安爾特瓦斯抽放孔封孔工藝在王坡煤業(yè)的應(yīng)用

劉偉偉，王雷剛

王坡煤業(yè)為高瓦斯礦井，為對(duì)礦井瓦斯進(jìn)行綜合治理，采用了地面鉆井抽采、本煤層鉆孔預(yù)抽及高位鉆孔抽采等方法。對(duì)礦井瓦斯抽采系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)后，通過(guò)實(shí)際測(cè)量瓦斯預(yù)抽鉆孔孔口負(fù)壓均大于13 kPa，但瓦斯抽放濃度相對(duì)較低，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的瓦斯抽采效果，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)抽放工藝進(jìn)行分析研究，得知瓦斯抽采鉆孔封孔質(zhì)量好壞對(duì)抽采效果有著重要的影響。因此決定對(duì)原封孔工藝進(jìn)行優(yōu)化改造，以便提高預(yù)抽鉆孔瓦斯?jié)舛?，改善瓦斯抽采治理效果?/p>

1 常見(jiàn)瓦斯抽采鉆孔封孔方式及使用現(xiàn)狀

我國(guó)煤礦常見(jiàn)的瓦斯抽采鉆孔封孔方式主要有：水泥砂漿封孔法、二次封孔法、聚氨酯封孔法、安爾特封孔法等。水泥砂漿封孔法施工中受鉆孔傾角影響較大，當(dāng)鉆孔角度為水平或者緩傾斜時(shí)，封孔不易且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。二次封孔法需配備專(zhuān)業(yè)封孔機(jī)具設(shè)備，而且需做好材料防潮工作，因而限制了其在煤礦井下的大規(guī)模使用。聚氨酯封孔法主要采用發(fā)泡聚合材料，該材料具有質(zhì)量輕，反應(yīng)速度快的特點(diǎn)，但其反應(yīng)時(shí)間不易控制，對(duì)封孔者操作技術(shù)要求高，當(dāng)鉆孔圍巖發(fā)生變形時(shí)容易導(dǎo)致漏氣現(xiàn)象，王坡煤業(yè)之前就是使用這種封孔方法。安爾特封孔法亦稱(chēng) “兩堵一注”帶壓注漿封孔方法，該方法源自于囊袋式注漿封孔方法，施工時(shí)通過(guò)具體地質(zhì)情況確定封孔長(zhǎng)度和封孔材料，同時(shí)處理好堵頭的封堵強(qiáng)度，會(huì)取得很好的封孔效果，是當(dāng)前效果相對(duì)較好的一種封孔方法。

2 安爾特封孔工藝

安爾特高效膨脹封孔劑具有流動(dòng)性好、凝固速度快、微膨脹性、固結(jié)后強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)鉆孔周?chē)膰鷰r裂隙能夠快速滲入，操作簡(jiǎn)單且封孔效果好，無(wú)需使用專(zhuān)門(mén)的注漿設(shè)備，使用水泥注漿設(shè)備即可，因此該方法適用于煤礦井下各類(lèi)瓦斯抽放鉆孔的封孔作業(yè)。

2.1 封孔原理

安爾特封孔方法采用“兩堵一注”的工藝，即采用安爾特封孔袋聚凝物將鉆孔封孔段兩端密封，通過(guò)注漿管在中間部分注入安爾特高效膨脹封孔劑，采用帶壓的方式進(jìn)行封孔注漿，在高壓和膨脹應(yīng)力的作用下，封孔劑能夠快速滲入煤巖體裂隙中，將裂隙封閉，鉆孔密封。

2.2 封孔工藝

安爾特封孔工藝見(jiàn)圖1。① 鉆孔形成后，用高壓吹風(fēng)管將封孔段內(nèi)煤屑清除；② 在抽排管靠近封孔段里端用透明膠安放2組安爾特高效封孔袋凝聚物，在孔口段用膠帶將2組安爾特高效封孔袋凝聚物和抽排管、注漿管及回漿管固定，注漿管和回漿管分別長(zhǎng)0.5 m和2.5 m，直徑均為16 m，兩管在孔口端外露20～30 cm；③ 將封孔袋中間的隔板抽出后，將封孔袋擠壓揉搓20～30 s，將袋內(nèi)的液體混合均勻后，將抽排管放入孔中，再用棉紗或者編織袋等將孔口堵塞，防止混合物反應(yīng)噴出，混合物在30～50 min內(nèi)可以完全反應(yīng)，然后在兩堵頭之間注入安爾特高效膨脹封孔劑；④ 按上述工藝流程，以若干鉆孔為一組，將孔口兩端封好后再統(tǒng)一注入安爾特膨脹劑；⑤ 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工需準(zhǔn)備1臺(tái)2ZBQ24/10型氣動(dòng)注漿泵，清水桶和漿液攪拌桶各一個(gè)；⑥ 注漿泵在運(yùn)行前應(yīng)先進(jìn)行調(diào)試工作，主要檢查管路及接頭是否暢通及各接頭是否牢固等；⑦ 封孔劑水灰比為1∶1，將漿液攪拌好后，將注漿泵通過(guò)快速接頭與注漿管接通，當(dāng)回漿管返漿時(shí)，停止注漿并將回漿管彎折扎緊，此時(shí)應(yīng)采用間歇性注漿方式，當(dāng)注漿孔內(nèi)壓力達(dá)到1～2 MPa時(shí)，即可停止注漿。注漿工作完成后，將注漿管彎折扎緊，同時(shí)打開(kāi)卸壓閥卸壓，將快速接頭取下與下一注漿孔相連接并注漿；⑧ 注漿工作完成后，將注漿管路拆除，通過(guò)清水桶對(duì)注漿泵各管路及連接洗頭進(jìn)行清洗工作，以備再次進(jìn)行使用。

