煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析.pdf

第 ４２ 卷第 ６ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４２ Ｎｏ􀆱 ６ ２０１４ 年６ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪｕｎｅ ２０１４ 煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析 王兆丰１ꎬ２ꎬ武 炜１ꎬ２ １􀆱 河南理工大学 安全科学与工程学院ꎬ河南 焦作 ４５４０００ꎻ２􀆱 煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心ꎬ河南 焦作 ４５４０００ 摘 要通过对我国煤矿瓦斯抽采主要封孔方式的分析ꎬ认为钻孔周边裂隙发育范围研究不透彻ꎬ始 封深度、封孔长度选择不合理ꎬ注浆压力偏低ꎬ聚氨酯和水泥砂浆等封孔材料不能有效封堵钻孔周边 煤岩层裂隙ꎬ是造成目前我国煤矿瓦斯抽采封孔效果不理想的主要原因ꎮ 论文指出ꎬ研究多重损伤条 件下的抽采钻孔周边裂隙发育时效特性ꎬ确定抽采钻孔的合理始封深度和两端封堵段长度ꎬ采用合适 的注浆材料ꎬ提高注浆压力ꎬ是提高“两堵一注”带压封孔方法封孔效果的技术途径ꎮ 关键词瓦斯抽采ꎻ封孔技术ꎻ封孔段ꎻ裂隙发育 中图分类号ＴＤ７１２ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６２０１４０６－００３１－０４ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｍａｊｏｒ Ｂｏｒｅｈｏｌｅ Ｓｅａｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍｉｎｅ Ｇａｓ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｂｏｒｅｈｏｌｅｓ ＷＡＮＧ Ｚｈａｏ￣ｆｅｎｇ１ꎬ２ꎬＷＵ Ｗｅｉ１ꎬ２ １.Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＪｉａｏｚｕｏ ４５４０００ꎬＣｈｉｎａꎻ ２.ＭＯＥ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍｉｎｅ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ＲｅｓｃｕｅꎬＪｉａｏｚｕｏ ４５４０００ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈ ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍｉｎｅ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａꎬｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ａｎ ｉｍｐｒｏｐｅｒ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅꎬｔｈｅ ｉｒｒａｔｉｏｎａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｓｅａｌｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈꎬｔｈｅ ｌｏｗ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅꎬｔｈｅ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ ｍｏｒｔａｒ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｏｔｈｅｒ ｓｅａｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｉｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｃｏａｌ ａｎｄ ｒｏｃｋ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｉｒｒａｔｉｏｎａｌ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ.