順層孔封孔新工藝在國投新集二礦的應用

程 田 裴文洲

（國投新集二礦 安徽 淮南 232181）

0 引言

國投新集二礦是我國突出礦井之一，目前主采煤層已接近突出危險區(qū)或者非突出煤層高瓦斯區(qū)域，順層預抽鉆孔是該礦解突及瓦斯治理的主要措施之一，封孔工藝主要采用傳統(tǒng)分段聚氨酯封孔及注漿封孔。 分段聚氨酯封孔具有封孔時間短的優(yōu)點但存在封孔有效長度短及煤層破碎帶漏氣嚴重的缺點，注漿封孔具有封孔嚴密的優(yōu)點但存在封孔時間長且只適用于上、下向鉆孔對水平鉆孔無效和不能完全侵入微小裂隙的缺點，另外，以上兩種方法在煤層破碎帶尤其是在軟分層封孔時均存在塌孔和漏氣嚴重的現(xiàn)象。 新集二礦結(jié)合兩種方法的優(yōu)缺點， 采用鉆孔全程下花管的方法克服塌孔問題，提出了聚氨酯充填全程下花管的封孔工藝，在現(xiàn)場實踐中與分段封孔工藝進行了對比，效果顯著。

1 聚氨酯分段封孔與充填封孔工藝

1.1 順層鉆孔原封孔工藝（聚氨酯分段封孔）

鉆孔封孔工藝主要分為兩個部分。 第一部分：鉆孔通暢檢查；第二部分：管路下置。

第一部分：鉆孔通暢檢查

（1）鉆孔收尺起鉆完成后，將?63mm 孔徑的聚乙烯管連接成8m/段（巷道內(nèi)在鉆場處寬度為9m），共計3 段，向孔內(nèi)下入，下置的深度可以達到24m。

（2）第一趟?63mm 孔徑的聚乙烯管下置完成后，然后從?63mm 孔徑的聚乙烯管內(nèi)下入第二趟?32mm 的篩型聚乙烯管，孔底一根底端安裝錐形的導向器，確保?32mm 的聚乙烯管可以下到孔底。

（3）上述兩趟管路均可以下到設計要求后，將孔內(nèi)的兩趟聚乙烯管全部取出，證明鉆孔內(nèi)通暢，無需下鉆透孔。

第二部分：管路下置

（1）鉆孔通暢檢查結(jié)束后，對三段封孔管注明標記以區(qū)分里中外三段。 在距里段的前端4m、7m 處（即孔深20m 處）用鐵絲扎緊一個雙層的編織袋，袋底朝向孔底方向，防止聚氨酯在孔內(nèi)沒有發(fā)泡就出現(xiàn)滲漏）； 在中間段距前端3m、6m處用鐵絲扎緊一個雙層的編織袋，袋底朝向孔底方向，在外段距前端3m、6m 處用鐵絲扎緊一個雙層的編織袋， 袋底朝向孔底方向，（因處于試驗階段，可以多扎或少扎，現(xiàn)場扎緊的段數(shù)和聚氨酯的注入量必須記錄清楚，為后期試驗的總結(jié)提供數(shù)據(jù)）。

（2）每段倒入的聚氨酯需要提前做好計量，每段的聚氨酯倒入量單液為800mL（即一桶的三分之一，地面做過實驗800mL 的聚氨酯發(fā)泡段達到2m）。

（3）待前期工作準備完成后，開始陸續(xù)向孔內(nèi)送入?63mm孔徑的聚乙烯管，為防止聚氨酯滲漏，在編織袋送到孔口處在倒入聚氨酯，現(xiàn)場操作室要求迅速、熟練。

（4）待?63mm 孔徑的聚乙烯管外部的聚氨酯充分凝固后，從?63mm 孔徑的聚乙烯管內(nèi)下入?32mm 的聚乙烯管到孔底，為了節(jié)省材料可將?63mm 孔徑聚乙烯管內(nèi)的?32mm 的聚乙烯管拆除， 即在?32mm 的聚乙烯管距孔口22m 處不用束結(jié)連接。超出?63mm 孔徑聚乙烯管到孔底段的?32mm 的聚乙烯管為篩型管，?32mm 的聚乙烯管外露不得超過50mm，否則影響束結(jié)安裝和連接管路。

（5）最后在?63mm 孔徑的聚乙烯管管口安裝束結(jié)和閘閥聯(lián)管抽放。

1.2 順層鉆孔新封孔工藝（聚氨酯充填封孔）

鉆孔封孔工藝主要分為三個部分。 第一部分：鉆孔通暢檢查；第二部分：管路下置；第三部分：聚氨酯充填和聯(lián)管抽采。

第一部分：鉆孔通暢檢查（可根據(jù)鉆孔施工或起鉆情況不做通常檢查）

（1）鉆孔收尺起鉆完成后，將?63mm 孔徑的聚乙烯管連接成8m/段（巷道在鉆場處寬度一般不少于8m），共計3 段，向孔內(nèi)下入，下置的深度達到24m。

（2）第一趟?63mm 孔徑的聚乙烯管下置完成后，然后從?63mm 孔徑的聚乙烯管內(nèi)下入第二趟?32mm 的篩型聚乙烯管，孔底一根底端安裝錐形的導向器，確保?32mm 的聚乙烯管可以下到孔底。

