低透气性煤层顺层长钻孔两堵带压封孔的应用_穿层钻孔封孔注意事项

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两堵带压封孔技术在潘一矿东井顺层瓦斯抽采钻孔中的应用

杨 伟

（淮南矿业集团地质勘探工程处 安徽 淮南 232001）

摘要：采用传统钻孔封孔工艺的顺层钻孔抽采的瓦斯浓度偏低、存在漏气等问题进行深入研究，发现煤体受巷道掘进集中应力扰动、钻孔成孔扰动、煤体裂隙泄漏瓦斯，致使抽采浓度低。针对本煤层瓦斯抽采封孔工艺进行改进，结合现有注浆工艺技术，提出本煤层瓦斯抽采注浆封孔技术，提高抽采浓度和效率。

关键词：本煤层；瓦斯抽采；聚氨酯；膨胀水泥；两堵带压注浆

顺层钻孔瓦斯抽采是我国高瓦斯突出工作面回采前瓦斯治理的主要方式，瓦斯预抽效果直接影响工作面接替和矿井的高产高效，瓦斯抽采效果好坏不仅取决于煤层瓦斯生成、赋存条件和工程质量，关键在于封孔效果。目前钻孔封孔主要存钻孔封孔不严、漏气、瓦斯浓度低等现状。常用封孔工艺技术介绍 1.1水泥浆封孔

水泥浆封孔优点是材料便宜，成本低，简便易行等特点。水泥浆凝固后钻孔封孔段空间和周围孔壁煤体裂隙内部容易产生收缩裂纹，影响封孔质量，造成钻孔漏气瓦斯抽采浓度低。1.2 聚氨酯封孔

聚氨酯封孔按一定配比组合发酵后具有不收缩、膨胀性大、粘接力强、密封性好、不燃烧等特点。聚氨酯泡沫具有可塑性，受压变性而不破碎，不受地点和条件限制，降低操作人员劳动强度，各种瓦斯抽采钻孔均可适用等优点。但对于封孔长度要求高的钻孔封孔存在发泡时间短，可操作时间少；封孔时发泡聚氨酯容易流失粘附，造成聚氨酯浪费，存在钻孔封孔不严、漏气等缺点。顺层长钻孔两堵带压封孔原理

顺层长钻孔两堵带压封孔是基于工作面煤壁内存在的集中应力扰动沟通裂隙，利用封孔段两端两堵中间带高压注浆方式来实现瓦斯抽采钻孔周围密封裂隙的目的。该封孔工艺注重处理瓦斯抽采钻孔周围裂隙通道，既考虑了钻孔段封孔材料密封的要求，又考虑了钻孔周围煤体内裂隙沟通，并在现场进行应用。带压封孔技术利用注浆泵高压将浆液压注到瓦斯抽采钻孔封孔段空间和周围孔壁煤体裂隙内部。浆液在高压作用下可以充填孔隙和煤体凹凸面，增大浆液扩散范围，膨胀水泥浆液具有膨胀性、不收缩，待浆液凝固后，并与煤体粘结在一起，彻底密封瓦斯泄漏通道。3 现场应用 3.1工作面概况

淮南矿业集团潘一东矿井1252（1）工作面位于西一（11-2煤）采区内，为矿井首采工作面，也是首采保护层工作面。工作面上限标高为-750m，下限标高为-823m，走向长度1120m，宽度为264m，平均煤厚2.26m。11-2煤实测最大瓦斯压力为4.59MPa，最大瓦斯含量为11.62m3/t，正常瓦斯涌出量2m3/min，煤层透气性差。顺层钻孔从工作面运输、轨道巷沿煤层倾斜方向布置，与工作面巷道夹角85º，钻孔间距5m，运输巷钻孔长度140m，轨道巷钻孔长度135m，压茬10m。

