瓦斯抽采二次封孔技术研究及应用.pdf

TECHNOLOGY AND INATION工业与信息化 科学与信息化2020年3月上 127 瓦斯抽采二次封孔技术研究及应用 张勇 重庆市南川宏能煤业有限责任公司 重庆 南川 408400 摘 要 在矿井瓦斯抽放施工中，钻孔封孔工艺会对瓦斯抽采效果产生较大影响，传统的单次投入方式很难达到理想 的瓦斯抽采效果，对此，可采用二次封孔新技术，能够有效提升瓦斯抽放浓度，同时有效延长瓦斯抽放期。对此，本 文首先对二次封孔技术原理进行介绍，然后以实际项目为例，对瓦斯抽采二次封孔技术应用要点进行详细探究。 关键词 瓦斯；二次封孔；原理 引言 在煤矿开采中，矿井瓦斯是十分严重的灾害类型，对于 煤矿开采安全会构成严重威胁。现如今，在瓦斯治理方面主要 采用煤层瓦斯抽采技术，但容易受到环境地质因素、抽采钻孔 以及封孔技术等因素的影响，比如，在瓦斯抽采后期，封孔区 域会产生裂隙通道，在抽采负压的影响下，外界空气可通过裂 隙通道进入抽采钻孔中，导致瓦斯抽采浓度快速衰减，在掘进 施工中瓦斯超限，影响矿产开采安全性。通过利用二次封孔技 术，能够有效提升瓦斯抽采浓度，提升钻孔利用率，因此，亟 须对二次封孔技术在瓦斯抽采中的应用进行深入研究。 1 二次封孔技术原理 首先进行第一次钻孔封孔施工，对封孔质量进行检查，在 带压气体的作用下，以一定压力将微细膨胀粉料送入至煤层钻 孔中。在抽采负压作用下，微细膨胀粉料可逐渐渗透至煤层周 围的网状裂隙中，进而有效提升裂隙气体的流动阻力，避免外 界空气进入抽采钻孔通道中，减少钻孔内漏风量，提升瓦斯抽 采浓度，保证抽采效果。 1.1 确定封孔长度 在设置抽采钻孔封孔长度时，应注意确保足够长的抽采周 期，尽量缩短封孔长度。抽采巷道围岩瓦斯钻孔的封孔长度应 大于巷道周围裂隙圈深度，避免空气通过裂隙进入至钻孔中。 1.2 巷道裂隙圈的形成 巷道裂隙圈是由煤层拉伸破坏所形成的，在巷道掘进施工 过程中，在径向范围内可产生压应力以及压缩变形，另外，切 向可产生拉应力和拉伸变形。岩石抗拉强度比较差，如果拉伸应 变大于破坏应变，则在径向范围内可产生巷道裂隙，并逐渐形成 裂隙圈。在巷道掘进施工过程中，松动圈深度可逐渐超过封孔深 度，因此裂隙带会逐渐发展成为钻孔短路风流的通道，外界空气 通过裂隙带进入至钻孔后，会对抽采钻孔密闭性造成不良影响。 1.3 确定封孔长度 通常情况下，在巷道周边所形成的裂隙圈半径在3～5m之 间。另外，综合考虑各项影响因素，对于封孔位置，应注意合 理避开松动圈，风口位置与孔口之间应保持5～7m的距离，封 孔长度则需控制在3～5m之间。通过结合实际情况合理确定风 口位置以及封孔长度，可避开裂隙圈，保证封孔效果，尽量减 少封孔材料利用量[1]。 2 项目概况 重庆市南川宏能煤业有限责任公司矿井为煤与瓦斯突出矿 井，在矿井开采中，瓦斯压力为1.69MPa，瓦斯含量为13.17m3/t， 根据矿产勘察，瓦斯总产量为5.1亿m3，煤层气量抽出总量在 1822万m3以上。在该煤矿开采中推广应用顺层钻孔预抽低透气 性煤层瓦斯技术，瓦斯抽放率不断提升，并达30以上。现如 今，瓦斯抽放技术发展水平不断提升，推广应用密集网格式布 孔技术、采空区瓦斯抽放技术以及底板穿层钻孔技术，瓦斯抽 放水平显著提升，并且瓦斯抽放量可维持在300万m3以上。 