坪上煤业负压二次封孔技术效果分析.pdf

坪 上煤 业 负压 二次 封孔 技 术效 果分 析 苏海 飞 晋煤无烟煤矿业 集团 沁秀公司， 山西 晋城0 4 8 0 0 7 总第2 1 5期 摘要 针刈坪上煤、 I 凹采 I f i 『 层钻4 L t t 放几斯效果小住的脱状， 从封孔技l术人 r， 利用囊袋 浆 封孔技术 乖 负压二 次 ,F f L 技 术进 行封孔试验 ， ” 1 聚氯 h ,．r -f L 效 进 f x ,3 - 比分 析 ， 1 i 次封孑 L 妓 术比 原』 、f 孔技 术 孔抽采 瓦斯浓 度提 升了 1 l ％ ， 纯 f il ． 提 I 了 3 9 ％ ． 效 果l I』 J 、 关键词 压二次封孔 ；裂 豫 ； 胀粉 料 中图分类号 _r D 7 1 2 ． 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 ． 2 7 9 8 2 0 l 7 0 7 0 0 5 6 0 3 l 负压二次封孔技术 负压二次封孔技术是 巾国矿业大学首次提} } J 的 煤层瓦斯钻孔抽 采封孔技术 ， 分 为两个封孔 阶段 。 第一次封孔阶段采用聚氨酯材料 ， 在松动圈 以外化 置进行局部封孔 ， 避开松动圈 ， 提高初次封孑 L 的瓦斯 抽放浓度 ； 第二次封孔阶段利用高压气体 以一定压 力将微细膨胀粉料送入煤层钻孔 内， 在瓦斯抽放系 统负压的作用下渗入煤层周围的孑 L 裂 隙区域 ， 增 加裂隙内气体的流动阻力 ， 阻隔外界空气的进入 ， 使 钻孔 内的漏风 明娃减少 ， 从而大幅度提高钻孑 L 『人 J 瓦斯抽放的浓度 ．一次封-f L L ] 2 艺 见【 訇 1 ， 二 次封孔 艺 图 2 、 4 b ， 1 一煤 12h 4 L 一 抽采 管 3 一 闷f J 4 一 一次划 孔段 5 一 隙群 n 一 媒体 7 一扎 1 簖对 『 剁1 一次封孔 f 艺爪患 由图 2町以看出， 前后端呈拖把状 ， 除孔 口外 留 出 0 ． 4～0 ．5 m， 抽放管从抽放孔 [ _1 到管底分 为 3 段 L ， 为二次 ,F f L 预 留段 ； L 为 一次封孔发泡 ,F f L 长度段 ； ， J 为进入抽放空间段 一般为 1 ． 5 m 。 中 为封孑 L 深度 。考虑到考察的需要 ， 设定 ， J 的长度为 3 ． 5 I l l ， L 的长度为 5 I 1 1 。 二次封 孔过 程 ① 将 粉料输 送 管 约 l～2 I I 1 长 引入预 留封孑 L 段 ， 并用 1小 棉纱 蘸上封孑 L 发 5 6 泡材料将粉料输送管 固定佗 ， 此 目的 也是堵f i - 4 L 口 密闭预留段 ， 用高压软管接 粉料输送机装入二次 封孔粉料 ； ②将粉料输送机接 l 压风管打外J x l 箭阀 门 适当控制风量风 即 口 J 进行二次封孔 ， r 『 L 孔 吹 粉料J l 5 k 3～5 k g 根据裂隙大小可适 当凋 ， 时问 2 0～ 4 0 l I l i l l 根据现场实 际情况可适 当凋 ， 现场 图如 3所示； ③二次封孑 L 结 以后继续 观察抽放效 果 ， 对有需要行条件的抽放孔进行多次吹粉料封孔 ， 以取得最佳的抽放效果 。 