3.2封孔参数确定（1）封孔长度

根据矿井煤层瓦斯地质赋存、煤层透气性、煤层地质及巷道掘进卸压区情况，确定顺层钻孔的封孔长度为16m。（2）钻孔孔径

钻孔直径的大小直接影响到瓦斯抽采的效果，一般直径越大，瓦斯渗透面积越大，抽采效果越好，根据钻孔封孔和钻孔孔深的要求，确定施工钻孔孔径为Ф133mm。（3）封孔注浆压力

为彻底封堵瓦斯泄漏裂隙通道，选择了425号普通硅酸盐水泥+水；425号普通硅酸盐水泥+U型混凝土膨胀剂NEA-II+水；JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂+水三种封孔工艺不同比例进行试验，最终确定选用JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂，并采用水灰质量比为1:1.25的比例现场调制封孔浆，注浆压力不小于4MPa。3.3封孔操作流程 3.3.1 聚氨酯两堵操作流程

（1）先向孔内下矿用PVC-KW1.25 63mm*4.62mm套管，套管长度40m，前20m为花管必须带锥帽，后20m为实管。

（2）聚氨酯封堵段分别位于25~26m（里段）、39~40m（外段）处，封堵段长度2m，两根Ф20mm的软导管均从抗阻燃编织袋内穿过并分别超前捆扎处1m。外段进行封堵时必须分别将3m、12m的Ф15mm注浆管和返浆管一并下入孔内。

（3）将软导管与封孔器、封孔器与压风连接牢固，并把容器下方的输液阀和压风闸阀关闭待命。

（4）把A、B组两种聚氨酯分别装入相对应的两个容器中，两处聚氨酯封堵段黑、白聚氨酯各3kg，盖紧闷板。

（5）准备工作做好后，此时准备封孔。首先打开压风阀，然后同时打开2个输液阀，待聚氨酯完全进入孔内后，及时关闭闸阀，同时在孔口处把软导管折起扎紧，封孔结束。先进行里段封堵，再进行外段封堵。

（6）去掉软导管后，打开输液阀，用压风把容器内残余聚氨酯吹干净。3.3.2 高压注浆操作流程

（1）检查套管、注浆管、返浆管、闸阀连接是否牢固可靠。（2）连接好注浆泵，按比例进行拌浆。

（3）打开注浆闸阀，开启注浆泵，由注浆管向注浆段进行注浆，同时打开返浆管进行排气，待返浆管有浆液流出时，及时关闭返浆管闸阀，继续向孔内注浆。

（4）待注浆泵压力表显示压力超过4Mpa后，及时关闭注浆管闸阀，停注浆泵，注浆结束。

接压风20m4m2m12m注聚氨酯管软导管A药罐B药罐2m返浆管闸阀封孔管闸阀气动注浆泵锥帽花管聚氨酯封堵段膨胀水泥注浆段聚氨酯封堵段注聚氨酯管注浆管

图1 两堵带压封孔示意图

3.4 数据采集及效果分析

通过观察不同封孔方法的瓦斯浓度值，得瓦斯浓度对比图2，如图2所示。

120100浓度（%）***抽采天数789新方法封孔13#新方法封孔17#新方法封孔20#聚氨酯封孔5#聚氨酯封孔8#聚氨酯封孔11#

图2 瓦斯浓度对比图小结

通过在潘一东矿井1252（1）工作面的应用得出以下结论：

（1）瓦斯抽采率大大提高。在抽采系统、负压不变的情况下，单孔抽出瓦斯浓度在60%以上，抽采浓度增加了2倍以上，保证了瓦斯抽采效果。

（2）解决了以往钻孔封不严、漏气的缺点，孔口抽采负压达到32kpa以上，单孔预抽瓦斯浓度60%以上。参考文献：

[1] 黄喜贵.瓦斯抽放工.煤炭工业出版社，2003 作者简介：杨伟（1977-），男，安徽长丰人，助理工程师，从事煤矿技术管理工作。