中心分流囊袋式注浆封孔技术研究及应用.pdf

2 0 1 4 年第 1 1 期 中州煤炭 总第2 2 7期 中心分流囊袋式注浆封孑 L 技术研究及应用 闰本 正 ， 王 峰 河南能源化工集 团研 究院有限公司 瓦斯防 治所 ， 河南 郑 州4 5 0 0 4 6 摘 要 瓦斯抽采钻孔 的封孔质量 问题 是影响煤层瓦斯高效抽采 的主要因素。为提高钻孔封孔质量 ， 河南能源 化工集 团研 究院与河南理工大学研发 了中心分 流囊袋式注 浆封孔技 术， 并在 九里 山矿进行 了现场 应用。结 果表 明， 该 封孔技术可有效充填钻孔周 围煤壁裂 隙， 充填 漏气通道 ， 注 浆材 料凝 固后有较强 的支护 强度 。 对钻 孔起到 了支撑作用 ， 避免钻孔 收缩变形产生漏气通道 ， 从 而实现 了高浓度抽采 ， 抽采 3个月后 ， 囊袋 式注 浆封 孔平均浓度 为 4 4 ． 0 ％ ， 较原有封孔技术提高 了 1 2 3 ． 4 ％ 。 关键词 瓦斯抽采 ； 中心分流 ； 注 浆封孔； 高压囊袋 式 中图分类号 T D 7 1 2 ． 6 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 4 l 1 0 0 6 1 0 3 1 矿 井概 况 九里山矿位于焦作矿 区东部 ， 太行 山南麓 ， 西距 市 区 1 8 k m。井 田西起 1 1勘探 线 与 演 马庄 矿 相 邻 ， 东 以北 碑村 断层 为 界 与 古汉 山井 田相 连 ， 北 起 煤 层 隐伏 露 头 ， 南 抵 西仓 上 断 层 ， 井 田走 向长 4 ． 2～5 ． 3 k m， 倾斜 宽 3 ． 0～ 4 ． 2 k m， 井 田面积 1 7 ． 5 k m 。 九 里 山矿 始 建 于 1 9 7 0年 7月 ， 1 9 8 3年 4月 3 0 日简易 投产 ， 设计 生 产能 力 9 0万 t ／ a ， 核定 矿井 生 产 能 力 1 0 0万 t ／ a 。2 0 1 0年 底 剩余 可 采 储 量 6 4 5 2万 t ， 矿 井 服务 年 限为 4 1 a 。矿 井 为立 井 两 水平 上 下 山 开 拓方 式 ， 一水平 大 巷 标 高 为 一 2 2 5 m， 二 水 平 大 巷 标 高为 一 4 5 0 m。一 水平 共有 轨道 运 输大 巷 、 胶 带 运 输 大巷 、 流水 大 巷 3条 巷 道 ， 全 部 布 置 在 煤 层 顶 板 中 ， 与煤 层 法线距 离 为 l 0～1 5 IT I 。 二水 平 大巷 有 2 条巷道 ， 其中 1 条为轨道运输大巷 ， l 条为胶带运输 大巷 。 矿井经过多年开采 ， 一水平上山采区基本采完 ， 仅 剩下 西翼 的 l 4 、 1 2采 区 ， 下 山采 区划 分 l 5 、 l 6采 区， 目前矿井安排 1 4、 1 5 、 1 6共计 3个生产采 区 ， 维 持 矿井 正 常生 产接 替 。矿井 主要 采煤 方 法为 走 向长 壁倾斜分层开采 ， 全部垮落法控制顶板 。现有 3个 采煤工作面， 包括 1个综采工作面和 2个炮采工作 收 稿 日期 2 o 1 40 71 4 基金项 目十二五国家科技支撑计划 2 0 1 2 B A K 0 4 B 0 1 作者简 介闫本正 1 9 8 6 一 ， 男 ， 河南淮 阳人 ， 助 理工程 师 ， 2 0 1 2年 毕业于 中国矿业大学 北京 ， 现从事煤矿瓦斯防治工作。 面 。 矿井 可 采煤 层 为 二 叠 系 山 西 组 二 ． 煤 ， 煤 层 赋 存较稳定 ， 结构简单 ， 厚度 0 ． 9 28 ． 1 3 m， 平均厚度 5 ． 1 5 IT I ， 倾角 9 。～1 8 。 。煤层无 自燃倾 向和煤 尘爆 炸危 险 。 