解析煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式

權(quán)立 李印成 劉珩博

陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司銅川分公司

一、引言

對(duì)于煤礦生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，瓦斯事故是影響安全性最為主要的事故之一。隨著近些年我國(guó)瓦斯抽采技術(shù)水平的快速提升，在治理煤礦瓦斯以及預(yù)防瓦斯事故過(guò)程中得到了非常大的進(jìn)步。但是現(xiàn)階段我國(guó)某些煤礦瓦斯抽采率以及瓦斯抽采濃度還是無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，其中最主要的原因就是瓦斯抽采鉆孔封孔的效果不好。所以研究如何加強(qiáng)瓦斯抽采鉆孔封孔質(zhì)量已經(jīng)成為了急需解決的問(wèn)題，同時(shí)也是確保煤礦生產(chǎn)安全性的重要保障。本文主要對(duì)煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式進(jìn)行相應(yīng)的分析，并且提出優(yōu)化抽采鉆孔效果的技術(shù)對(duì)策，希望能夠?qū)μ嵘咚钩椴陕室约巴咚钩椴蓾舛绕鸬揭欢◣椭?/p>

二、煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式以及存在的問(wèn)題分析

（一）水泥砂漿封孔方式及問(wèn)題分析

第一，水泥砂漿封孔方式。此種方式主要是在傳統(tǒng)手工黃泥封孔基礎(chǔ)上進(jìn)行的有效改進(jìn)，主要是將細(xì)砂和硅酸鹽水泥根據(jù)相應(yīng)比例配置成為水泥砂漿，通過(guò)人工封孔以及機(jī)械封孔兩種方式進(jìn)行封孔，一定程度上提升了瓦斯抽采鉆孔的封孔效果。但是人工封孔需要消耗大量的人力物力，并且封孔長(zhǎng)度一般在5m以內(nèi)，已經(jīng)逐漸淘汰，而采取壓氣封孔或者注漿泵封孔方式代替。

第二，水泥砂漿封孔方式存在的問(wèn)題。人工水泥砂漿封孔長(zhǎng)度有限并且效果相對(duì)較差，受到抽采負(fù)壓的作用空氣還是會(huì)通過(guò)巷道裂隙進(jìn)入到抽采鉆孔內(nèi)部，從而降低瓦斯抽采濃度。壓氣封孔方式更多應(yīng)用在巷道破碎帶較短、臨時(shí)瓦斯抽采鉆孔封孔中，而注漿泵封孔方式具有注漿泵難以搬運(yùn)的問(wèn)題。另外，在井下巷道內(nèi)進(jìn)行瓦斯抽采鉆孔會(huì)破壞煤體，并且煤體的裂隙尺度也有所差異，水泥砂漿封堵方式不能有效解決鉆孔周邊裂縫封堵問(wèn)題，效果較差。

（二）聚氨酯封孔方式及問(wèn)題分析

第一，聚氨酯封孔方式。聚氨酯技術(shù)從19世紀(jì)開始就已經(jīng)實(shí)施，我國(guó)是從上世紀(jì)60年代開始對(duì)其應(yīng)用在瓦斯抽采鉆孔封孔實(shí)施試驗(yàn)研究。其基本原理在于：根據(jù)相應(yīng)比例調(diào)配多元醇聚醚以及多異氰酸酯同時(shí)并將其注入到抽采鉆孔，經(jīng)過(guò)相應(yīng)反應(yīng)之后聚氨酯就進(jìn)行發(fā)泡膨脹，從而在鉆孔中產(chǎn)生徑向力進(jìn)入到鉆孔周邊的裂隙當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)鉆孔的封堵。聚氨酯在鉆孔中通過(guò)發(fā)泡、膨脹、凝固從而實(shí)現(xiàn)密封鉆孔方式。

第二，聚氨酯封孔方式存在的問(wèn)題。聚氨酯發(fā)泡時(shí)間很難進(jìn)行控制，在封孔長(zhǎng)度較長(zhǎng)過(guò)程中常常因?yàn)榘l(fā)泡時(shí)間較短而發(fā)生聚氨酯發(fā)泡膨脹但是封孔管無(wú)法送到預(yù)定區(qū)域的問(wèn)題。鉆孔一旦出現(xiàn)變形聚氨酯就會(huì)由于受壓變形而發(fā)生漏氣情況，從而降低抽采濃度。另外，聚氨酯材料自身的黏度相對(duì)較高，無(wú)法對(duì)鉆孔周圍損傷產(chǎn)生的孔隙或者裂隙進(jìn)行封堵，從而造成密封不嚴(yán)、瓦斯抽采過(guò)程漏氣嚴(yán)重等問(wèn)題。

（三）“兩堵一注”帶壓封孔方式及問(wèn)題分析

第一，“兩堵一注”帶壓封孔方式。首先采用袋裝聚氨酯對(duì)于封孔段區(qū)域?qū)嵤┓舛?，一旦聚氨酯發(fā)泡膨脹以及凝結(jié)之后通過(guò)注漿管對(duì)于兩側(cè)聚氨酯封堵段鉆孔實(shí)施注漿。受到注漿壓力的影響，漿液會(huì)向鉆孔壁滲透同時(shí)填充鉆孔周圍的裂隙而完成抽采鉆孔封孔操作。