1 一 抽放竹 2 一 粉 输送 管 粉 料输 送执 3 一 除 I 竹 4 一 阀『 J 5 一 观察孔 6 、7 一 舨j 戊 棉 涉 R 一 他管段 q 一 掮 i 放 0d L 图 2 二次封孔 I 艺示意 一 煤联h 孔 ；2 一 抽采 管；3 一 I’ j 4 一 一次封孔 段 一 粉利 粒 6 一孔 裂 味群 7 一煤 体 8 一 孔 f 1 挡 板 Q 一 粉 料 I 输j 1 收稿 日期 2 0 1 7 4 2 4 3 作者简介 苏海 1 9 8 4一 ， ， ⋯ 城人 ， 助州 ， 从书迎 风技 术I ’ 川 作。 苏海飞 坪上煤业负压二次封孔技术效果分析 第2 6卷第7期 在钻孔按照设计要求施工到位以后进行封孔 ， 封孔严格按照设计封孔深度执行 ， 封孔 以后将所有 对 比钻孔及时接上抽放 。为了很好地契合二次封孑 L 技术对一次封孔段 的要求 ， 目前使用较多的是 由中 国矿业大学与天津大学合作研制的赛瑞聚氨酯封孔 材料， 其与钻孔壁的粘结性、 致密性及其强度等均较 好 ， 保证一次封孔不出现漏气现象。二次封孔 阶段 如图 3所示 J 。 二次封孔流程 首先往 预 留二次封孔段插入 1 根粉料输送管 ， 孔 口用聚氨酯封孔材料密封 固定 ， 将 粉料机出料管与粉料输送管相接 ， 打开 阀门即可进 行二次封孔 J 。封孔过程 中注 意控制粉料输送 压 力 、 封孔时间和封孔粉料用量 ， 封孔粉料采用 中国矿 业大学提供的 M I I 型微细膨胀粉料 J 。 2 不同封孔技术效果对 比分析 本次工程试验共施工本煤层钻孔 7 6个。其 中 1 ～1 4号采用原封孔技术 ， 1 5～3 5号采用 负压二 次 封孔技术 ， 5 1～ 7 6号采用囊袋式注浆封孔技术。其 中 2 7号钻孔由于掉钻报废 ， 3 6～ 5 0号钻孔未列入 观测试验钻孔 中， 实际观测试验钻孑 L 6 0个 。 本煤层钻孔均在施工完成后进行封孔 ， 而后 接 入抽采管路 ， 开始对钻孔抽采效果进行观测。主要 指标有浓度 、 纯流量 ， 观测时间为 2～3 d观测 1 次 。 1 负压二次封孔 观测封孔后 9 0 d内的钻孔 浓度变 化 ， 单 孑 L 最 高浓 度 达到 9 0 ％ 以上 ， 维持 在 5 0 ％ ～ 7 0 ％的天数达到 8 0多天。在抽采负压 的连 续影响下 ， 0～ 5 0 d钻孔瓦斯浓度缓慢下降， 在第 5 O 天 ， 钻孔瓦斯浓度降至 1 0 ％左右。为 了实现最大化 抽采效果 ， 实施了二次负压封孔 ， 钻孔浓度迅速提升 到 6 0 ％以上 ， 并逐步稳定在 5 0 ％ ～6 0 ％ ， 在观察结 束 的第 9 0天， 钻孔浓度维持在 1 0 ％ ～ 3 0 ％。 2 囊袋注浆封孔 观测封孔后 6 0 d内的钻孔 浓度变 化 ， 单 孔最 高浓 度 达到 8 0 ％ 左右 ， 维持 在 4 0 ％ 一 5 0 ％ 的天数居多。在抽采 负压 的连续 影 响 下 ， 钻孔瓦斯浓度缓慢下降 ， 在第 2 5天以后 ， 钻孔瓦 斯浓度降低 明显 ， 在观察结束 的第 6 0天 ， 钻孔浓度 维持在 1 0 ％ ～3 0 ％之间 抽采钻孔在观测期间 ， 抽采浓 度均在一个较高 的水平 ， 然后随着抽采时间的增加 ， 瓦斯浓度逐渐下 降， 中间有一段时间， 所有钻孔浓度均出现大幅度下 降 ， 一段时间后又恢 复正常水平。这是 由于对抽采 系统安装防爆装置停止抽采导致的抽采浓度的不稳 定变化 。但长时间的观测可-以看 出， 负压二次封孑 L 技术所封钻孔均体现 出较高的封孔质量。 