圖1 安爾特封孔工藝

3 工業(yè)性試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

本次安爾特封孔工業(yè)性試驗(yàn)地點(diǎn)為王坡煤業(yè)3205運(yùn)輸順槽，王坡煤業(yè)為高瓦斯礦井，現(xiàn)主采3#煤層，3#煤層厚度為4.1～6.7 m，均厚5.76 m，煤層傾角為2°～11°，針對(duì)工作面瓦斯涌出量較大的問(wèn)題，通過(guò)采用本煤層鉆孔抽放和高位鉆孔抽放兩種方法對(duì)工作面進(jìn)行瓦斯預(yù)抽，鉆孔選用ZYWL-1900R履帶式全液壓鉆機(jī)，鉆桿直徑為73 mm，長(zhǎng)度為1000 mm，鉆頭選用直徑為115 mm的PDC鉆頭，封孔段長(zhǎng)8 m，直徑為75 mm的PVC抗靜電封孔管與直徑為457 mm的抽排管通過(guò)蛇形膠管連接，鉆孔參數(shù)如表1所示。

3.2 效果分析

王坡煤業(yè)原瓦斯鉆孔封孔采用聚氨配合麻袋片的方法，采用該方法后，抽采孔有效抽采期短，抽采孔抽采濃度會(huì)發(fā)生嚴(yán)重下降，無(wú)法達(dá)到預(yù)期抽采效果。在試驗(yàn)巷道內(nèi)施工鉆孔20個(gè)，共分為4組，每組5個(gè)鉆孔，A組（編號(hào)1～5）和B組（編號(hào)11～15）為采用原封孔工藝的鉆孔，C組（編號(hào)6～10）和D組（編號(hào)16～20）為采用新封孔工藝的鉆孔，采用交叉封孔的方式，即采用新封孔工藝的鉆孔和采用原封孔工藝的鉆孔間隔布置，每組的5個(gè)鉆孔的封孔時(shí)間及瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)定要保持同步，每個(gè)鉆孔孔口的負(fù)壓應(yīng)大于13 kPa。鉆孔封孔完成后，對(duì)抽放孔的瓦斯?jié)舛群土髁窟M(jìn)行持續(xù)測(cè)量并記錄，共測(cè)量10周，每周測(cè)量一次，然后對(duì)每組5個(gè)鉆孔所測(cè)量的瓦斯?jié)舛群土髁咳∑骄?，繪制圖2中的不同封孔工藝的瓦斯平均濃度對(duì)比圖和圖3中瓦斯平均純流量對(duì)比圖。

圖2 不同封孔工藝瓦斯平均濃度對(duì)比

由圖2可知，A組鉆孔和B組鉆孔均為采用原封孔工藝，采用原封孔工藝，抽采濃度最高時(shí)可達(dá)到55%，然而隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，抽采濃度下降較快，當(dāng)?shù)降?周時(shí)，抽采濃度已經(jīng)下降到30%以下，鉆孔無(wú)法持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的高濃度抽采；而采用安爾特封孔工藝后，初期最高抽采濃度可達(dá)到80%，直到第10周鉆孔抽采濃度仍在50%以上，10周內(nèi)平均抽采濃度可達(dá)到70.7%，瓦斯抽采濃度下降較慢，能夠保持較長(zhǎng)時(shí)間的高濃度抽采。

圖3 不同封孔工藝瓦斯平均純流量對(duì)比

由圖3可知，采用原封孔工藝的A組和B組鉆孔內(nèi)瓦斯平均純流量均小于0.05 m3/min，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)緩慢下降，最終10周內(nèi)平均純流量為0.024 m3/min，從總體來(lái)看，平均純流量處于較低的水平；而采用新封孔方式后，C組和D組所測(cè)定的平均純流量均保持在0.05 m3/min以上，10周內(nèi)平均純流量為0.072 m3/min，由圖2和圖3可知，采用新型安爾特封孔工藝可以有效提高瓦斯抽采的濃度和流量。

3.3 鉆孔封孔質(zhì)量的影響因素

① 封孔材料的流動(dòng)性及凝固后的強(qiáng)度等性質(zhì)對(duì)封孔質(zhì)量具有重要的影響；② 鉆孔封孔長(zhǎng)度對(duì)其密封性好壞有重要影響；③ 該封孔方式為帶壓封孔，則注漿壓力的大小會(huì)影響到封孔質(zhì)量的好壞；④ 若煤巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，則會(huì)影響到封孔質(zhì)量；⑤ 煤層內(nèi)含水，瓦斯流動(dòng)的通道被水封死，則會(huì)影響到瓦斯抽采的效果；⑥ 在工作面回采動(dòng)壓影響下，會(huì)導(dǎo)致鉆孔周邊煤巖體破碎，對(duì)封孔效果產(chǎn)生不利影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)不同封孔方法優(yōu)缺點(diǎn)及安爾特封孔原理及工藝進(jìn)行了介紹，通過(guò)在順層鉆孔對(duì)原封孔方法及安爾特封孔方法進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明采用新型封孔方式可有效提高瓦斯鉆孔抽采濃度及流量，對(duì)該礦瓦斯治理起了積極有益的作用。

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