LH—WFN—I型快速囊袋封孔裝置順層瓦斯抽采鉆孔新技術(shù)及其應(yīng)用

摘 要：順層鉆孔預(yù)抽瓦斯技術(shù)受煤層條件和封孔質(zhì)量的影響效果較差，為了進(jìn)一步提高彬長集團(tuán)大佛寺礦的瓦斯抽采率，礦方?jīng)Q定采用主動(dòng)式膨脹支護(hù)封孔原理研制的快速囊袋式注漿封孔裝置，該裝置可以顯著增加注漿時(shí)的注漿壓力，有效的封閉鉆孔周圍裂隙，使鉆孔封孔長度變得可控、可調(diào)，有效的解決了封孔中存在的鉆孔濃度。

關(guān)鍵詞：順層鉆孔；瓦斯抽采；快速囊袋式注漿封孔裝置

1 概述

瓦斯治理與利用的根本措施和主要途徑是瓦斯抽采，最大限度的預(yù)抽瓦斯，防止瓦斯超限及瓦斯突出，而瓦斯抽采的效率主要受封孔效果的影響[1]，因此現(xiàn)階段的瓦斯抽采抽放技術(shù)研究主要集中在封孔工藝方面，包括封孔裝置、封孔材料、封孔設(shè)備等。順層鉆孔預(yù)抽瓦斯是現(xiàn)階段各高瓦斯礦井和瓦斯突出礦井主要采用的一種區(qū)域性抽采和防突技術(shù)，該技術(shù)有效地防治了煤與瓦斯突出事故的發(fā)生，但在實(shí)際施工中，由于鉆孔在煤層中施工，周圍煤體相對比較松軟，裂隙發(fā)育程度較高，鉆孔成型效果差，同時(shí)封孔質(zhì)量不高，諸多因素造成順層鉆孔瓦斯抽采的濃度低下、漏氣率高、抽采效果不佳，大量集聚瓦斯得不到有效抽采，嚴(yán)重威脅礦井的安全、高效生產(chǎn)[2-5]。

彬長礦區(qū)大佛寺礦是一座現(xiàn)代化的高產(chǎn)高效礦井，隨著開采強(qiáng)度的增大和開采條件日趨復(fù)雜，瓦斯已成為制約礦井發(fā)展的主要因素之一。該礦自2012年初使用陜西藍(lán)?？萍加邢薰竞椭袊V業(yè)大學(xué)共同研發(fā)生產(chǎn)的LHFK-1型封孔劑兩年多來，瓦斯抽采率大幅度提升；為了進(jìn)一步提升瓦斯抽采率，縮短施工周期和提高密封效果，經(jīng)過市場考察及研究決定采用陜西藍(lán)海最新產(chǎn)品LHFK-1型快速囊袋封孔裝置配合LHFK-1型封孔劑使用，選定在大佛寺礦井的西二總回二號(hào)聯(lián)巷鉆場預(yù)抽鉆孔進(jìn)行全程密封試驗(yàn)；采用新裝置及新技術(shù)后，鉆孔封孔質(zhì)量及瓦斯抽放效果顯著提升。

2 工作面概況

順層瓦斯抽采鉆孔采用LHFK-1型快速囊袋封孔裝置配合LHFK-1型封孔劑封孔實(shí)驗(yàn)工作面為陜西彬長礦業(yè)集團(tuán)大佛寺礦西二總回二號(hào)聯(lián)巷，該工作面煤體松軟、裂隙發(fā)育程度高、瓦斯預(yù)抽鉆孔成孔率較低，塌孔現(xiàn)象非常嚴(yán)重。

大佛寺煤礦過去一直采用的是先將馬麗散封堵鉆孔兩端再進(jìn)行帶壓注漿的封孔工藝，由于馬麗散自身存在著反應(yīng)速度過快，反應(yīng)時(shí)間難以控制，凝固后硬度過低，密度小等缺點(diǎn)，導(dǎo)致鉆孔兩端封堵不嚴(yán)實(shí)，在后期的注漿過程中承壓能力有限，鉆孔封孔密實(shí)性差，瓦斯抽采濃度普遍較低，更有甚者出現(xiàn)一部分鉆孔漏氣現(xiàn)象，極大地影響了封孔劑的使用效果。