通过下式可以计算各钻孔在观测时间内的平均 抽采浓度 一 Cx -- 等 等等 ㈩ 式中 c 为 钻孔的平均浓度 ，c 为第一次观 测的浓度 ； d 为第一次观测 的浓度维持 的时间 ， 取 第一次观测与第二次观测天数差；c 为第二次观 测 的浓度 ； d 为第二次观测 的浓度维持的时间 ， 取 第二次观测与第三次观测天数差 ；c 为最后一次观 测 的浓度 ； d 为最后一次观测的时间， 取 1 d 。 同理， 将式中浓度换成纯流量即可得出钻孔平均 抽采纯流量 。纯流量可根据记录的瓦斯抽采浓度 以 及矿方的孔板所测得的钻孔抽采流量相乘计算得出。 图 4一图 9直观地体现 了 3种本煤层封孔技术 的封孔效果差异。由图4～图 9可以看 出， 在观测时 间内各钻孔平均浓度达到 3 0 ％以上 的情况是 原封 孔技术有 4个钻孔 ， 占所 封钻孔 的 2 8 ． 5 ％； 负压二 次封孑 L 技术有 1 0个钻孔 ， 占所封钻孔的 5 0 ％ ； 囊袋 式封孔技术 有 1 0个 钻孔 ， 占所 封钻孔 的 3 8 ． 5 ％。 而各钻孔平均纯流量达到 3 0 L ／ mi n的情况是 原封 孔技术有 6个钻孑 L ， 占所 封钻孑 L 的 4 3 ％ ； 负压二次 封孔技术有 1 1 个钻孔 ， 占所封钻孔的 5 5 ％； 囊袋式 封孔技术有 8个钻孔 ； 占所封钻孔 的 3 1 ％ 。负压二 次封孔技术较其他两种封孔技术在瓦斯抽采浓度及 纯流量方面都有较大优势 。 蓁霉f_。I．．．_。_ _。_ -。一．_．_。_。I．． {； 媛2 0 摹 。0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 孔 号 图4 原封孔技术钻孔平均浓度 }_．_ _ _．_．_．_．_．一．- ．．_． _． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 孔 号 图 5 原封孔技术 钻孔平均纯流量 根据各个钻孔 的平均抽采浓度和抽采纯流量 ， 可以得出原封孔技术 、 负压二次封孔技术 以及囊袋 式封孔技术的平均抽采浓度和纯流量 ， 平均抽采浓 度通过下式计算 二 2 C一 二 式中 为平均抽采浓度 ； 、 、一C 分别为第 5 7 2 0 1 7耳7月 苏海飞 坪上煤业负压二次封孔技术效果分析 第2 6卷第7期 一 个 、 第二个和第 n 个钻孔的平均抽采浓度 ， n为总 钻孔数 。 将式中抽采浓度换成抽采纯流量可以得出平均 抽采纯流量。计算结果如图 1 0所示。 80 6 0 越 霎 4 o 20 O I LIJl u IJ．LI1I L IIJ 1 5 1 7 1 9 2 1 2 3 2 5 2 8 3 O 3 2 3 4 孔 号 图 6 负压二次封孔技术钻孔平均浓度 山 ． Ⅱ IJ LI1I IIJ． 1 5 1 6 1 7 l 8 l 9 2 0 21 22 23 2 4 25 26 28 29 30 31 3 2 3 3 34 35 孔号 图 7 负压二次封孔技术钻孔平均纯 流量 llJll山 【IJ工ll L LJL J Ill 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 9 6 0 6 l 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 7 0 7 l 7 2 7 3 7 4 7 5 7 6 孔 号 图 8 囊袋式封孔技术钻孔平均浓度 i [ } l 。 l l i l 1． ． l ． l一 。i。l。 