m 图 4 西一正巷试验钻孔瓦斯浓度随孔深变化关系 由表 2可知 ． 4号钻孔 0～l 0 ． 5 m内不同孔深 瓦斯浓度波动范围较小． 未出现明显衰减，且均在 5 0 ％以上 ． 说明该钻孔封孔质量较理想。3 号钻孔瓦 斯浓度随孔深变化关系如图 4所示 ．由图可知 。 0～ 1 0 ． 5 m内不同孔深瓦斯浓度由孔深 1 0 ． 5 m至孔 口 位置由7 1 ． 3 ％变化为 2 8 ． 7 ％． 不同孔深瓦斯浓度衰 减较大 ， ] 转 3 6页 ∞ ∞ ∞ 的 ∞ 。． ％ ， 越爨接 砌 锄 孙 铆 避糕璐蒜 ∞ ∞ 印 ∞ ∞ 0 枣 霹 氍壤赋 煤炭科技 2 0 1 7年第 2期 上隅角瓦斯浓度的稀释作用 但是在采空区的纵深 处漏风的影响区较大．若煤层有 自然倾向性则增加 了采空区发生火灾的危险_ l 0 ] 2 ． 3 工作面实测数据 通过对首采面的风量的调节 ．现场实际测主副 进风巷风量 ．以及计算得 出的主副进风巷的配风 比 例 ．测定不 同风量配比情况下工作面上隅角瓦斯浓 度 ， 测定结果如表 1 所列 表 1 不 同风量配 比下上 隅角瓦斯浓度 3 结 论 1 通过对榆树 田煤矿首采工作 面采用“ U L ” 型两进一 回式通风方式在不同主副进风巷风量配 比 情况下的数值模拟和理论分析．得出榆树田煤矿首 采工作面主副进风巷 的最佳风量配比为 3 1 2 通过现场实 际的风量调控 ， 实测得 出主副 进风巷在不同的风量配比下上隅角瓦斯浓度情况 。 经分析对 比主副进风巷风量配 比为 3 1的时候 ． 上 隅角瓦斯浓度最低 ． 这与数值模拟的结果相一致 。 3 工作面在采用“ U L ” 型两进一 回式通 风方 式时 ．采空区瓦斯浓度随着采空区的逐步深入瓦斯 浓度逐步增加 ． 最终趋于平衡 4 工作面在采用“ U L ” 型两进一 回式通风方 式时． 若主副进风巷的压差太大。 则会在上隅角处形 成不同程度的风流紊流区 综上所述 ． 榆树 田煤矿首采工作 面在采用 “ u L ”型两进一 回式通风方式 的情况下最佳的主副进 风巷的风量配 比为 3 1 。 为后续的工作面风量配 比提 供了可靠的理论与实践的数据。 参考 文献 [ 1 ] 杨卓明， 赵耀江， 刘 晟． U L 型通风方式主副进风量配比对漏 风场影响[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 1 3 s 2 2 2 6 2 2 8 ． [ 2 ] 张铁岗． 矿井瓦斯综合治理技术[ M] ． 北京 煤炭工业出版 社 ． 2 0 0 1 ． 『 3 ] 张运增 ． 综采 工作 面采空 区 瓦斯浓 度场分 布及 运移规 律实验 研究 『 D] ．太原 太原理工大学 ， 2 0 1 1 ． [ 4 ] 李宗祥 ， 王继仁． 采空 区开 区瓦斯运移规律与治理方法[ J ] ． 煤 矿安全 ， 2 0 0 3 9 7 57 7 ． [ 5 ] 王俊光． 裂隙岩体渗流模型及数值模拟研究[ D ] ． 阜新 辽宁 工程技术大学 ． 2 0 0 4 ． [ 6 ] 党龙． U型通风上 隅角瓦斯浓 度分布及应 用 [ D] ． 阜新 辽 宁 工程技术大学 ． 2 0 1 4 ． [ 7 ] 姚尚文． 改进抽放方法提高瓦斯抽放效果[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 0 6 ， 3 1 6 7 2 17 2 6 ． [ 8 ] 杨卓明． U L 两进一回通风方式风量配比研究[ D ] ． 太原 人原 理工大学 ． 2 0 1 3 ． f 9 1 芦倩 ， 李霞 ， 朱耀杰， 等． 两进一回通风系统邻近层瓦斯运 移规律研 究 [ J ] ． 太原理 工大学 学报 ， 2 0 1 0 ， 4 1 3 2 3 12 3 4 ． [ 1 0 ] 蔡佳文 ， 杨胜强 ， 焦 汉林 ， 等． “ u L ” 型通 风系统条 件下采空 区 三维流场实验研究[ J _] _ 煤炭工程， 2 0 1 6 ， 4 8 8 8 9 9 2 ， 作者简介 周儒生 1 9 6 8 一 ， 男， 江苏沛县人， 1 9 8 8年毕 业于新疆煤炭专科学校机电专业． 新疆阿克苏市库车县煤炭 工 业管理局注册安全工程师。 收稿 日期 2 0 1 7 0 4 2 7 上接 3 3页说明该钻孔 1 0 ． 5 m范围内存在封孔 漏气现象， 封孔工艺需要进一步优化， 并加强封孔质 量监督．保证封孔深度及封孔段长度达到设计标准 要求。 5结语 1 在新景煤矿 3 2 1 7进风巷测试实验过程 中 ， 负压数据对封孔质量反映不 明显 ．后期需对负压数 据进行进一步研究 2 试验过程 中． 发现矿井本煤层钻孔封孔存在 塌孔、 漏气等现象发生， 需进一步加强现场管理。 3 通过现场应用试验， Y F Z瓦斯抽放钻孔封孔 质量检测仪能够较准确判断煤层瓦斯抽采钻孔封孔 质量问题 ． 为矿方评价抽采钻孔封孔质量 ． 改进封孔 参数和封孔方式、提高瓦斯抽采率提供有力的技术 保障。 参考文献 ． [ 1 ]杨昌永 ， 汤友谊， 王润怀， 等． 新景矿 3 号煤层瓦斯赋存的主控 因素研究 [ J ] ． 河北 建筑科技学 院学报 自然科学版 ， 2 0 1 5，3 2 1 7 O一7 3 ． 『 2 ] 张许乐 ． 连少朋． 抽采钻孔封孔质嚣 和漏气 位置检测装 置的研 究[ J ] ． 煤矿现代化， 2 0 1 3 3 5 2 5 4 ． 作者简介 樊会明 1 9 6 7 一 ， 男， 山西原平人 ， 2 0 0 9年 毕 业于太原理工大学安全工程专业， 阳泉煤业 集团 有限责任 公 司工程师。 收稿 日期 2 0 1 7 0 5 0 4