實(shí)驗(yàn)鉆場瓦斯抽放鉆孔孔徑為Φ153mm；封孔深度12m，采用Φ110mm由排管，傾角平均在5°左右。

3 封孔方法

3.1 封孔材料和裝置的選擇

LHFK-I型封孔劑是由高分子材料及多種助劑復(fù)配而成，外觀為灰色粉末，無毒、無味、無污染、無腐蝕性，所有組份均屬無機(jī)系，有不燃、不助燃、阻燃的特性。產(chǎn)品按一定比例兌水施工（水料比為1：1），施工過程料漿發(fā)生單純的物理絡(luò)合反應(yīng)，反應(yīng)過程不劇烈，無明顯熱量放出，無有毒有害氣體生成。操作簡單，安全可靠，封孔長度容易控制，初凝時(shí)間可調(diào)，凝固速度快，密封鉆孔周邊松散煤體和縫隙，凝固膨脹后不析水，膨脹系數(shù)高，凝固后微膨脹，密封密實(shí)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，成本較低。

LH-WFN-I型快速囊袋封孔裝置采用“兩堵一壓”的封孔原理，根據(jù)所需封孔長度，設(shè)定封閉裝置之間的距離，通過一根注漿管把速凝膨脹封孔劑漿液先密封兩端，利用注漿泵注漿壓力使兩端囊?guī)Ч钠?，封閉鉆孔，再持續(xù)帶壓自行向中間密封腔注漿，充實(shí)并壓入孔壁裂隙內(nèi)，實(shí)現(xiàn)有效快速密實(shí)封孔。裝置工作示意圖如圖1所示。

囊袋式“兩堵一壓”封孔法既能使鉆孔周圍的裂隙得到充填，消除開孔時(shí)形成的漏氣通道（裂隙），消除初期漏氣通道，同時(shí)又能使鉆孔得到可靠的支護(hù)，保證鉆孔的穩(wěn)定，使鉆孔周圍不易產(chǎn)生新的漏氣通道（裂隙），避免后期漏氣通道的產(chǎn)生和發(fā)展。該裝置一次注漿即可實(shí)現(xiàn)密封效果，適應(yīng)于不同孔徑的鉆孔及抽放管，可以保證有效封孔長度，實(shí)現(xiàn)密閉封孔質(zhì)量，且安裝簡便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、適用性強(qiáng)、工作效率高，使用后大大提高了瓦斯抽采濃度。

3.2 封孔施工工藝

3.2.1 封孔設(shè)備與襯料

風(fēng)動(dòng)注漿泵、攪拌桶（50L或者100L）、PE管、PE花管、PE管直接、鐵絲、鉗子、小刀、LHFK-I型速凝膨脹封孔、LH-WFN-1型快速囊袋封孔裝置。

3.2.2 封孔工藝

LHFK-l型速凝膨脹封孔劑和LH-WFN-1型快速囊袋封孔裝置的“兩堵一壓”封孔施工新工藝，在封孔材料和施工工藝上保證了封孔質(zhì)量。封孔工藝介紹如下：

（1）鉆孔施工。按照鉆孔設(shè)計(jì)要求及安全技術(shù)措施規(guī)定確保鉆孔施工質(zhì)量，在鉆孔封孔段內(nèi)不得出現(xiàn)傘檐狀、臺(tái)階狀、彎曲狀鉆孔。

（2）清孔。封孔前，封孔段必須用壓風(fēng)清掃干凈。

（3）管路鋪設(shè)。在抽采花管與抽采實(shí)管的連接位置處附設(shè)封孔囊袋裝置中最前端的一個(gè)囊袋，使抽采管路從該囊袋中空處穿過，并使用鐵絲或膠布將囊袋的兩端緊縛在抽采管路上，隨后送入鉆孔內(nèi)并依次連接抽排實(shí)管。在連接到最后一根實(shí)管時(shí)，將封孔裝置中的另一端囊袋從該管路中穿過并使用鐵絲將其固定在距抽放管最外端口0.5-0.6m位置處，隨后將其送入鉆孔預(yù)定位置，并保證抽采管路及注漿管路外部預(yù)留0.3m。孔口端封孔囊袋距孔口預(yù)留0.3m，目的是等注漿完畢后采用泥巴裝的速凝膨脹封孔劑密封孔口，確保孔口整潔美觀。