Ａ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｃｃｅｓｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ “ｔｗｏ ｓｅａｌｉｎｇ ａｎｄ ｏｎｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ” ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄꎬｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｉｍｅ ｅｆｆｅｃｔ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ ｄａｍａｇｅｓꎬｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌ ｉｎｉｔｉａｌ ｓｅａｌｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｅｎｄｓꎬｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅꎻｂｏｒｅｈｏｌｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄꎻｓｅａｌｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎꎻｃｒａｃｋ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 收稿日期２０１４－０３－０５ꎻ责任编辑王晓珍 ＤＯＩ１０.１３１９９/ ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｓｔ.２０１４.０６.００６ 基金项目国家自然科学基金资助项目５１２７４０９０ꎻ河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室 省部共建国家重点实验室培育基地开放基金资 助项目ＷＳ２０１２Ｂ０１ 作者简介王兆丰１９６３ꎬ男ꎬ湖南湘潭人ꎬ博士生导师ꎬ研究员ꎬ河南省特聘教授ꎬ现任煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心常务副主 任ꎬ河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所所长ꎮ 引用格式王兆丰ꎬ武 炜.煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１４ꎬ４２６３１－３４ꎬ１０３. ＷＡＮＧ Ｚｈａｏ￣ｆｅｎｇꎬＷＵ Ｗｅｉ.Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｍａｊｏｒ Ｂｏｒｅｈｏｌｅ Ｓｅａｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍｉｎｅ Ｇａｓ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｂｏｒｅｈｏｌｅｓ[Ｊ].Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ ４２６３１－３４ꎬ１０３. ０ 引 言 瓦斯事故是我国煤矿安全生产中最严重的自然 灾害事故之一ꎮ 早在 ２０ 世纪 ５０ 年代ꎬ瓦斯抽采就 被我国列为治理煤矿瓦斯灾害的重要措施ꎬ并在高 瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井推广ꎮ 我国的瓦斯抽 采技术历经几十年的发展ꎬ取得了显著的进步ꎬ在治 理煤矿瓦斯和预防瓦斯事故的过程中起到了至关重 要的作用[１]ꎮ 然而ꎬ目前我国许多矿井的瓦斯抽采 率和瓦斯抽采浓度仍然不达标ꎬ除了煤层瓦斯基础 工作做得不够、瓦斯抽采方法选择不恰当以外ꎬ另外 一个重要原因就是瓦斯抽采钻孔封孔效果不佳[２]ꎮ 因此ꎬ瓦斯抽采钻孔的封孔质量是做好抽采工作的 最基础的保障性措施ꎮ 如何提高封孔质量、增强瓦 斯抽采效果ꎬ是亟待解决的问题ꎬ也是矿井安全生产 的重要保证[３]ꎮ 因此ꎬ笔者通过对我国煤矿瓦斯抽 １３ ２０１４ 年第 ６ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４２ 卷 采钻孔的主要封孔方式的技术缺陷进行剖析ꎬ提出 了改善抽采钻孔封孔效果的技术对策ꎬ以达到提高 瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采率的目的ꎮ １ 煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式 １􀆱 １ 水泥砂浆封孔法 我国煤矿早期的瓦斯抽采钻孔采用人工手工方 式的黄泥封孔ꎬ但因操作不便、封孔效率低下ꎬ封孔 效果不理想ꎬ现在极少采用ꎮ 后来ꎬ在此基础上进行 了改进[４]ꎬ采用硅酸盐水泥和细砂ꎬ按照一定配比 调制成水泥砂浆ꎬ采用人工封孔和机械封孔 ２ 类封 孔方式进行封孔ꎬ改善了瓦斯抽采钻孔的封孔效果ꎮ 由于人工封孔方式费时费力ꎬ而且封孔长度难 以超过 ５ ｍꎬ逐渐被压气封孔方式图 １和注浆泵 封孔方式代替ꎮ 虽然压气封孔长度可以超过 ５ ｍꎬ 但由于封孔长度仍然较短ꎬ一般只用于临时瓦斯抽 采钻孔的封孔ꎻ注浆泵封孔的封孔深度可达 ２０ ｍ 以 上ꎬ是较为普遍的方法ꎮ 此封孔法的优点是水泥砂 浆封孔取材方便、价格低廉ꎬ封孔操作较为简单ꎮ 图 １ 压气水泥砂浆封孔示意 １􀆱 ２ 聚氨酯封孔法 早在 １９ 世纪ꎬ德国就开始研发聚氨酯技术ꎬ之 后美国、英国和日本等国家也开始发展此项技术ꎮ 聚氨酯在我国的发展始于 ２０ 世纪 ６０ 年代初ꎬ抚顺 龙凤矿、阳泉矿务局、阜新五龙矿等矿均对聚氨酯用 于瓦斯抽采钻孔封孔进行过试验研究[５]ꎮ 聚氨酯的封孔原理是将黑料多元醇聚醚和 白料多异氰酸酯按照一定比例调配在一起并注 入抽采钻孔ꎬ经过一定时间后ꎬ聚氨酯开始发泡膨 胀ꎬ在钻孔中产生径向作用力ꎬ聚氨酯依靠此作用力 进入钻孔周边煤体裂隙ꎬ从而实现对钻孔的封堵ꎮ 聚氨酯封孔需要人工将黑料和白料混合均匀ꎬ并将 其涂抹在卷缠在瓦斯抽采管上的棉质材料或麻袋片 上ꎬ然后将卷缠封孔材料的瓦斯抽采管送入钻孔中ꎻ 聚氨酯在钻孔中发泡、膨胀、凝固ꎬ最后密封钻孔 图 ２ꎮ 聚氨酯封孔的优点是操作简单易行、发泡 倍数高、轻度受压情况下不易变形ꎮ 图 ２ 聚氨酯封孔法示意 １􀆱 ３ “两堵一注”带压封孔法 “两堵一注”带压封孔法的原理是先在封孔段 的两端用袋装聚氨酯进行封堵ꎬ待聚氨酯发泡、膨胀 并凝结后ꎬ再通过注浆管对两端聚氨酯封堵段之间 的钻孔段进行注浆ꎬ在注浆压力的作用下ꎬ浆液向钻 孔壁渗透并填充钻孔周边裂隙ꎬ实现抽采钻孔封 孔[６]图 ３ａꎮ １钻孔ꎻ２聚氨酯ꎻ３水泥砂浆ꎻ４瓦斯抽采管ꎻ５注浆管ꎻ ６连接注浆设备处ꎻ７塑料堵头件ꎻ８复合囊袋ꎻ９出浆嘴 图 ３ “两堵一注”带压封孔法和囊袋式注浆封孔法示意 囊袋式注浆封孔法[７]是“两堵一注”带压注浆 封孔法的初期形式ꎮ 囊袋式封孔装置采用 ２ 个囊袋 封堵钻孔ꎬ２ 个囊袋间有 １ 个出浆嘴ꎮ 它的封孔原 理是利用注浆管向囊袋注浆ꎬ囊袋膨胀后ꎬ囊袋与 钻孔壁紧密接触ꎻ当注浆压力超过注浆嘴的开启压 力时ꎬ注浆嘴向 ２ 个囊袋之间的空隙注浆图 ３ｂꎬ 浆液进入囊袋与钻孔壁的缝隙以及钻孔周边一定深 度的煤体裂隙ꎬ从而实现抽采钻孔的封孔[８]ꎮ “两堵一注”带压注浆方法的优点是实现了钻 孔壁注浆ꎬ浆液固结后支护钻孔ꎻ从理论上讲ꎬ如果 