新型“堵-注-排”封孔工藝在正珠礦的應(yīng)用

宋以斌

(山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030024)

正珠礦隸屬于山西焦煤集團(tuán)公司，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/a，開(kāi)采15#煤層，礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為16.77 m3/min，為突出礦井。礦井于2016年開(kāi)始使用新型“堵-注-排”封孔工藝，解決了鉆孔封孔質(zhì)量差、填充材料不能充填封堵段圍巖裂隙、單孔濃度偏低等問(wèn)題，提高了抽采效果。

1 原封孔工藝與新型“堵-注-排”封孔工藝對(duì)比

1.1 原封孔工藝

封孔管采用5根2 m長(zhǎng)封孔管連接，封堵段采用毛巾包裹A、B液快速封孔材料，并預(yù)留注漿軟管，采用注漿泵將泥漿通過(guò)注漿軟管注入注漿段，封孔器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，封孔效果較差。該工藝結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1.

圖1 原封孔工藝結(jié)構(gòu)圖

封孔步驟如下：

1) 開(kāi)孔用d94 mm鉆頭施工10 m，退桿換d75 mm鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，直至鉆孔成孔。2) 兩端封堵段為毛巾包裹A、B液快速封孔材料，包裹長(zhǎng)度為0.5 m，封孔管外端再加設(shè)一段d10 mm注漿管。3) 快速封孔材料與孔口管送入鉆孔內(nèi)，必須在2 min內(nèi)完成，否則聚氨酯開(kāi)始膨脹無(wú)法將封孔管送入孔內(nèi)。注漿必須采取多次補(bǔ)漿，直至鉆孔封堵嚴(yán)實(shí)。4) 用注漿泵將泥漿從注漿軟管中注入注漿段，待返漿管排氣→排水→溢出泥漿后，并保證溢出泥漿期間無(wú)摻雜大量水及空氣時(shí)方可停止注漿。5) 外封堵段由里向外均勻注入泥漿，在注至孔口后將孔口水泥平整。

1.2 新型“堵-注-排”封孔工藝

新型“堵-注-排”封孔器主要由瓦斯抽排管、注漿管、排水排氣管、內(nèi)封堵囊袋、外封堵囊袋、鎖緊裝置、單向逆止閥、爆破閥、安全信號(hào)閥和金屬管箍等構(gòu)成。工作時(shí)，通過(guò)注漿管將注漿材料注入到內(nèi)外封堵囊袋進(jìn)行兩端封堵，再次注漿到注漿段，待外段安全信號(hào)閥打開(kāi)，封孔完畢實(shí)現(xiàn)鉆孔的封孔工作。該封孔器結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2.

1—排水排氣裝置 2、4—內(nèi)外封堵囊袋 3—爆破閥 5—安全保護(hù)信號(hào)閥圖2 抽采瓦斯用囊袋注漿式封孔器結(jié)構(gòu)示意圖

封堵步驟如下：

1) 連接封孔裝置：封孔管d50 mm，單根封孔管長(zhǎng)度3 m，依次連接3根，里封堵囊袋段距孔口管底部0.5 m，外封堵囊袋段距鉆孔口0.5 m，有效注漿段不小于8 m，孔口管外露長(zhǎng)度0.2 m.

2) 注漿材料首先注入并充滿內(nèi)封堵囊袋，在達(dá)到0.15 MPa時(shí)，單向逆止閥打開(kāi)，開(kāi)始向外封堵囊注漿。

3) 注漿壓力達(dá)到0.8 MPa時(shí)，內(nèi)外封堵囊袋之間的爆破閥爆破，注漿材料向內(nèi)、外封堵囊袋之間注漿，氣、水由雙排管排出。

4) 當(dāng)壓力達(dá)到1.5 MPa，注漿管外段安全信號(hào)閥打開(kāi)，注漿結(jié)束，封孔完畢。

1.3 新型“堵-注-排”封孔工藝優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)在井下實(shí)際施工應(yīng)用，得出該封孔工藝具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1) 封孔方式操作簡(jiǎn)單，封孔時(shí)間大幅縮短，節(jié)約了工時(shí)。