矿 井 水文 地 质 条 件极 复杂 ， 与 矿 井 充水 有 直 接 关 系 的含 水层 自上而 下分 别是 第 四系 砾石 含水 层 、 二 叠 系砂 岩 含水 层 、 石炭 系太 原组 石灰 岩含 水层 、 奥 陶系灰 岩含 水层 ， 含 水层 水 位 高 ， 隔 水层 薄 ， 自 1 9 8 2 年 以来 ， 共 发生 突水 5 6次 。矿 井涌 水量 最 大时 高达 1 0 4 m ／ m i n ， 在 实施 注浆 堵水 以前 ， 平 均涌 水 量 高达 8 0 m ／ m i n 。 目前 ， 矿 井正 常 涌水量 4 5 m ／ m i n ， 最大 涌 水量 1 0 5 m ／ mi n 。 2 钻 孔封孔现状及存在 的问题 九 里 山矿巷 道抽 采钻 孔 现主要 采 用聚 氨酯 高 水 充填 甲、 乙料 两 堵 一 注 带 压 封 孔 工 艺 ， 经 调 查 分 析 ， 该工艺所封钻孔存 在抽采效 果差 、 封孔 工艺复 杂 、 需 二次 封孔 、 钻 孑 L 有 效率 低等 问题 。 考虑产生这些问题的原 因主要有 2个 ① 两端 聚氨酯 形 成 的封堵 强 度 低 ， 后 期 注 入 水 泥 时难 以产 生足够 的注浆压力 ， 水 泥难 以挤入煤壁裂隙进行封 堵 ， 封孑 L 质量难 以保证 ； 若顶端聚氨酯密封不好 ， 注 浆时很容易漏浆造成封孔管堵塞 ， 整个钻孑 L 报废 ， 可 靠性较差 ； ②高水充填 甲、 乙料需 求量较大 ， 工人 劳 动 强度 大 。且充 填 材料凝 固之后往 往 具有 一定 的收 缩 性 ， 从 而 容易 与钻 孔壁形 成 漏气 通道 。 61 2 0 1 4年第 1 1期 闫本 正 。 等 中心分 流 囊袋式 注 浆封 孔技 术研 究及 应用 总第 2 2 7期 处 出现 煤层 下沉 现象 。 4 ． 2试 验情 况及 效 果分 析 2 0 1 1年 1 O月 5日开 始 在 九里 山矿 开展 封 孔试 验 ， 封孔 位置 分别 在 1 4 1 4 1工作 面运 输巷 上 、 下 帮 以 及 1 5 0 5 1工作 面 运 输 巷上 、 下 帮 。 随 即 开展 浓 度 测 试记 录工 作 。其 中 ， 2 0 1 1年 l 0月 1 1 --2 1日， 1 4 1 4 1 运输巷 上帮 封 、 联 孔 2 6个 ； 2 0 1 1年 1 2月 2 2 日一 2 0 1 2年 1月 1日， 1 4 1 4 1运输 巷 下 帮封 、 联 孔 3 0个 ； 2 0 1 2年 1 月 1 0 日一4月 1日， 1 5 0 5 1运输 巷共 封 、 联 孑 L 2 8 2个 。1 4 1 4 1工 作 面运 输 巷上 帮 由于 中 间巷 的 开 掘 ， 所封 2 6个 钻孔 全 部废弃 。 由于 1 5 0 5 1下帮 和 l 4 1 4 1 运 输巷 上 下 帮积 水严 重 ， 导 致两 种 封 孔 方 式 后 期 浓 度 均 在 9 0 ％ 左 右 ， 因 此 对 1 5 0 5 1 运 输 巷上 帮 聚氨酯 封孑 L 和囊 袋 式注 浆 封 孑 L 2种 封孑 L 方 法所 得数 据进 行对 比 图 3 。 图 3 不 同封孔方法瓦斯抽采浓度对 比 分析 可知 ① 抽采 1 个 月 ， 聚氨 酯封 孔瓦 斯抽 采 平均浓度为 3 0 ． 8 ％ ， 囊袋式注浆封孔瓦斯 抽采平均 浓度为 4 4 ． 6 ％ ， 提高了 4 4 ． 8 ％ ； ②抽采 2个月 ， 聚氨 酯 封 孔 瓦斯 抽 采平 均 浓 度 为3 0 ． 8 ％ ， 囊 袋 式 注浆 封 孔 瓦斯 抽 采 平 均 浓 度 为 5 0 ． 5 ％ ， 提 高 了 6 3 ． 9 ％ ； ③ 抽 采 3个 月 ， 聚 氨 酯 封 孔 瓦 斯 抽 采 平 均 浓 度 为 1 9 ． 7 ％ ， 囊 袋 式 注 浆 封 孔 瓦 斯 抽 采 平 均 浓 度 为 4 4 ． 0 ％ ， 提 高 了 1 2 3 ． 