新型囊袋式帶壓封孔技術(shù)應(yīng)用

張 波

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉045000）

目前，國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯順層抽采鉆孔封孔技術(shù)主要有高分子發(fā)泡材料封孔、兩注一堵封孔及囊袋式帶壓封孔三種工藝，其中，高分子材料封孔工藝使用的材料主要為聚氨酯，與水泥材料相比，其抗壓強(qiáng)度要低一個(gè)數(shù)量級(jí)，易在抽采鉆孔內(nèi)產(chǎn)生裂隙，從而導(dǎo)致瓦斯抽采濃度偏低；采用“兩堵一注”封孔工藝時(shí)，由于兩端聚氨酯的抗壓強(qiáng)度低，注漿壓力不能超過(guò)封堵材料的抗壓強(qiáng)度，而導(dǎo)致漿液不能轉(zhuǎn)化為抽采鉆孔的支護(hù)力；囊袋式注漿時(shí)漿液通過(guò)注漿泵壓力增大，漿液在2h內(nèi)可以凝結(jié)，其強(qiáng)度可以有效抵抗鉆孔區(qū)域周?chē)后w變形，封堵初期即可對(duì)鉆孔實(shí)施有效支護(hù)，從而減小鉆孔變形，使抽采的瓦斯量保持在穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，研究新型囊袋式帶壓封孔技術(shù)，對(duì)于提高瓦斯抽采濃度，保證井下工作面生產(chǎn)的安全具有重要意義。

1 工作面概況及鉆孔布置

1.1 工作面概況

馬蘭煤礦10505工作面設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)1391m，傾斜長(zhǎng)177／163／76m，采高1.54／2.45m，煤層傾角1°～12°，可采儲(chǔ)量482.7kt。工作面所采煤層為二疊系山西組02＃煤層，屬穩(wěn)定可采近水平薄、中厚煤層。工作面直接頂為厚2.2～4.50m的粉砂質(zhì)泥巖，致密堅(jiān)硬；老頂為厚2.35～4.50的細(xì)砂巖；老底為厚1.81～6.00的灰白色中細(xì)砂巖。所采02＃煤層的瓦斯含量為3.15～8.32m3／t，煤層透氣性系數(shù)為1.62m2／MPa·d左右，鉆孔百米流量衰減系數(shù)為0.0031d－1左右。因此，所采的02＃煤層屬于可抽放煤層。

1.2 10505皮帶順槽本煤層順層鉆孔設(shè)計(jì)

10505工作面本煤層鉆孔從皮帶順槽距離87m處開(kāi)始施工第一個(gè)，以后每3m施工一個(gè)，至距離1383m處結(jié)束（距切眼約10m），共施工433個(gè)，鉆孔均垂直于工作面施工，距離740～1120m段孔深為150m；1120～1383m段孔深為60m，其余部分孔深160m，鉆孔傾角為煤層傾角，鉆孔開(kāi)孔距巷道底板1.3～1.5m，開(kāi)孔、終孔孔徑均為113mm。

1.3 10505底板抽放巷下鄰近層鉆孔

為治理10505底板瓦斯，根據(jù)煤層層位關(guān)系，外錯(cuò)10505軌道巷44m沿下鄰近02＃煤層施工一條順槽作為10505工作面底抽巷，底抽巷全長(zhǎng)1376m。沿底抽巷朝10505工作面方向施工02＃煤鉆孔，治理10505工作面下鄰近層瓦斯。鉆孔布置如下：從10505底抽巷迎頭開(kāi)始布置第一個(gè)，以后每3m施工一個(gè)，至里程85m結(jié)束（里程從02＃煤進(jìn)風(fēng)軌道下山起算），共施工鉆孔430個(gè)；其中1?！??？壮噬刃尾贾?，其余鉆孔垂直于巷道施工，孔深均為160m，鉆孔傾角為煤層傾角，鉆孔開(kāi)孔距巷道底板1.3～1.5m，開(kāi)孔、終孔孔徑均為113mm。

2 新型囊袋式注漿封孔機(jī)理

馬蘭煤礦所采用的囊袋式注漿封堵法，其主要封孔材料由硫鋁酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、萘系高效減水劑，緩凝劑、高效膨脹劑等組成，囊袋式注漿封孔法封孔的首次出漿過(guò)程見(jiàn)圖1。圖1－a箭頭方向表示漿液從注漿頭由通道進(jìn)入囊袋，此過(guò)程可以使?jié){液和煤壁充分接觸，阻斷煤壁的漏氣通道，同時(shí)起到支護(hù)鉆孔的作用。圖1－b中的箭頭方向表示第二次出漿時(shí)的方向，當(dāng)首次注漿時(shí)的注漿容量大于10kg／cm2時(shí)，鉆孔的出漿閥打開(kāi)，漿液由閥口進(jìn)入到鉆孔的煤壁之間，因?yàn)槟掖鼉啥艘逊舛?，漿液被封堵在兩囊袋間，此時(shí)漿液可和煤壁充分接觸，鉆孔可得到嚴(yán)密的封堵，此段注漿的漿液量可以超過(guò)20kg／cm2。