（4）壓注封孔材料。采用風(fēng)動(dòng)泵注漿，將速凝膨脹封孔劑與水按照一定比例混合后注入孔中。注入的漿液先注入到兩端的囊袋中，使兩端的囊袋鼓起來，達(dá)到密封鉆孔兩端的作用。當(dāng)注漿壓力達(dá)到0.7～0.8MPa時(shí)，注漿管路預(yù)留的爆破閥門自動(dòng)裂開，此時(shí)漿液自行注入兩個(gè)囊袋之間的中間腔段，直至注漿壓力達(dá)到1.2MPa時(shí)即可停止。持續(xù)大壓力的注漿必將有效充填鉆孔周圍的裂隙。由于速凝膨脹封孔劑具有凝固后不析水，凝固后微膨脹的特點(diǎn)，因此在停泵后，漿液凝固過程中，封孔材料將繼續(xù)膨脹，充填裂隙，達(dá)到密封鉆孔的目的。endprint

（5）合茬抽采。待注漿4小時(shí)后，即可連接抽采管路進(jìn)行瓦斯抽采。

4 應(yīng)用效果分析

通過文章分析，該礦使用LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-I型快速封孔囊袋裝置封孔后，效果如下：

（1）瓦斯抽放濃度顯著提高。采用馬麗散和LHFK-1型封孔劑材料的鉆孔瓦斯抽采濃度一般，而LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-1型快速封孔囊袋裝置密封的鉆孔明顯提高了順層鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采負(fù)壓，且瓦斯抽采濃度和負(fù)壓周期衰減均小于馬麗散封孔。

（2）采用馬麗散作為順層鉆孔兩端封堵的封孔工藝，在后期的帶壓注漿過程中，其注漿壓力最高能達(dá)到0.7Mpa，而采用封孔囊袋裝置其后期帶壓注漿的壓力可以達(dá)到1.2Mpa以上，因此鉆孔周邊裂隙才能充填的更加密實(shí)，從而保證封孔效果。

（3）使用封孔囊袋相比較馬麗散的成本更低廉，性價(jià)比更高，使用配件更少，減少后勤保障，節(jié)約成本。

（4）從施工效率來看，由于封孔囊袋施工操作簡單、方便，單孔封孔用時(shí)及人為要明顯少于馬麗散封孔，從而大大提高了工人的勞動(dòng)效率。

（5）馬麗散由于反應(yīng)速度過快，在施工中對工人的技術(shù)及熟練程度要求很高，否則很難及時(shí)順利的送入鉆孔預(yù)定深度，難以保證達(dá)到設(shè)計(jì)封孔長度，而囊袋封孔工藝不受此制約，且封孔長度可進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)束語

囊袋式注漿封孔法的關(guān)鍵技術(shù)是孔內(nèi)一次性囊袋注漿裝置。該裝置通過兩個(gè)囊袋先封堵鉆孔兩端，兩個(gè)注漿囊袋膨脹后再密封鉆孔中間段，從而達(dá)到全程封堵的目的。囊袋式注漿封孔法的裝置結(jié)構(gòu)新穎、構(gòu)思巧妙，操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，封孔效果較聚氨酯、瑪麗散等有機(jī)材料有顯著的提高，是提高煤層瓦斯抽采率的一種創(chuàng)新型產(chǎn)品及封孔工藝。

該技術(shù)成功在大佛寺礦西二總回二號(hào)聯(lián)巷鉆場工作面的應(yīng)用，使試驗(yàn)區(qū)域順層鉆孔瓦斯抽采濃度顯著提高了20%以上，且增加了瓦斯抽采周期和抽采負(fù)壓，提高了工人的施工效率，同時(shí)也可為該礦在瓦斯治理工作資金投入方面節(jié)約大量成本，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。因此，LH-WFN-1型快速囊袋封孔裝置封孔工藝是治理瓦斯，解決抽采難題的首選創(chuàng)新型技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]林柏泉，崔恒信.礦井瓦斯防治理論與技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1998.