第二，“兩堵一注” 帶壓封孔法存在的問(wèn)題。如果兩側(cè)采取聚氨酯封堵方式，那么受到封堵裝置自身問(wèn)題、兩端封堵強(qiáng)度較差、注漿壓力跟不上而造成封孔效果相對(duì)較差。對(duì)于囊袋式封孔設(shè)備來(lái)說(shuō)，受到囊袋強(qiáng)度方面的限制注漿壓力無(wú)法過(guò)高，很難將水泥砂漿注入到鉆孔周邊較深的縫隙當(dāng)中，無(wú)法對(duì)鉆孔周邊縫隙進(jìn)行封堵，不能實(shí)現(xiàn)較為嚴(yán)密的封孔。另外，因?yàn)槭挤馍疃群头饪锥伍L(zhǎng)度選擇不夠合理，尤其是始封深度選擇不夠合理，目前“兩堵一注”封孔工藝以及參數(shù)很難有效實(shí)現(xiàn)裂隙帶內(nèi)抽采鉆孔段的密封，從而造成瓦斯抽采濃度較低、抽采效果不佳。

（四）二次封孔方式及問(wèn)題分析

第一，二次封孔方式。二次封孔方式屬于全新抽采鉆孔封孔的方式，已經(jīng)在某些地區(qū)得到了應(yīng)用，并且有效改善了瓦斯的抽采效果。此種封孔方法主要分為兩個(gè)階段，第一封孔階段主要位于巷道破碎帶之外區(qū)域，將已經(jīng)卷纏好高分子聚合發(fā)泡材料的瓦斯抽采管插入到鉆孔內(nèi)部實(shí)施封孔，同時(shí)采用速凝水泥對(duì)其進(jìn)行封堵。第二封孔階段主要是通過(guò)壓縮空氣將微細(xì)膨脹粉料吹入到鉆孔內(nèi)部，通過(guò)抽采負(fù)壓的作用使得粉料進(jìn)入到漏氣通道，從而對(duì)鉆孔周邊的裂隙完成封堵，并且采取速凝水泥將孔口進(jìn)行封堵，完成封孔操作。

第二，二次封孔方式存在的問(wèn)題。此種封孔方式需要配備專門的設(shè)備，并且對(duì)于微細(xì)膨脹粉料粒徑具有非常高的要求，微細(xì)膨脹粉料容易受潮而結(jié)塊。一旦鉆孔中長(zhǎng)時(shí)間存在水或者粉料，受潮結(jié)塊之后無(wú)法進(jìn)入到鉆孔周圍的縫隙當(dāng)中就會(huì)嚴(yán)重影響到此種封孔方式的效果。

三、瓦斯抽采鉆孔封孔問(wèn)題的解決對(duì)策

（一）加強(qiáng)多重?fù)p傷抽采鉆孔周圍裂隙發(fā)育時(shí)效性研究

在進(jìn)行抽采鉆孔施工過(guò)程中會(huì)在一定程度上損傷巷道和鉆孔周邊的煤巖體，使其產(chǎn)生塑性區(qū)、彈性區(qū)以及彈塑性區(qū)等等，使得鉆孔周圍出現(xiàn)裂隙。實(shí)施封孔過(guò)程中如果不對(duì)裂隙實(shí)施封堵就會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的鉆孔漏氣，從而影響到抽采的效果。另外，隨著時(shí)間的積累應(yīng)力會(huì)重新進(jìn)行分布，會(huì)造成鉆孔周圍的裂隙擴(kuò)展。所以要明確較為合理的封孔長(zhǎng)度以及始封深度就要充分研究多重?fù)p傷情況下抽采鉆孔周圍裂隙發(fā)育時(shí)效性情況，主要是對(duì)鉆孔周圍裂隙發(fā)育時(shí)效性實(shí)施實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，獲取巷道周圍三帶以及鉆孔周圍三區(qū)分布規(guī)律所在（如圖1所示），同時(shí)要利用數(shù)值模擬軟件對(duì)巷道周圍和鉆孔周圍裂隙發(fā)育時(shí)效特征進(jìn)行研究。

圖1 巷道周圍三帶以及鉆孔周圍三區(qū)分布規(guī)律

（二）加強(qiáng)封堵材料性能試驗(yàn)和兩端合理封堵長(zhǎng)度的研究

要對(duì)現(xiàn)有聚氨酯或類似膨脹材料的相關(guān)性能（主要包括抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、氣密性等）實(shí)施理論研究，并通過(guò)相應(yīng)試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行高強(qiáng)度、高徑向作用力兩端封堵全新材料的研究，從而保證兩端封堵材料具有足夠的強(qiáng)度，符合封孔方面的要求。要確保兩端封堵材料所具有的作用力能夠符合注漿壓力方面的要求，確保其材料的強(qiáng)度要求，需要針對(duì)不同的封堵長(zhǎng)度來(lái)分析兩端。

（三）確定出較為合理的注漿壓力

在經(jīng)過(guò)了多重?fù)p傷情況下抽采鉆孔周圍裂隙發(fā)育時(shí)效性分析之后能夠獲取鉆孔周圍裂隙分布特性，可以通過(guò)數(shù)值模擬軟件來(lái)對(duì)各種注漿壓力情況下漿液對(duì)于鉆孔周圍裂隙封堵情況實(shí)施模擬分析，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方式來(lái)對(duì)數(shù)值模擬所得結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，從而獲取較為合理的注漿壓力，確保漿液可以有效進(jìn)入到鉆孔周圍裂隙當(dāng)中，從而確保封孔之后鉆孔不會(huì)出現(xiàn)漏氣的情況。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文主要闡述煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式，通過(guò)本文的介紹能夠?qū)γ旱V瓦斯抽采鉆孔提供一定參考和幫助。