兩種瓦斯抽采鉆孔封孔技術(shù)對(duì)比分析

鄧晨

（西山煤電（集團(tuán)）公司安監(jiān)局，山西太原，030053）

0 引言

我國(guó)絕大多數(shù)煤層屬于低透氣性煤層，許多礦井在瓦斯抽采鉆孔封孔方面存在問(wèn)題導(dǎo)致瓦斯抽采效果不理想。現(xiàn)有的瓦斯抽采鉆孔封孔方法存在不易操作、準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、成本較高等缺點(diǎn)，此外還存在封孔深度短（通常深度小于12 m），鉆孔封孔成孔率低等問(wèn)題。瓦斯抽采效果差嚴(yán)重威脅著安全生產(chǎn)[1-3]。

本文以官地礦22612 工作面瓦斯抽采鉆孔為背景，采用分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)和膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)進(jìn)行對(duì)比研究，以選用更為合適的封孔技術(shù)，提高瓦斯抽采率，保證工作面的安全。

1 鉆孔封孔技術(shù)

1.1 分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)

技術(shù)原理：將封孔用CE 材料（將膨脹劑和陽(yáng)離子絮凝劑進(jìn)行微膠囊化處理后的活性膠囊加入添加了分散劑的高分散度水泥漿中，后將活性水泥漿與水溶性樹(shù)脂和增塑劑及偶聯(lián)劑聚合的水溶性聚合物進(jìn)行界面復(fù)合得CE材料）通過(guò)氣動(dòng)攪拌注漿泵將封孔漿液注入可調(diào)式棉麻囊袋。單孔封孔時(shí)間10 min～15 min，封孔深度10 m～16 m，現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行調(diào)整。封孔技術(shù)分為三個(gè)步驟：（1）推入囊袋，向充水式抽采管替代裝置內(nèi)注水，使充水式抽采管替代裝置體積膨脹并在其表面裹上一層隔膜層，隨后通過(guò)充水式抽采管替代裝置將分體組合式囊袋塞入至鉆孔中的預(yù)定深度；（2）密封固化管的形成，通過(guò)注漿管向封孔段及兩端的囊袋注入CE 材料，待材料徹底凝固后，將充水式抽采管替代裝置的水放出并退出該裝置，最終形成環(huán)形的密封固化管；（3）孔口端的處理，選取長(zhǎng)度為1 m～2 m 的孔口轉(zhuǎn)接管，并通過(guò)樹(shù)脂密封膠將其固定在鉆孔孔口端。該技術(shù)的封孔裝置原理圖見(jiàn)圖1，實(shí)物圖見(jiàn)圖2[4-5]。

圖1 分體組合式囊袋無(wú)管封孔裝置原理圖

圖2分體組合式囊袋實(shí)物圖

該裝置有兩個(gè)囊袋，用φ 16mm注漿管連接，兩個(gè)囊袋的距離可任意調(diào)節(jié)，即封孔深度可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)，適應(yīng)性強(qiáng)。每個(gè)囊袋內(nèi)設(shè)有一個(gè)單向閥，連接兩囊袋的注漿管上有一爆破閥，待兩個(gè)囊袋注滿，爆破閥處壓強(qiáng)達(dá)到2 MPa 時(shí)，爆破閥打開(kāi)，向兩囊袋間注漿，待返漿管有漿液流出后，表示該孔已注滿。

1.2 膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)

膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)原理：采用長(zhǎng)度為500 mm 的φ 64 mm 聚氯乙烯封孔器1根，將封孔器與3根長(zhǎng)度為4 m 的64 mmPVC 管連接，中間用PE 管專用膠連接固定，鉆孔末端用聚氨酯封孔毛巾進(jìn)行封堵。采取膠囊?guī)哼M(jìn)行聚氨酯注漿封孔技術(shù)，封孔長(zhǎng)度為12 m以上，該技術(shù)封孔裝置原理如11頁(yè)圖3所示。

圖3 膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)裝置

技術(shù)操作便捷，操作時(shí)間短，勞動(dòng)強(qiáng)度低。操作時(shí)需進(jìn)行必要的防護(hù)作業(yè)，設(shè)備清洗較為繁瑣，清洗不當(dāng)會(huì)造成設(shè)備堵死。封孔效果初期較為明顯，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期負(fù)壓抽采，濃度衰減明顯。單孔成本比其他技術(shù)高，封孔材料存儲(chǔ)要求高，運(yùn)輸勞動(dòng)強(qiáng)度大。

2 工業(yè)試驗(yàn)

本次研究以官地礦3#層22612工作面底抽巷為背景，采用以上2種封孔技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，選用35個(gè)鉆孔采用分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)進(jìn)行封孔，選用27個(gè)鉆孔采用膠囊式注聚氨酯進(jìn)行封孔。最終通過(guò)瓦斯抽采濃度進(jìn)行對(duì)比。

2.1 工程概況

3#層22612 工作面地面位于風(fēng)峪溝與劉家皮溝之間，蓋山厚度為358 m～700 m，平均約529 m。22612工作面井下位于中六采區(qū)東南部，工作面四周均為未采區(qū)。2#煤層與3#煤層間距約12.05 m。地面標(biāo)高為1 360 m～1 690 m，工作面標(biāo)高為961 m～1 002 m，底抽巷位于老底中粒砂巖中，走向長(zhǎng)度為870 m。3#層平均厚度2.66 m，煤層厚度從東北向西南方向逐漸變薄。3#層煤塵爆炸指數(shù)為17.27%，且為不易自燃煤層。工作面布置如圖4所示。