[2]馬丕梁，范啟煒.我國煤礦抽放瓦斯現(xiàn)狀及其展望[J].中國煤炭，2004，30（2） .

[3]秦法秋，秦剛偉.突出煤層底板抽放巷區(qū)域消突技術(shù)實(shí)踐探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010（1）：225-227.

[4]聶政.淮北煤田區(qū)域性防治煤與瓦斯突出對策[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008（1）：54-57.

[5]張志良，杜潤魁，蘭發(fā)林.礦井區(qū)域綜合防突關(guān)鍵技術(shù)探討[J].中國煤炭，2010，36（7）.

作者簡介：翁奇（1987-），男，陜西涇陽人，2010年畢業(yè)于河北工程大學(xué)采礦工程專業(yè)，本科學(xué)歷?，F(xiàn)任陜西彬長大佛寺礦業(yè)有限公司通風(fēng)部科員。endprint

（5）合茬抽采。待注漿4小時(shí)后，即可連接抽采管路進(jìn)行瓦斯抽采。

4 應(yīng)用效果分析

通過文章分析，該礦使用LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-I型快速封孔囊袋裝置封孔后，效果如下：

（1）瓦斯抽放濃度顯著提高。采用馬麗散和LHFK-1型封孔劑材料的鉆孔瓦斯抽采濃度一般，而LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-1型快速封孔囊袋裝置密封的鉆孔明顯提高了順層鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采負(fù)壓，且瓦斯抽采濃度和負(fù)壓周期衰減均小于馬麗散封孔。

（2）采用馬麗散作為順層鉆孔兩端封堵的封孔工藝，在后期的帶壓注漿過程中，其注漿壓力最高能達(dá)到0.7Mpa，而采用封孔囊袋裝置其后期帶壓注漿的壓力可以達(dá)到1.2Mpa以上，因此鉆孔周邊裂隙才能充填的更加密實(shí)，從而保證封孔效果。

（3）使用封孔囊袋相比較馬麗散的成本更低廉，性價(jià)比更高，使用配件更少，減少后勤保障，節(jié)約成本。

（4）從施工效率來看，由于封孔囊袋施工操作簡單、方便，單孔封孔用時(shí)及人為要明顯少于馬麗散封孔，從而大大提高了工人的勞動(dòng)效率。

（5）馬麗散由于反應(yīng)速度過快，在施工中對工人的技術(shù)及熟練程度要求很高，否則很難及時(shí)順利的送入鉆孔預(yù)定深度，難以保證達(dá)到設(shè)計(jì)封孔長度，而囊袋封孔工藝不受此制約，且封孔長度可進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)束語

囊袋式注漿封孔法的關(guān)鍵技術(shù)是孔內(nèi)一次性囊袋注漿裝置。該裝置通過兩個(gè)囊袋先封堵鉆孔兩端，兩個(gè)注漿囊袋膨脹后再密封鉆孔中間段，從而達(dá)到全程封堵的目的。囊袋式注漿封孔法的裝置結(jié)構(gòu)新穎、構(gòu)思巧妙，操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，封孔效果較聚氨酯、瑪麗散等有機(jī)材料有顯著的提高，是提高煤層瓦斯抽采率的一種創(chuàng)新型產(chǎn)品及封孔工藝。

該技術(shù)成功在大佛寺礦西二總回二號(hào)聯(lián)巷鉆場工作面的應(yīng)用，使試驗(yàn)區(qū)域順層鉆孔瓦斯抽采濃度顯著提高了20%以上，且增加了瓦斯抽采周期和抽采負(fù)壓，提高了工人的施工效率，同時(shí)也可為該礦在瓦斯治理工作資金投入方面節(jié)約大量成本，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。因此，LH-WFN-1型快速囊袋封孔裝置封孔工藝是治理瓦斯，解決抽采難題的首選創(chuàng)新型技術(shù)。

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[2]馬丕梁，范啟煒.我國煤礦抽放瓦斯現(xiàn)狀及其展望[J].中國煤炭，2004，30（2） .

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[4]聶政.淮北煤田區(qū)域性防治煤與瓦斯突出對策[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008（1）：54-57.

