卸壓區(qū)域順層鉆孔兩堵一注定點封孔位置考察與應(yīng)用

白明鍇

（河南永錦能源有限公司，河南 許昌 461670）

0 引 言

封孔質(zhì)量是影響抽采效果的關(guān)鍵因素，不同封孔工藝和封孔材料下的抽采效果具有較為明顯的區(qū)別特征[1]，若封孔深度較長，不僅會浪費封孔材料，還會導(dǎo)致從松動區(qū)邊界到封孔段末端一帶的煤體瓦斯抽不出，從而形成抽采盲區(qū)[2]，為了解決鉆孔漏氣現(xiàn)象，對原有的封孔工藝進(jìn)行改進(jìn)，提出定點定長度封孔方法[3]，既保證了鉆孔封孔的氣密性，又節(jié)約了封孔材料。

1 概 況

根據(jù)河南省地層區(qū)劃，禹州煤田位于華北板塊南緣嵩箕構(gòu)造區(qū)汝陽—確山小區(qū)之禹州煤田景家洼向斜北翼西段。云蓋山煤礦一礦位于禹州煤田西部，主要開采二1煤層，屬煤與瓦斯突出礦井，地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層賦存不穩(wěn)定，煤層透氣性系數(shù)為0.435 m2/（MPa2·d），衰減系數(shù)為 0.02 ～ 0.11d-1。煤巷掘進(jìn)區(qū)域采取穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯煤層瓦斯的方法并配合水力沖孔卸壓增透措施，回采區(qū)域采取穿層鉆孔治理，并在上下順槽施工順層鉆孔降低煤層瓦斯含量。

2 封孔工藝現(xiàn)狀及兩堵一注定點封孔工藝

2.1 封孔工藝現(xiàn)狀

22204 運(yùn)輸順槽以上20 m 范圍為穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶治理區(qū)域（圖1），在向回采區(qū)域施工的順層鉆孔，由于無法確定水力沖孔后疏松圈的位置，封孔深度24 m，采用礦用合成樹脂和水泥漿一堵一注封孔，大量漿液滲透封孔段，以達(dá)到封閉的目的。

圖1 22204 底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯平、剖面Fig.1 Strip gas leveling and section of pre-coal pumping roadway in 22204 bottom pumping roadway through borehole

2.2 兩堵一注定點封孔工藝原理

礦井實測水力沖孔的抽放半徑為7.8 m，穿層鉆孔條帶治理控制22204 運(yùn)輸順槽巷道輪廓線外20 m（斜距），假定水力沖孔影響的范圍為橢圓形（圖2），順層鉆孔的封孔深度大于27 m 才能封過穿層鉆孔條帶治理區(qū)域，結(jié)合礦井巷道預(yù)排瓦斯等值寬度測試報告，當(dāng)煤壁暴露時間為300 d 時，巷道預(yù)排瓦斯等值寬度為30 m，巷道掘進(jìn)至回采的時間＞300 d，在鉆孔的24 ～30 m 兩堵一注定點封孔，封孔位置在穿層鉆孔條帶治理以里，且不超過30 m 的位置，帶壓封孔能主動支護(hù)鉆孔,膨脹力繼續(xù)壓密未曾充填的裂隙，進(jìn)一步減少漏氣通道，有效的防止鉆孔漏氣，且有效的避免鉆孔抽采盲區(qū)。

圖2 兩種封孔工藝示意Fig.2 Two kinds of hole sealing processes

3 現(xiàn)場試驗及抽放效果考察

3.1 試驗地點布置

為了確保試驗的準(zhǔn)確性，在22204 運(yùn)輸順槽里程926 ～950 m 煤層賦存穩(wěn)定的區(qū)域進(jìn)行試驗，該區(qū)域平均煤厚5 m，原始瓦斯含量5.28 m3/t，原始瓦斯壓力0，采用抽采參數(shù)對比的方法，一堵一注封孔一組，試驗鉆孔各施工一組進(jìn)行對比，每組設(shè)置10 個鉆孔，鉆孔間距1.2 m。鉆孔施工完成后，聯(lián)網(wǎng)抽放（表1）。

3.2 鉆孔初抽濃度對比

鉆孔采用打1 個、封1 個、開抽1 個、觀測1個的方法，鉆孔測定初抽濃度后記錄在檔，全部施工結(jié)束后，進(jìn)行初抽濃度對比，如圖3 所示。

由圖3 可知，兩堵一注定點封孔的初抽濃度最高94%，初抽濃度在80%以上的鉆孔7 個；一堵一注封孔的初抽濃度最高95%，初抽濃度在80%以上的鉆孔6 個，由此可見，兩堵一注定點封孔和一堵一注封孔的初抽濃度基本一致。