（3）上述兩趟管路均可以下到設計要求后，證明鉆孔內(nèi)通暢， 將孔內(nèi)的兩趟聚乙烯管全部取出，無需下鉆透孔。

第二部分：管路下置

俯角孔下置方案：

（1）鉆孔通暢檢查結(jié)束后，對三段封孔管注明標記以區(qū)分里中外三段， 同時準備好充填用的PVC 增強管（事先在管壁上均勻的打好篩眼，篩眼?10mm，篩眼間距10mm）。在距里段的前端4m 處（即距孔口20m 處）用鐵絲扎緊一個雙層的編織袋，袋底朝向孔底方向，防止聚氨酯在孔內(nèi)沒有發(fā)泡就出現(xiàn)滲漏），同時在距里段的前端5m 處將PVC 增強管（事先在前端5m 范圍內(nèi)的管壁上均勻的剪好篩眼，篩眼?10mm，篩眼間距20mm）牢固的捆綁在封孔管上，并將PVC 增強管的里段用鐵絲扎緊，防止聚氨酯從PVC 增強管前端滲漏。

（2）編織袋內(nèi)和充填段倒入的聚氨酯需要提前做好計量，編織袋內(nèi)的聚氨酯倒入量單液為800mL， 其發(fā)泡長度達到2m，確保充填的聚氨酯不向孔底滲漏。充填段的聚氨酯注入量單液為7500mL，即充填段長度為18m（距孔口1～19m 段）。

（3）待前期工作準備完成后，開始陸續(xù)向孔內(nèi)送入?63mm孔徑的聚乙烯管和充填管，現(xiàn)場操作時要求迅速、熟練。

（4）待編織袋內(nèi)聚氨酯充分凝固后，從?63mm 孔徑的聚乙烯管內(nèi)下入?32mm 的聚乙烯管到孔底，?32mm 的聚乙烯管外露不得超過?63mm 聚乙烯管50mm，否則影響閘閥安裝和聯(lián)管抽采。

圖1 俯角鉆孔示意圖

圖2 仰角鉆孔示意圖

仰角孔下置方案：

（1）鉆孔通暢檢查結(jié)束后，將?63mm 孔徑的聚乙烯管陸續(xù)向孔內(nèi)下入，同時準備好充填用的PVC 增強管（事先在管壁上均勻的打好篩眼，篩眼?10mm，篩眼間距10mm）。 在封孔管下入20m 后（外露4m 左右），將PVC 增強管（軟管）牢固的捆綁在?63mm 孔徑的聚乙烯管外部（距外端4m 左右），并將PVC 增強管的前端端部用鐵絲扎緊， 防止聚氨酯從PVC增強管前端滲漏； 在距?63mm 孔徑的聚乙烯管外端0.5-1.5m 處用鐵絲扎緊一個雙層的編織袋， 袋底朝向孔口方向（防止聚氨酯在孔內(nèi)沒有發(fā)泡就出現(xiàn)滲漏），然后向編織袋內(nèi)倒入800mL 聚氨酯，聚氨酯倒入完成后，將?63mm 孔徑的聚乙烯管陸續(xù)送入孔內(nèi)，外露不超過300mm。

（2）待編織袋內(nèi)聚氨酯充分凝固后，從?63mm 孔徑的聚乙烯管內(nèi)下入?32mm 的聚乙烯篩型管到孔底，?32mm 的聚乙烯管外露不得超過?63mm 孔徑的聚乙烯管50mm，否則影響束結(jié)安裝和連接管路。

第三部分：充填聚氨酯

（1）待孔內(nèi)封堵用聚氨酯凝固后，開始將事先計量好的聚氨酯分別倒入充填器內(nèi)， 利用壓風將聚氨酯陸續(xù)送入孔內(nèi)。

（2）待充填的聚氨酯凝固后，孔口處用水泥糊實并聯(lián)管抽采。

2 聚氨酯分段封孔與充填封孔工藝對比分析

2.1 試驗地點、方法及瓦斯參數(shù)

試驗地點：210108 風巷7#、8# 鉆場

試驗方法：210108 風巷7# 鉆場使用分段封孔法。

210108 風巷8# 鉆場使用充填封孔法。

試驗煤層瓦斯參數(shù)如表1 所示：

表1

2.2 封孔材料準備和封孔設備

（1）封孔材料的準備

封孔材料：外徑Ф63mm(聚乙烯雙抗瓦斯管)及配套接頭、Ф32mm 聚乙烯雙抗瓦斯管、Ф32mm 束結(jié)、Ф32mm 自制導向器，Ф20mm 的PVC 增強管、聚氨酯及抗靜電阻燃塑料編織袋等；

（2）封孔設備

自制充填器1 臺，使用風壓0～0.5MPa，規(guī)格為長* 寬*高=600mm*500mm*800mm，重量10kg。

2.3 封孔工藝對比分析

此處采用在同負壓下的濃度做對比，分別選取了鉆孔施工參數(shù)相近的7# 鉆場4 號、6 號孔（分段封孔）和8# 鉆場12號、14 號孔（充填封孔）在封孔作抽采濃度對比。

表2 聚氨酯分段封孔鉆孔濃度變化表

表3 聚氨酯充填法封孔鉆孔濃度變化表

通過以上數(shù)據(jù)分析，采用分段封孔效果不理想，封孔后3天內(nèi)，濃度下降明顯。 而充填聚氨酯封孔工藝效果明顯，封孔后單孔抽采濃度5 天內(nèi)仍大于70%。

3 改進

3.1 鉆進工藝

此次試驗地點施工的順層鉆孔為俯角孔，且長度均大于60m，施工難度較大，施工過程中必須做到“低壓慢速，邊進邊退，掏空前進”，在鉆機給進壓力突然增大時必須采取停止鉆進并壓風排渣或者退鉆的措施進行降壓，防止鉆孔堵塞。[1]

3.2 封孔材料改進

PVC 增強管的強度需要選擇強度更高的PVC 增強管，確保安全施工。

［1］張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.