小倾角及水平钻孔机械封孔技术研究.pdf

小倾角及水平钻孔机械封孔技术研究 刘 世 明 朱 定 华 （ 重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司， 重 庆 400052刘 世 明 朱 定 华 （ 重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司， 重 庆 400052 摘 要 中梁山煤田所有煤层均有突出危险性， 幵采前需要打钻孔预抽煤层瓦斯,传统封孔方法效率低、 效果差;通过中梁山煤田所有煤层均有突出危险性， 幵采前需要打钻孔预抽煤层瓦斯,传统封孔方法效率低、 效果差;通过 对小倾角和水平钻孔进行机械封孔试验， 形成了机械封孔安全高效、 成熟稳定的适用技术， 该顶对小倾角和水平钻孔进行机械封孔试验， 形成了机械封孔安全高效、 成熟稳定的适用技术， 该顶Q在为企业创造良好经济在为企业创造良好经济 效益的同时， 也消除了矿井采掘过程中的瓦斯隐患。效益的同时， 也消除了矿井采掘过程中的瓦斯隐患。 关键词小倾角;水平孔技术小倾角;水平孔技术 中 图 分 类 号F406.3;TD713 .3 文 献 标 志 码 B 文 章 编 号1008 -0155201809 -0133 -03 科学合理的治理矿井瓦斯， 能够有效防治煤 与瓦斯突出， 遏制重特大瓦斯事故的发生， 同时减 少环境污染， 保障煤矿企业持续、 稳定、 健康发展。 中梁山公司抽采钻孔传统的封孔方法是人工封 孔， 封孔深度浅、 气密性差， 造成抽采负压和瓦斯 浓度偏低。为了提高矿井瓦斯抽采量， 提升抽采 浓度， 确保矿井安全， 增强效益， 实现公司做优、 做 强的战略目标， 需要积极探索瓦斯抽采新技术， 尤 其对小倾角和水平孔封孔技术的突破。 1矿井概况 中梁山煤田属急倾斜近距离突出煤层群， 建 有南矿、 北矿两个煤矿。井田内含煤10层 ， 煤层 总厚14. 91m， 煤层倾角68。 ] 72， 瓦斯储量十分 丰富， 埋深1500m以浅面积256.46k m2 内， 瓦斯储 量为406亿P3矿井地质条件十分复杂， 瓦斯、 煤 尘、 自然发火、 顶板、 地下水等灾害长期威胁着矿 井的安全生产。 矿井瓦斯抽采系统从20 世纪60年代开始建 立， 地面安装有8 台水环式真空泉， 南、 北矿井各4 台。1982年进行管网改造， 开始瓦斯气民用， 目前 瓦斯抽采量100m3/min， 平均浓度40h， 抽采钻孔 5000 个 ， 抽采负压 40KPa 50KPa。 2传 统 抽 采 钻 孔 封 孔 工 艺 及 课 题 提 出 中梁山公司传统的封孔方法为人工封孔， BP 通过人工向孔内装填水泥和黄泥。人工封孔深度 较浅， 存在抽采时间短、 浓度低、 负压低、 效果差的 缺点， 于是公司提出“ 小倾角及平孔机械封孔技术 研究” 课题。根据中梁山井田围岩条件， 选择水泥 砂浆封孔[1]， 通过机械封孔增大封孔深度， 提高封 闭钻孔的严密性， 从而提高抽采浓度。 3抽 采 钻 孔 机 械 封 孔 技 术 3.1机 械 封 孔 设 备 及 技 术 参 数 封孔设备选择B F K- 10/2. 4 型煤矿用封孔 。 技术参数工作压力范围0 2.4M P a;额定工 作流量1 0 .min;搅拌器容积40L;电磁起动器电 压 380V或 660V;水泥砂浆比例1 1.5。 3.2水 平 钻 孔 机 械 封 孔 实 施 情 况 3. 