圖4 22612工作面布置示意圖

3#層老頂為砂質(zhì)泥巖，厚度為7.32 m，灰色，下部為灰黑色，質(zhì)不均，斜層理，含植物化石；直接頂為泥巖，厚度為1.57 m，黑色，質(zhì)不均，松軟、破碎，有擠壓現(xiàn)象；直接底為泥巖，厚度為1.83 m，黑色，性脆，含炭量較高，含植物化石，老底為中粒砂巖，厚度為4.51 m，灰白色。根據(jù)官地礦工作面煤層具體地質(zhì)參數(shù)，可知3#層瓦斯含量：6.94 m3/t，殘存瓦斯含量：1.94 m3/t，瓦斯壓力：0.58 MPa，百米鉆孔瓦斯流量：0.043 3 m3/min×hm，煤層透氣性系數(shù)：3.164 29 m2/MPa2×d，孔隙率：4.24%，衰減系數(shù)：0.007 433d-1。

2.2 工作面鉆孔布置

在22612工作面底抽巷瓦斯鉆孔選取兩種封孔技術(shù)進(jìn)行效果對(duì)比研究，鉆孔主要分布在電纜幫巷道側(cè)和風(fēng)管幫巷道側(cè)。電纜幫巷道側(cè)共進(jìn)行試驗(yàn)鉆孔35個(gè)，孔號(hào)為72～106，因塌孔因素導(dǎo)致其中一個(gè)鉆孔無(wú)法進(jìn)行封孔，孔號(hào)為91，實(shí)際封孔34 個(gè)。風(fēng)管幫巷道側(cè)共進(jìn)行試驗(yàn)鉆孔27 個(gè)，孔號(hào)為84～110，因塌孔因素導(dǎo)致其中四個(gè)鉆孔無(wú)法進(jìn)行封孔，孔號(hào)分別為85、96、98、99，實(shí)際封孔23 個(gè)。試驗(yàn)鉆孔布置方式見(jiàn)圖5，設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)見(jiàn)表1。

圖5 22612工作面底抽巷瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

表1 鉆孔技術(shù)參數(shù)表

22612 工作面底抽巷兩幫共封孔57 個(gè)，采用兩種封孔技術(shù)，分別為分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)和膠囊封孔器+聚氨酯注漿封孔技術(shù)，兩種技術(shù)封孔長(zhǎng)度均為12 m，鉆孔孔口負(fù)壓均為16 kPa，抽采時(shí)間為30天，各孔的封孔技術(shù)見(jiàn)表2。

表2 22612工作面底抽巷鉆孔封孔技術(shù)類型

2.3 瓦斯?jié)舛确治?/h3>

采用以上兩種封孔技術(shù)封孔后，對(duì)相關(guān)鉆孔的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行觀測(cè)記錄，為了有效的對(duì)比兩種技術(shù)的優(yōu)劣，現(xiàn)選取22612工作面風(fēng)管幫巷道側(cè)鉆孔孔號(hào)89#至92#孔、電纜幫巷道側(cè)孔號(hào)86#至89#孔的鉆孔瓦斯抽采濃度進(jìn)行分析。

圖6 風(fēng)管幫巷道側(cè)鉆孔濃度變化圖

圖8 兩種封孔技術(shù)瓦斯抽采濃度變化對(duì)比圖

由圖6和7所示，22612工作面風(fēng)管幫巷道側(cè)采用的2 種封孔技術(shù)瓦斯抽采濃度始終保持緩慢波動(dòng)，可以分析得到膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)的瓦斯抽采濃度小于分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)。采用分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)的鉆孔除個(gè)別觀測(cè)日外濃度始終高于60%，而采用膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)的鉆孔的濃度處于40%～60%之間。22612工作面電纜幫巷道側(cè)采用的2 種封孔技術(shù)瓦斯抽采濃度均始終保持穩(wěn)中有降，采用分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)瓦斯抽采濃度均高于采用膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)，濃度始終高于60%，采膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)的鉆孔瓦斯抽采濃度處于30%～60%之間。

由圖8 可知，2 種封孔技術(shù)的濃度穩(wěn)中有降，且分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)瓦斯抽采濃度始終高于膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)。采用分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)的4個(gè)鉆孔的平均抽采濃度為72.2%，用采膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)的4 個(gè)鉆孔的平均抽采濃度為47.9%。由此可知，在22612工作面采用分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)可使得瓦斯抽采濃度提高24.3%。

3 結(jié)束語(yǔ)

在官地礦22612 工作面采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，測(cè)試分析了分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)及與膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)瓦斯抽采鉆孔密封效果，得到采用分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)的4個(gè)鉆孔的平均抽采濃度為72.2%，用采膠囊式注聚氨酯封孔技術(shù)的4個(gè)鉆孔的平均抽采濃度為47.9%。因此分體組合式囊袋無(wú)管封孔技術(shù)可使得瓦斯抽采濃度提高，為相似礦井的瓦斯抽采提供了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。