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 9 6 0 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 7 0 7 l 7 2 7 3 7 4 7 5 7 6 孔 号 图 9 囊袋式封孔技术 钻孔 平均纯流量 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 2O 1 5 1 0 5 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 周福宝， 李金海． 煤层瓦斯抽放钻孔 的二次封孔方法 研究[ J ] ． 中国矿业大学学报， 2 0 0 9 ， 3 8 6 7 6 4 7 6 6 ． 孙保 国． 煤矿瓦斯二次封孔技术[ J ] ． 山东煤炭科技 ， 2 0 1 4 1 1 、 2 2 2 4 ． 李飞， 郑加飞， 窦伟． 瓦斯抽采二次封孔技术研究 及应用[ J ] ． 煤炭科技， 2 0 1 2 4 7 37 4 ． 王兆丰， 李杰． 抽采钻孔封孔失效的二次处理措施 [ J ] ． 煤矿安全， 2 0 1 2 5 8 68 8 ． 周福宝， 夏同强． 二次封孔粉料颗粒输运特性的气 固 耦合模型研究[ J ] ． 煤炭学报， 2 0 1 1 6 9 5 3 9 5 8 ． [ 责任编辑 常丽芳] ， ，’ l l l ， ， l， ’ ， l， ● ， l ， ， ， l ， ， ，’ l ， l ll ， ， ’ ll ， ，I ， ， l ，● ， ll ， l l l ， ， l’ ， ， l， ’ l ’ ， ， ’ ，， ● l l’ l ， 上接第 1 4页 [ 4 ] 刘金海， 姜福兴， 朱斯陶． 长臂采场动、 静支承压力演化 规律及应用研究 [ J ] ． 岩石力学与工程学报， 2 0 1 5， 3 4 9 1 8 1 5～1 8 2 7． [ 5 ] 康红普． 我国煤矿巷道锚杆支护技术发展 6 0年及展望 [ J ] ． 中国矿业大学学报， 2 0 1 6 ， 4 5 6 1 0 7 11 0 8 1 ． [ 6 ] 潘岳， 顾士坦， 王志强． 煤层塑性区对坚硬顶板力学 特性影响分析 [ J ] ． 岩 石力学与工程学报 ， 2 0 1 5 ， 3 4 1 2 2 4 8 6 2 4 9 9 ． [ 7 ] 于洋． 特厚煤层坚硬顶板破断动载特征及巷道围岩 控制研究[ D] ． 徐州 中国矿业大学， 2 0 1 5 ． [ 8 ] 宁建国， 马鹏飞， 刘学生， 等． 坚硬顶板沿空留巷巷旁 5 8 “ 让 一抗” 支护机理[ J ] ． 采矿与安全工程学报 ， 2 0 1 3 ， 3 0 3 3 6 93 7 4 ． [ 9 ] 张自政， 柏建彪， 陈 勇， 等． 浅孔爆破机制及其在厚 层坚硬顶板沿空留巷中的应用 [ J ] ． 岩石力学与工程 学报， 2 0 1 6 ， 3 5 1 3 0 0 83 0 1 7 ． [ 1 0 ] 尹光志， 李星， 韩佩博， 等． 三维采动应力条件下覆 岩裂隙演化规律试验研究 [ J ] ． 煤炭学报， 2 0 1 6 ， 4 1 2 4 0 6 4 1 3 ． [ 1 1 ] 李鸿昌． 矿山压力的相似模拟实验[ M] ． 徐州 中国矿 业大学出版社， 1 9 8 8 5 4 5 9 ． [ 责任编辑 常丽芳] ∞加 ∞ ∞ ∞ ∞ 如 m 0 一 ． 童 ． ～ 删蟮 露