2.1 南矿平孔机械封孔实施情况 南矿于2015年 2 月实施平孔机械封孔试验， 地点选在 50m N W C2 - C3 抽采巷5 号钻场水力 压裂试验1 号检测孔， 孔深97. 5m， 倾 角 0。 ， 封孔 深度75m， 使用水泥350kg， 封孔后抽采浓度5 5 ， 流量0.4m3/min; 50m N W C3 石门压裂1、 2号检 测孔， 孔 深 103m， 倾角0， 封孔深度18m， 使用水 泥 80kg， 封孔后抽采浓度50h， 流量0. 5m3/min。 3.2.2北矿平孔机械封孔实施情况 1 12钻 场8 个孔， 孔 深 120m ] 160m， 倾 角 2。 18。 ， 封孔深度5m， 使用水泥400kg， 封孔后抽采 浓度6 5 。 3 2015 年 5 月， 70mSEC6 石门 12 个孔， 孔深80m] 170m， 倾 角 0。 - 18。 ， 封孔深度5m， 使 用水泥500kg， 封孔后抽采浓度7 5 。 3. 3机 械 封 孔 施 工 技 术 3.3.1钻孔施工工艺 钻孔严格按设计施工， 钻孔的孔径、 方位角、 仰角、 终孔层位符合设计要求[2]， 孔 口 洗 108m m 大孔径， 洗孔深度3m5m， 便于安装抽采管、 注浆 管、 排气管， 保证钻孔砂浆注满。 3. 3.2 封孔前的准备 钻孔终孔前， 将封孔机、 水泥、 抽采管、 铝塑 管、 玛丽散等封孔设备和材料准备到位。 3. 3.3 封孔工艺（ 可选择三种方法） 方法一（ 浅部注浆法） 1抽采管、 注浆管、 排气管的安装。在钻孔 收稿日期2018 - 04 -11收稿日期2018 - 04 -11 作者简介刘世明（ 1967 - ,男 ， 重庆市人， 本科学历,工程师， 现任重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司总经理;朱作者简介刘世明（ 1967 - ,男 ， 重庆市人， 本科学历,工程师， 现任重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司总经理;朱 定华（ 1967 - ,男 ， 重庆市人， 本科学历， 工程师,现任重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司总工程师。定华（ 1967 - ,男 ， 重庆市人， 本科学历， 工程师,现任重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司总工程师。 133 中 间 插 入 抽 米 营 材 、长度 据 需要而足） ， 在 钻 孔 底 部 插 入 一 根 2〇mm的 管 ，深度 0. 5m， 作 为 注 浆 管 ， 在 钻 孔 顶 部 插 入 一 根 2〇m m 的 管 ，深度 0.4m， 作 为 排气管 。 在 钻 孔 内 距 孔 口 0.3m处 ， 同 时 在 抽 采 管 末 端 ， 用 合 玛 丽 堵 钻 孔 ，封孔度0.2m， 形 一 个 空 间 ， 并固 定抽 采 管 、 注 浆 管 和 排气管;用 堵 钻 孔 至 孔 ， 进 行 加 固 ， 不 现 象 。 2灌注 浆 。在 孔 后 ， 用胶 管 把 注 浆 泵 的 出 浆 口 与 孔 口 的 注 浆 管 连 接 ， 利用 注 浆 合 均 匀 的 浆 注 入 钻 孔 内 ， 当排 气 管 有 浆 或 歇 性 流 出 ，注 浆 ， 5m] 10mm， 待 钻 孔 内 空 气 排 尽 ， 水 泥 砂 浆 淀 后 ， 再 次 注 浆 ， 直 至 排 气 管 浆 匀 出 ， 注 浆 ， 同 时 关 闭 注 浆 管 （ 9 1 。 