井田处于四川盆地东南缘，在矿井开采中，分东、西两翼 进行开采，煤炭年开采量为30万t。通过对矿区进行地质勘察， 煤系地层的厚度为117m，平均倾斜角度为25。另外，本组中 部以及下部含煤层为2～4层，可采煤层为6号煤层，其余煤层厚 度在0.3m以内，稳定性较差，开采价值比较低。另外，煤层层 数由西向东逐渐减少。 龙潭组煤系地层覆盖厚度比较大，透气性较差，渗透率在 0.033975～0.231928m2/MPa2d之间，煤层无露头，并且背斜轴 部没有强烈侵蚀，在瓦斯运输方面，煤系向地表运输难度比较 大，可保证瓦斯开采条件。另外，煤田主要为逆掩断层，在断 层带的阻碍作用下，可形成瓦斯储存封闭地带，在该地区矿产 开采中会涌出大量瓦斯，因此容易发生瓦斯突出事故[2]。 3 瓦斯抽采二次封孔技术 3.1 第一次封孔 封孔施工工艺如图1所示。在本次封孔施工中，对于封口 材料，采用马丽散封孔材料。首先在工作面进行顺层钻孔施 工，在达到设计深度后，即可插入抽放管。在L1段两端缠绕棉 纱，准备一根胶管注入马丽散封孔材料，并将其插入L1段注浆 发泡封孔。在注浆完成后，封孔材料膨胀，即可堵塞钻孔L1 段，在打开抽放管阀门后，即可进行瓦斯抽放。完成第一次封 孔施工，L2段可预留第二次封孔空间，一般要求预留2～3m。 1.煤层钻孔；2.抽采管；3.阀门；4.封孔材料；5.裂隙群；6.煤体； 7.孔口 图1 第一次封孔原理示意图 3.2 第二次封孔 在第一次封孔施工完成后，即可进行瓦斯抽放。随着瓦 斯抽放的不断进行，煤层可发生收缩变形，同时透气系数逐渐 升高，钻孔周围煤层列席裂隙扩张发育，外界空气可通过裂隙 网进入至抽采钻孔中，导致瓦斯抽采浓度降低，进而缩短抽采 期。为了提升瓦斯抽采浓度，延长抽采期，提升钻孔利用率， 可进行第二次封孔。 科学与信息化 3月上 内文.indd 1272020/5/6 152644 TECHNOLOGY AND INATION工业与信息化 128 科学与信息化2020年3月上 在第一次封孔完成并且达到良好效果后，即可进行第二次 封孔，第二次封孔工艺如图2所示。采用马丽散封孔材料，将 抽采孔周边报废钻孔进行封堵，然后采用与压气管路相连的粉 料输送管插入煤层钻孔中，尽量贴近第一次封孔位置，打开阀 门，将高压空气调整为0.2MPa～0.3MPa。将微细膨胀粉料吹入 至钻孔中，直至充满煤层钻孔，然后停止送风，最后采用棉纱 堵塞进风口。在瓦斯抽采系统负压作用下，微细膨胀粉料可渗 透至煤层周围网状裂隙群中，进而提升裂隙内气体流动阻力， 避免外界空气进入抽采钻孔中。在完成二次封孔后，可对抽采 效果进行仔细观察[3]。 1.煤层钻孔；2.抽采管；3.阀门；4.封孔材料；5.微细膨胀粉料； 6.裂隙群；7.煤体；8.孔口；9.粉料输送管 图2 第二次封孔阶段示意图 4 结束语 在煤矿开采中，通过应用二次封孔技术，可达到良好的效 果，能够有效提升钻孔浓度，并且封孔效果良好，可加速瓦斯 抽采抽出，单孔钻孔效率较高，废孔率降低。由于抽放半径增 大，因此钻孔终孔间距较大，可减少钻孔数量，降低瓦斯抽采 所需成本，提高煤层瓦斯抽采率，缩短瓦斯抽放周期，确保工 作面回采效果。 参考文献 [1] 王晓东.煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式研究[J].石化技 术,2019,26555-56. [2] 王胜利,赵萌,秦汝祥.瓦斯抽采钻孔封孔效果考察及影响因素分 析[J].中州煤炭,2017,39892-95. [3] 臧广伟.顺煤层瓦斯抽采钻孔封孔新工艺[J].黑龙江科技信 息,2017,41682-82. 作者简介 张勇（1983－），男，四川犍为人；工程师，现就职单位重庆 市南川宏能煤业有限责任公司，研究方向煤矿通风、瓦斯抽放及防突 技术管理。 统一均衡技术使得其在维持基本功效的条件下，合理地解决了管 线装配的地点和标高的不完善，成功避免了低质量管线的短板。 （3）易于检修。通过管线安排统一均衡技术使管线作业 工序进行了有序安排，保证了每一管线机管线的运作和维护得 到有效支持。 （4）作业时间长短的作用。管线安排统一均衡技术能较 快完成作业图纸样稿要求和作业关键的设计，对作业时间的缩 短起到促进作用。另外其技术也可以避免管线设备的标高和位 置的影响造成的返工浪费而导致的资源浪费，对作业质量的提 升和未来收益的提升都有促进作用。 统一均衡技术应用于建设机电安装工程，运用可实行的方 法和管理技术，从理论上对技术和原料成本的要求转为在实践中 应用。在设计时仔细的计量和交流，设计图纸的管线参考数据可 以在原本的基础上进行修改，若没有完成标高要求的话，在遵守 工程作业发展定律的前提下，能够降低标高或者变动功能。 统一均衡技术效益。例如某个项目作业以计算机为基础， 做了全面的管线安排施工的图纸和机电项目安排检修位置的图 纸，最有效地促使工程作业和设计作业的结合。它的成效十分 显著，其主要体现在以下这些地方第一，子系统与主系统， 都运用了统一均衡技术，使得各子系统的工程作业空间得到保 证，提升了作业质量，并且以这种组织形式对子系统和主系统 进行制约，达到了和谐统一的部署，最终使得整体效果呈现良 好；第二，工作效率上，该工程对统一均衡技术的运用，极大 缩短了工程的作业时间，保证了作业质量，有效减少了项目质 量问题和二者对立问题，显著提升工作效益；第三，在运用方 向上，使用统一均衡技术，对地面下停车场的天花板进行了改 造，完成了对地面下的停车场的天花板的优化，对该技术的使 用方向进行了扩展。 3 结束语 综合来看，想要确保管线综合平衡的效果、保证其安全， 就要切合管线综合平衡准则。在机电配置安装工业化的这一过 程中，管线综合平衡技术不可或缺，它是促进机电安装工业化 的重要推动因素。 参考文献 [1] 赵磊.民用建筑机电设备安装中管线布置综合平衡技术探讨[J]. 建材与装饰,201925214-215. [2] 郭慧莹,邢建邦.建筑机电设备安装工程中管线布置综合平衡技 术[J].计算机产品与流通,20180689,130. [3] 严书超.建筑机电设备安装工程中管线布置综合平衡技术的应用 探究[J].智能城市,2017,307119. [4] 周蛟.民用建筑机电安装工程中管线布置综合平衡技术[J].建材 与装饰,201709222-223. [5] 时荣洲.试析建筑机电设备安装工程中管线布置综合平衡技术的 运用[J].福建质量管理,20151287. （上接第126页） 科学与信息化 3月上 内文.indd 1282020/5/6 152645