[5]張志良，杜潤魁，蘭發(fā)林.礦井區(qū)域綜合防突關(guān)鍵技術(shù)探討[J].中國煤炭，2010，36（7）.

作者簡介：翁奇（1987-），男，陜西涇陽人，2010年畢業(yè)于河北工程大學(xué)采礦工程專業(yè)，本科學(xué)歷?，F(xiàn)任陜西彬長大佛寺礦業(yè)有限公司通風(fēng)部科員。endprint

（5）合茬抽采。待注漿4小時(shí)后，即可連接抽采管路進(jìn)行瓦斯抽采。

4 應(yīng)用效果分析

通過文章分析，該礦使用LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-I型快速封孔囊袋裝置封孔后，效果如下：

（1）瓦斯抽放濃度顯著提高。采用馬麗散和LHFK-1型封孔劑材料的鉆孔瓦斯抽采濃度一般，而LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-1型快速封孔囊袋裝置密封的鉆孔明顯提高了順層鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采負(fù)壓，且瓦斯抽采濃度和負(fù)壓周期衰減均小于馬麗散封孔。

（2）采用馬麗散作為順層鉆孔兩端封堵的封孔工藝，在后期的帶壓注漿過程中，其注漿壓力最高能達(dá)到0.7Mpa，而采用封孔囊袋裝置其后期帶壓注漿的壓力可以達(dá)到1.2Mpa以上，因此鉆孔周邊裂隙才能充填的更加密實(shí)，從而保證封孔效果。

（3）使用封孔囊袋相比較馬麗散的成本更低廉，性價(jià)比更高，使用配件更少，減少后勤保障，節(jié)約成本。

（4）從施工效率來看，由于封孔囊袋施工操作簡單、方便，單孔封孔用時(shí)及人為要明顯少于馬麗散封孔，從而大大提高了工人的勞動(dòng)效率。

（5）馬麗散由于反應(yīng)速度過快，在施工中對工人的技術(shù)及熟練程度要求很高，否則很難及時(shí)順利的送入鉆孔預(yù)定深度，難以保證達(dá)到設(shè)計(jì)封孔長度，而囊袋封孔工藝不受此制約，且封孔長度可進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)束語

囊袋式注漿封孔法的關(guān)鍵技術(shù)是孔內(nèi)一次性囊袋注漿裝置。該裝置通過兩個(gè)囊袋先封堵鉆孔兩端，兩個(gè)注漿囊袋膨脹后再密封鉆孔中間段，從而達(dá)到全程封堵的目的。囊袋式注漿封孔法的裝置結(jié)構(gòu)新穎、構(gòu)思巧妙，操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，封孔效果較聚氨酯、瑪麗散等有機(jī)材料有顯著的提高，是提高煤層瓦斯抽采率的一種創(chuàng)新型產(chǎn)品及封孔工藝。

該技術(shù)成功在大佛寺礦西二總回二號(hào)聯(lián)巷鉆場工作面的應(yīng)用，使試驗(yàn)區(qū)域順層鉆孔瓦斯抽采濃度顯著提高了20%以上，且增加了瓦斯抽采周期和抽采負(fù)壓，提高了工人的施工效率，同時(shí)也可為該礦在瓦斯治理工作資金投入方面節(jié)約大量成本，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。因此，LH-WFN-1型快速囊袋封孔裝置封孔工藝是治理瓦斯，解決抽采難題的首選創(chuàng)新型技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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[3]秦法秋，秦剛偉.突出煤層底板抽放巷區(qū)域消突技術(shù)實(shí)踐探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010（1）：225-227.

[4]聶政.淮北煤田區(qū)域性防治煤與瓦斯突出對策[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008（1）：54-57.

[5]張志良，杜潤魁，蘭發(fā)林.礦井區(qū)域綜合防突關(guān)鍵技術(shù)探討[J].中國煤炭，2010，36（7）.

作者簡介：翁奇（1987-），男，陜西涇陽人，2010年畢業(yè)于河北工程大學(xué)采礦工程專業(yè)，本科學(xué)歷?，F(xiàn)任陜西彬長大佛寺礦業(yè)有限公司通風(fēng)部科員。endprint