圖1 囊袋式注漿封孔出漿示意

3 試驗(yàn)鉆孔瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)對(duì)比分析

馬蘭煤礦使用的是萬(wàn)隆通產(chǎn)分公司生產(chǎn)雙囊袋帶壓注漿封孔器。在10505工作面底板抽放巷囊袋式注漿封孔法所封鉆孔孔號(hào)（試驗(yàn)孔號(hào)）為：164＃、165＃、181＃、185＃、186＃。為了對(duì)比結(jié)果準(zhǔn)確合理，選取順槽內(nèi)聚氨酯所封鉆孔作為對(duì)比鉆孔，聚氨酯所封鉆孔號(hào)為：170＃、171＃、172＃、173＃、174＃。兩種不同封孔技術(shù)的瓦斯抽放濃度見(jiàn)表1、表2。

表1 囊袋式封孔技術(shù)瓦斯抽放濃度

表2 聚氨酯封孔技術(shù)瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)

通過(guò)表1與表2對(duì)比可知可知：

1）聚氨酯封孔平均濃度為70%，囊袋式注漿封孔鉆孔平均濃度為80%，囊袋式注漿封孔與聚氨酯封孔相比，瓦斯抽采濃度提高10%，效果較好。

2）聚氨酯封孔相比囊袋式注漿封孔的鉆孔平均濃度變化幅度較大，鉆孔最大抽采濃度174＃鉆孔，濃度為85%，最小為170＃鉆孔，濃度為55%，說(shuō)明聚氨酯封孔易受鉆孔內(nèi)環(huán)境的影響，而囊袋式注漿封孔鉆孔最大抽采濃度185＃鉆孔，濃度為90%，最小為186＃鉆孔，濃度為78%。因此，從濃度對(duì)比方面可知，囊袋式注漿封孔明顯優(yōu)于聚氨酯封孔。

3）各個(gè)囊袋式注漿封孔鉆孔濃度變化有一定波動(dòng)，鉆孔185＃的平均濃度要比鉆孔186＃的平均濃度高出12%，這一方面是由于抽采前期瓦斯?jié)舛炔⒉环€(wěn)定所導(dǎo)致的；另一方面由于煤層本身就是非均質(zhì)體，185＃鉆孔施工過(guò)程中沒(méi)有矸石出現(xiàn)，又由于鉆孔間距較大，說(shuō)明鉆孔周?chē)后w出現(xiàn)夾矸情況較少，保證了瓦斯的來(lái)源；而186＃鉆孔打鉆過(guò)程中較早見(jiàn)矸，說(shuō)明該段煤體矸石較多，嚴(yán)重影響了瓦斯在煤層中的賦存。

4 囊袋式帶壓封孔技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

囊袋式帶壓注漿封孔器已在馬蘭煤礦10505底抽巷44m往里下鄰近層鉆孔封孔推廣使用。其優(yōu)點(diǎn)除抽采效果較好以外，還有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：① 囊袋式帶壓注漿封孔器采用雙囊袋集成設(shè)計(jì)，無(wú)金屬構(gòu)件，不產(chǎn)生火花，外觀簡(jiǎn)潔，無(wú)外設(shè)注漿管，方便鉆孔插入；② 中心注漿，注漿管可回收復(fù)用，節(jié)約成本；③ 雙囊袋在中間帶壓注漿，注漿壓力0.6～1.0Pa，操作簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)隨打隨封隨抽；④ 注漿材料采用的是專(zhuān)用無(wú)機(jī)封孔料，與高分子封孔材料對(duì)比，材料本身不可燃、沒(méi)有反應(yīng)高溫、不會(huì)隨時(shí)間老化、抗壓強(qiáng)度高，無(wú)安全隱患。

其主要缺點(diǎn)：囊袋注漿為人工進(jìn)行操作，工作強(qiáng)度較大，可改進(jìn)成風(fēng)動(dòng)注膠，減少人工強(qiáng)度。

5 結(jié)語(yǔ)

1）10505工作面本煤層順層鉆孔共施工433個(gè)，其中740～1120m段孔深為150m；1120～1383m段孔深為60 m，其余部分孔深160m，鉆孔傾角為煤層傾角，鉆孔開(kāi)孔距巷道底板1.3～1.5m，開(kāi)孔、終孔孔徑均為113mm。底板抽放巷下鄰近層鉆孔共施工鉆孔430個(gè)，孔深均為160 m，鉆孔傾角為煤層傾角，鉆孔開(kāi)孔距巷道底板1.3～1.5 m，開(kāi)孔、終孔孔徑均為113mm。

2）囊袋式注漿封孔與聚氨酯封孔相比，瓦斯抽采濃度提高10%，囊袋式注漿封孔明顯優(yōu)于聚氨酯封孔。囊袋式注漿封孔鉆孔濃度變化有一定波動(dòng)，主要是由抽采前期瓦斯?jié)舛炔⒉环€(wěn)定及打鉆過(guò)程中較早見(jiàn)矸導(dǎo)致的。