表1 一堵一注封孔與兩堵一注定點封孔情況對比Table 1 Comparison of one-plugging-and-one injection sealing hole and two-plugging-and-one injection fixed point sealing hole

圖3 初抽濃度對比Fig.3 Comparison of initial extraction concentration

3.3 組抽放濃度對比

全部鉆孔施工結(jié)束，規(guī)范聯(lián)網(wǎng)后，每天觀測1次，進(jìn)行組參數(shù)對比，觀測周期30 d。抽采參數(shù)對比方式：因鉆孔施工時間不同，觀測期間存在抽放時間差異，采用累計抽放時間對比，即一堵一注封孔聯(lián)網(wǎng)后第一天與兩堵一注定點封孔聯(lián)網(wǎng)后第一天進(jìn)行對比，以此類推（圖4）。

圖4 組抽放濃度對比Fig.4 Comparison of pumping concentrations in groups

圖4 中顯示兩堵一注定點封孔的組抽放濃度最高62.2%，一堵一注封孔的組抽放濃度最高60%，開抽前10 d 內(nèi)變化大，無明顯的規(guī)律，從11 d 開始以后，兩堵一注定點封孔的組抽放濃度總體趨勢高于一堵一注封孔，在抽放第26 d 后兩堵一注定點封孔的抽放濃度仍在50%，一堵一注封孔的抽放濃度下降到16.2%，由此可以看出兩堵一注定點封孔比一堵一注封孔抽放濃度衰減慢。

3.4 組抽放負(fù)壓、混合流量對比

圖5 為組抽放負(fù)壓對比，圖中顯示兩堵一注定點封孔的負(fù)壓在15.7～22.9 kPa 波動，一堵一注封孔的負(fù)壓在14.2 ～21 kPa 波動，通過對比，采用帶壓封孔，存在漿液滲透不均勻，局部與穿層鉆孔條帶治理區(qū)域較近，發(fā)生漏氣現(xiàn)象，抽放負(fù)壓負(fù)壓損耗偏大，略低于兩堵一注定點封孔。

圖5 組抽放負(fù)壓對比Fig.5 Comparison of suction negative pressure groups

圖6 為組抽放混合流量對比，圖中兩堵一注定點封孔的組混合流量在0.041 ～0.144 m3/min 波動，一堵一注封孔的組混合流量在0.099 ～0.226 m3/min 波動，相比一堵一注封孔距煤巷條帶治理區(qū)域較近，封孔深度較淺，易發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

圖6 組抽放混合流量對比Fig.6 Comparison of pumping mixed flows

3.5 組抽放純流量對比

圖7 為組抽放純量對比，圖中兩堵一注定點封孔的抽放純流量最大達(dá)到0.086 m3/min，一堵一注封孔的抽放純流量最大達(dá)到0.095 m3/min，兩堵一注定點封孔的抽放純流量最小0.013 m3/min，一堵一注封孔的抽放純流量最小0.007 m3/min；在抽放10 d 后，兩堵一注定點封孔組的抽放純流量均大于一堵一注封孔組。

圖7 組抽放純流量對比Fig.7 Comparison of groups of pure pumping flows

3.6 抽采量對比

表2 為抽采量統(tǒng)計，表中兩堵一注定點封孔比一堵一注封孔的平均抽采量日增長20.9 m3，單孔平均抽采量日增長2.09 m3，鉆孔平均每米孔長日增長0.74 m3，兩堵一注定點封孔的累計抽采量是一堵一注封孔的1.5 倍。

表2 抽采量統(tǒng)計Table 2 Statistics of extraction quantity

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

表3 顯示兩堵一注定點封孔成本約1 178 元，一堵一注的封孔成本約1 340 元，相比減少封孔材料費用162 元，22204 運(yùn)輸順槽長度1 500 m，設(shè)計鉆孔工程1 250 個，全部使用這種工藝可節(jié)約封孔材料費用20 萬元。

5 結(jié) 語

通過對穿層條帶治理卸壓區(qū)域順層鉆孔兩堵一注定點封孔與傳統(tǒng)的封孔工藝（一堵一注封孔）試驗對比，確定出礦井的穿層條帶治理卸壓區(qū)域順層鉆孔的最佳封孔位置，在24 ～30 m 位置定點注漿充填，在保證鉆孔的氣密性的同時，節(jié)約了封孔材料。

表3 封孔材料成本對比（以平均孔深71.6 m 為例）Table 3 Comparison of hole sealing material cost(taking average hole depth of 71.6 m as an example)