注浆压力足够大ꎬ浆液在膨胀力的作用下进入钻孔 壁裂隙进行封堵ꎬ凝固后的注浆材料的膨胀力可以 接近地应力ꎬ可以使钻孔封孔段周围形成高应力区ꎬ 减少漏气通道ꎬ提高封孔段的密闭性ꎮ １􀆱 ４ 二次封孔法 二次封孔法是周福宝教授及其团队[９]提出的 抽采钻孔封孔新方法ꎬ在寺河矿、化处矿、比德矿、芦 岭矿等矿得到应用ꎬ改善了瓦斯抽采效果ꎮ 此封孔 法分为 ２ 个阶段第 １ 次封孔阶段和第 ２ 次封孔阶 段ꎮ 第 １ 次封孔阶段是在巷道破碎带以外的位置ꎬ 将卷缠高分子聚合发泡材料的瓦斯抽采管插入钻孔 进行封孔ꎬ并用速凝水泥封堵孔口ꎬ如图 ４ａ 所示ꎮ ２３ 王兆丰等煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析２０１４ 年第 ６ 期 瓦斯抽采进行一段后ꎬ钻孔周边的煤层孔裂 隙会发育、扩张ꎬ空气经过裂隙通道进入瓦斯抽采钻 孔中ꎬ使瓦斯抽采浓度迅速下降ꎮ 此时ꎬ进入第 ２ 次 封孔阶段ꎬ采用压力为 ０􀆱 ２０􀆱 ３ ＭＰａ 的空气将微细 膨胀粉料石灰粉、黄泥、水泥、工业淀粉和石膏粉 等材料按照一定比例调配而成吹入钻孔内ꎬ微细 膨胀粉料在抽采负压的作用下被吸入漏气通道ꎬ进 而封堵钻孔周边裂隙ꎬ最后用速凝水泥封堵孔口ꎬ完 成第 ２ 次封孔阶段图 ４ｂꎮ 此封孔法的优点是微 细膨胀粉料进入钻孔周边的裂隙后ꎬ能够有效减少 钻孔周边煤体的漏气通道ꎬ延长了瓦斯抽采期并提 高了瓦斯抽采浓度[１０]ꎮ 图 ４ 第 １、第 ２ 次封孔阶段示意 ２ 主要封孔方式存在的问题 上述这些封孔方式在我国均有不同程度的推广 应用ꎬ但效果尚不尽人意ꎬ主要问题如下ꎮ ２􀆱 １ 水泥砂浆封孔法存在的问题 １人工水泥砂浆封孔ꎬ费时费力且长度较短 不超过 ５ ｍꎬ只能封堵处于巷道裂隙带内部分钻 孔长度ꎬ在抽采负压的作用下ꎬ空气仍然可以通过巷 道裂隙带内未被封堵的钻孔周边煤体裂隙进入抽采 钻孔内ꎬ降低瓦斯抽采浓度ꎻ压气封孔方式只适用于 巷道破碎带短和临时瓦斯抽采钻孔封孔ꎻ注浆泵封 孔方式存在注浆泵搬运困难的缺点ꎮ ２在井下巷道内施工瓦斯抽采钻孔会造成煤 岩体的多重破坏ꎬ在破坏区的煤体裂隙尺度也不 相同ꎬ采用水泥砂浆封堵ꎬ径向作用力较小ꎬ无法解 决钻孔周边裂隙的封堵问题ꎬ密封效果不佳ꎮ ３由于水泥难以在短时间内硬化固结在加入 速凝剂后此缺点可得到一定程度的改善ꎬ当钻孔 倾角较小时ꎬ水泥砂浆凝固后易形成收缩缝ꎬ造成钻 孔漏气ꎮ ２􀆱 ２ 聚氨酯封孔法存在的问题 １商用聚氨酯发泡时间难以随意调整ꎬ在空间 受限或要求封孔长度较长时ꎬ经常会由于发泡时间 短ꎬ出现聚氨酯已经开始发泡、膨胀但封孔管不能送 到预定位置的现象ꎮ ２当钻孔发生形变时ꎬ聚氨酯会受压变形而漏 气ꎬ抽采浓度也会随之下降ꎮ ３聚氨酯封孔材料本身黏度较高ꎬ在发泡固结 过程中ꎬ无法深度封堵钻孔周边由于多重损伤造成 的孔隙、裂隙系统ꎬ导致钻孔密封不严ꎬ瓦斯抽采过 程中漏气严重ꎻ聚氨酯固结后ꎬ由于其抗压强度较 低ꎬ透气压力仅为 ０􀆱 ９１􀆱 ７ ＭＰａꎬ对钻孔的支撑作 用极为有限ꎬ无法阻挡钻孔的蠕变和裂隙漏气通道 的形成ꎬ因而抽采钻孔容易漏气ꎮ ４在上向钻孔中ꎬ由于自重应力的作用ꎬ聚氨 酯发泡膨胀产生的径向作用力降低ꎬ封堵效果欠佳ꎬ 影响抽采效果ꎻ在下向钻孔中ꎬ孔内积水会减少聚氨 酯的发泡倍数ꎬ降低固化强度ꎬ致使封孔效果不 理想ꎮ ２􀆱 ３ “两堵一注”带压封孔法存在的问题 １采用囊袋式封孔设备进行封孔的成本较高ꎬ 单个封孔器价格普遍超过 １５０ 元左右ꎬ且不能重复 使用ꎮ ２两端若采用聚氨酯封堵ꎬ由于聚氨酯材料以 及封堵装置本身的弊端ꎬ两端封堵强度低、效果差ꎬ 注浆压力上不去ꎬ导致封孔效果欠佳ꎮ 对于囊袋式 封孔设备ꎬ由于受囊袋强度的制约ꎬ注浆压力不能太 高ꎬ难以将水泥砂浆压入钻孔周围较深区域的孔隙、 裂隙系统中ꎬ不能完全封堵钻孔周边的孔隙、裂隙ꎬ 达不到严密封孔的目的ꎮ 目前ꎬ很多煤矿的“两堵 一注”带压封孔法徒有其名ꎬ主要表现在“两堵”强 度低ꎬ导致注浆压力不高、甚至不带压封孔ꎬ不能对 钻孔周边裂隙进行严密封堵ꎬ无法达到“注” 的目 的ꎬ抽采钻孔短路、漏气现象依旧ꎬ导致抽采效果 