4 ％ 。 5 结论 1 在焦 煤 九 里 山 矿 1 5 0 5 1运 输 巷 下 帮抽 采 3 个 月后 ， 聚氨 酯 封 孔 瓦 斯 抽 采 平 均 浓 度 为 1 9 ． 7 ％ ， 囊袋 式 注浆 封孔 瓦斯 抽 采 平 均浓 度 为 4 4 ． 0 ％ ， 提 高 了 1 2 3 ． 4 ％ 。 2 通过 对 比钻孔 的 浓 度 测 试 数 据 可 以 看 出 ， 在 长时 间 的对 比测 试 中 ， 囊 袋 式 注浆 封 孑 L 法 抽 采 浓 度 高 ， 浓度 衰减 慢 ， 具 有 明显优 势 。 3 囊袋 式注 浆封 孔 法 封 孔 质量 优 于 聚 氨酯 封 孔 法 的主要 原 因是 初期 封孔 时 ， 囊 袋式 封孑 L 方 法注 浆压力 达到 1 ． 5 MP a ， 水泥浆液在注浆压力作用下 可 以有 效充 填钻 孔 周 围煤 壁 裂 隙及 漏 气 通 道 ， 而 聚 氨 酯 的充填 性 能较 差 ； 后 期 注 浆 材 料凝 固后 有 较 强 的支护 强度 ， 对 钻孔 起到 了支 撑作 用 ， 避免钻 孔 收缩 变 形产 生漏 气通 道 ， 从而 实现 了高 浓度 抽采 ， 而 聚氨 酯 由于强度 较低 随 钻孔 塌 陷收缩 变形 不能起 到 良好 的支护 作用 ， 产 生较 大漏 气通 道 ， 因此 浓度 较低 。 参考 文献 [ 1 ] 孙玉宁 ， 张波 ， 陈君龙． 囊袋式 注浆封孔 单 向阀剪切 销的实 验 分析 [ J ] ． 煤 矿机 械， 2 0 1 0 3 6 2 _ 6 4 ． [ 2 ] 孙玉宁 ， 王永龙 ， 翟新献 ， 等． 松软突 出煤 层钻进困难 的原 因分 析 [ J ] ． 煤 炭学报 ， 2 0 1 2 1 1 l 7 1 2 2 ． 责任 编 辑 刘光 雨 上接 第 2 1页 4 结 论 1 全岩 巷 道 临 近 断 层 带 布 置 ， 受 地 质 构 造 影 响严 重 ， 而在 下 穿段 实施 架 设 2 9 U型 钢 棚 喷射 混 凝 土 钢棚 壁后 注 浆 充 填施 工 ， 有 效 增强 了下 穿 巷 道 的安 全性 与稳 固性 ， 解 决 了巷 道 下 穿段 存 在 的安 全 隐患 ； 在 跨 越 期 间 ， 在被 跨 越 段 实 施 2 9 U型 钢 棚 喷射 混凝 土施 工 ， 避 免 了对 生 产 服 务 巷 道 即被 跨越 巷 道 的影 响 ， 也 提 高 了被跨越 段 的安 全性 。 2 下穿 、 跨越 巷 道 实施 方 案 有 效 解决 了下 穿 、 跨越 巷 道施 工难 度 系 数 大 的 问题 ， 优 化 了 全 岩炮 掘 施 工工 艺 。现场 方案 实施 过 程 中 ， 结合 矿 区实 际煤 、 岩层 赋存 条件 灵 活应用 ， 取 得 了 良好 的效 果 。 参 考文献 [ 1 ] 杜计平 ， 孟 宪 锐． 采 矿 学 [ M] ． 徐 州 中 国矿 业大 学 出 版社 ， 2 0 0 9． [ 2 ] 陈炎光 ， 王玉浚． 中国煤矿开拓系统 图集 [ M] ． 徐州 中国矿业 大学 出版社 ， 1 9 9 2 ． [ 3 ] 高尔新 ， 杨仁树． 爆 破工程 [ M] ． 徐 州 中国矿业 大学 出版社 ， l 9 9 9． [ 4 ] 刘刚 ． 井巷工程 [ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 5 ] 国家安全生产监督管理总局 ， 国家煤 矿安全监察局 ． 煤矿安全 规程 [ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 6 ] 东兆 星． 井巷工程 [ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 4 ． 责 任 编辑 秦爱新 6 3