2) 該封孔器自帶安全信號(hào)閥，保證整個(gè)封孔系統(tǒng)的安全運(yùn)行和足夠的注漿壓力，且具有傳遞注漿過(guò)程結(jié)束的信號(hào)。

3) 使用抽采瓦斯用囊袋注漿式封孔器封孔時(shí)，鉆孔中的水和氣可通過(guò)排水排氣管排出，解決了含水鉆孔的封孔難題。

4) 在封孔段對(duì)鉆孔施加高壓注漿，主動(dòng)加固鉆孔，使鉆孔長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，為長(zhǎng)效封孔創(chuàng)造了條件。

5) 解決了封孔管在封孔后無(wú)法處于鉆孔中心位置的難題。

2 瓦斯抽采效果對(duì)比分析

采用新型“堵-注-排”封孔工藝后，對(duì)11502運(yùn)輸巷新施工鉆孔與原工藝施工鉆孔參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析，根據(jù)近兩個(gè)月的檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，單孔抽采濃度大幅提高，支管抽采量有一定增大：

1) 單孔瓦斯抽采濃度由原1%～10%上升至5%～80%，單孔瓦斯抽采量平均值由原來(lái)的0.002 1 m3/min上升到0.012 2 m3/min.

2) 11502運(yùn)輸巷支管抽采平均濃度由原來(lái)的1.8%上升到2.8%，提高了55%，抽采量由原0.7 m3/min提高到1.2 m3/min.

3) 地面泵站高負(fù)壓抽采平均濃度由原來(lái)的1.5%上升到2.2%，提高了37%，抽采量由原來(lái)的1.8 m3/min提高到2.7 m3/min.

11502運(yùn)輸巷補(bǔ)打鉆孔與舊鉆孔參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1，表1中第一組鉆孔瓦斯?jié)舛葘?duì)比曲線見(jiàn)圖3.第二組鉆孔瓦斯?jié)舛葘?duì)比曲線見(jiàn)圖4.

表1 11502運(yùn)輸巷補(bǔ)打鉆孔與舊鉆孔參數(shù)對(duì)比表

圖3 第一組鉆孔瓦斯?jié)舛葘?duì)比曲線圖

圖4 第二組鉆孔瓦斯?jié)舛葘?duì)比曲線圖

3 新型“堵-注-排”封孔器的瓦斯治理效果

11502綜放工作面自采用新型封孔技術(shù)以來(lái)，風(fēng)排瓦斯量由原來(lái)的5.14 m3/min降至3.70 m3/min；抽采量由原來(lái)的4.89 m3/min提高至7.78 m3/min；抽采率由原來(lái)的48.8%提高至67.8%. 工作面瓦斯?jié)舛葟?.18%降至0.10%；上隅角瓦斯?jié)舛葟?.48%降至0.26%；回風(fēng)瓦斯?jié)舛葟?.4%降至0.24%. 通過(guò)采用新型封孔技術(shù)，11502綜放工作面瓦斯?jié)舛蕊@著下降，為回采工作創(chuàng)造了先決條件，同時(shí)也確保了回采工作的安全順利進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

正珠礦自使用該封孔器以來(lái)，共施工本煤層抽采鉆孔183個(gè)，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中得出該封孔器具有操作簡(jiǎn)單、封孔效果好、安全可靠、適用性強(qiáng)、效率高的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)了原封孔工藝，提高了封孔質(zhì)量，減少了漏氣鉆孔的出現(xiàn)，山西焦煤集團(tuán)公司將在全集團(tuán)高瓦斯、突出礦井進(jìn)行推廣應(yīng)用，進(jìn)一步提高集團(tuán)公司瓦斯治理效果。