方 法 二 （ 深 部 注 浆 法 ） 1 抽 采 管 、 注 浆 管 、 排 气 管 的 安 装 。抽 采 管 与 排 气 管 的 安 装 方 法 与 浅 部 注 浆 相 同 ， 注 浆 管 仍 然 安 装 在 孔 部 ， 深 度 至 抽 采 管 末 端 ， 用 合玛 丽 堵 孔 口 和 抽 采 管 末 端 ， 形 一 个 封 闭 空 间 ， 并 固 定 抽 采 管 、 注 浆 管 和 排 气 管 。 2 灌注 浆 。在孔 后 ， 用胶 管 把 注 浆 泵 的 出 浆 口 与 孔 口 的 注 浆 管 连 接 ， 利用 注浆 合 均 匀 的 浆 注 入 钻 孔 内 ， 直 至 排气 管 浆 匀 出 ， 停 止 注 浆 ， 同 时 关 注 浆 管 。 方（ 钻 孔 注 浆 法 ） 1注 浆 钻 孔 施 工 。抽 采 钻 孔 按 设 计 施 工 完 ， 然 后 在 抽 采 孔 上 方 按 同 一 方 位 角 另 施 工 插 钻 孔 ， 注 浆 孔 与 抽 采 钻 孔 交 叉 ， 交 叉 点 距 孔 口 大 于 0. 5m， 作 为 注 浆 和 排 气 使 用 。 2 抽 采 管 的 安 装 。在 抽 采 孔 中 间 插 入 抽 米 管 ， 在孔口 0.3m和 抽 采 管 末 端 用 合 玛 丽 堵 钻 孔 ， 封 孔 度 0.2m， 形 一 个 空 间 ， 用 水 泥 封 堵 钻 孔 至 孔 口 ， 进 行 加 固 ， 不 现 象 。 3 灌注 浆 。在 孔 后 ， 用注 浆 合 均 匀 的 浆 注 入 抽 采 孔 上 方 的 注 浆 孔 内 ， 直 至 钻 孔 内 砂 浆 注 满 ， 停 止 注 浆 （ 图 2 。 图2平孔钻孔注浆封孔示意图 平 孔 浅 部 注 浆 封 孔 方 法 由 于 采 注 大 量 砂 浆 从 排 气 孔 溢 出 ， 材 费 ;平 孔 深 部 {， 注 浆 过 程 中 孔 内 有 大 量 空 排 放 ， 封 孔 用 注 浆 封 孔 注 浆 ， 孔 内 空 气 排 ， 用时 较 长 ，段内 ， 影响封孔， 同 ，较 好 ; 钻 孔 注 浆 方 法 注 较 大 ， 注浆 WU IDI 卜 134 方便，排气良好，操作简便，但注浆钻孔施工时有 一定难度，程序比较复杂。 3. 43. 4机 械 封 孔 技 术 要 求 1 1 高瓦斯矿井严格执行 “三专两闭锁”。 3 在通风系统中引入模糊理论。根据本矿 井通风特点，引入模糊控制理论，采用MCS - 5 1单 片机进行通风控制。采用这种方法可以实现预测 与自适应相协调。通风系统采用单片机控制后， 操作简单、可靠性高、通风效果好。此外，通风系 统采用总线式结构的通风控制机，可以实现矿井 通风自动调节。 5 通过分析矿井瓦斯爆炸条件及特点，针对性 提出 治矿井瓦斯 炸的方 ， 现场 验 明， 采用合适的通风方法及通风量可以有效防治瓦斯 炸。 参考文献参考文献 [1 ]李润求， 等.煤矿瓦斯爆炸事故特征与耦合规律研[1 ]李润求， 等.煤矿瓦斯爆炸事故特征与耦合规律研 究[究[J] ■ 中国安全科学学报， 2010,20269 -74.] ■ 中国安全科学学报， 2010,20269 -74. [2]念其锋， 等.基于[2]念其锋， 等.基于PNN的煤矿安全生产风险综合的煤矿安全生产风险综合 预警研究[预警研究[J].中国安全生产科学技术， 2013， 9 1071 -].中国安全生产科学技术， 2013， 9 1071 - 77. 责任编辑张春玲“77. 责任编辑张春玲“ 135