不佳ꎮ ３受多重损伤破坏及蠕变破坏ꎬ巷道周围会形 成一个 ３５ 倍巷道宽度的裂隙带ꎬ由于始封深度以 及封孔段长度选择不合理ꎬ特别是始封深度选择不 合理ꎬ现有的“两堵一注”封孔工艺和参数难以有效 地实现裂隙带内抽采钻孔段的密封ꎻ在抽采负压作 用下ꎬ空气经由裂隙进入钻孔ꎬ导致瓦斯抽采浓度 低、抽采效果不佳ꎮ ３３ ２０１４ 年第 ６ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４２ 卷 ２􀆱 ４ 二次封孔法存在的问题 二次封孔法需要专门的设备ꎬ对微细膨胀粉料 的粒径要求较高ꎬ微细膨胀粉料易受潮结块ꎻ当钻孔 中有水或微细膨胀粉料在孔内长时间存放时ꎬ受潮 结块的微细膨胀粉料不能有效进入钻孔周边煤体内 的孔隙、裂隙内ꎬ会严重影响二次封孔法的封孔 效果ꎮ ３ 改善“两堵一注”带压封孔效果的对策 ３􀆱 １ “两堵一注”带压封孔法优缺点分析 从封孔原理和实际封孔效果来看ꎬ“两堵一 注”带压封孔法是我国煤矿目前最好的瓦斯抽采 钻孔封孔方法ꎬ其优越性在于通过加压注浆可以 封堵钻孔周边煤体裂隙ꎬ浆液在注浆压力作用下ꎬ 可以劈裂、扩展钻孔周边煤体裂隙ꎬ充填孔隙和煤 体凹凸面ꎬ增大浆液扩散范围ꎻ同时ꎬ在大渗透压 力梯度作用下深入煤体微裂隙内ꎬ并产生凝聚力ꎬ 待浆液固化后ꎬ形成树枝状分布ꎬ并与煤体颗粒固 结在一起ꎬ有效密封漏气通道ꎬ从而达到提高瓦斯 抽采效果的目的ꎮ 然而ꎬ目前“两堵一注”没有达到预期封堵效 果ꎬ制约该方法封孔效果的瓶颈有 ３ 个方面ꎮ ①两 端封堵用的封堵材料强度不够ꎬ主要表现在径向作 用力不足ꎬ不能实现两端的有效封堵ꎬ加之注浆设备 不完善ꎬ影响了后续的注浆效果ꎮ ②缺乏对多重损 伤条件下抽采钻孔周边裂隙发育时效特性的研究ꎬ 对钻孔周边煤岩体的裂隙分布以及裂隙发育随 时间变化的规律认识不足ꎮ ③缺乏对合理始封深度 和注浆压力等注浆参数的深入研究ꎮ 要解决“两堵 一注”带压封孔法存在的瓶颈ꎬ需要采取如下的技 术对策ꎮ ３􀆱 ２ 开展多重损伤条件下抽采钻孔周边裂隙发育 时效特性研究 巷道掘进会对周围岩巷产生损伤ꎬ使巷道周边 煤岩体产生孔隙、裂隙ꎻ巷道掘成后ꎬ由于地应力 重新分布ꎬ巷道周边裂隙逐渐发育、连通ꎬ最终会在 巷道周边形成卸压带、应力集中带及原岩应力带 三带ꎮ 在裂隙带内ꎬ裂隙发育且相互贯通ꎬ若钻 孔封孔段处于此带内ꎬ在孔隙封闭不严的情况下ꎬ极 易造成钻孔短路ꎬ从而导致瓦斯抽采效果不佳ꎮ 在抽采钻孔施工过程中ꎬ也会对巷道以及钻孔 周边煤岩体产生损伤ꎬ产生塑性区、弹塑性区及弹性 区三区ꎬ造成钻孔周边次生一些裂隙ꎬ封孔过程 中若不将这些裂隙封堵ꎬ也会造成钻孔漏气ꎬ影响抽 采效果ꎻ随着时间的延长ꎬ由于应力重新分布ꎬ钻孔 周边裂隙也会进一步发育ꎮ 为了确定合理的始封深度、封孔长度ꎬ需要对多 重损伤条件下抽采钻孔周边裂隙发育时效特性进行 研究ꎬ即需要对钻孔周边裂隙发育时效特性进行实 验室测定ꎬ巷道周边三带和钻孔周边三区分布规律ꎬ 如图 ５ 所示ꎬ并采用数值模拟软件研究巷道周边及 钻孔周边裂隙发育的时效特性ꎮ 图 ５ 巷道周边三带和钻孔周边三区分布规律 ３􀆱 ３ 开展封堵材料特性试验及两端合理封堵长度 研究 针对现有“两堵一注”带压封孔法的两端封堵 材料强度低、径向作用力不够等问题ꎬ应对聚氨酯或 类似膨胀材料的抗压强度、抗剪强度、气密性等进行 理论分析及试验测定ꎬ开发高强度、高径向作用力的 两端封堵新材料ꎬ确保两端封堵材料的强度能够满 足带压封孔的要求ꎮ 两端封堵材料产生的径向作用力ꎬ应满足注浆 压力对两端封堵材料的强度要求ꎬ在不同封堵长度 条件下对两端封堵装置进行阻力分析ꎬ如图 ６ 所示ꎮ 图 ６ 封堵材料径向作用力与注浆压力关系 两端封堵材料的径向作用力 Ｆ 与注浆压力 Ｐ 应满足如下关系 Ｐ ≤ ｆＦＬ/ Ｄ１ 式中ｆ 为封堵后的封堵材料与钻孔孔壁摩擦因数ꎻ Ｌ 为封堵长度ꎬｃｍꎻＤ 为封堵装置横截面直径ꎬｃｍꎮ ３􀆱 ４ 确定合理注浆压力 通过对多重损伤条件下抽采钻孔周边裂隙发育 时效特性的研究ꎬ得出钻孔周边裂隙的分布特性ꎬ采 用数值模拟软件研究不同注浆压力下浆液对钻孔周 下转第 １０３ 页 ４３