煤礦井下瓦斯抽采鉆孔封堵材料及其配套工藝的研究進(jìn)展

顏文學(xué)，程 波

（1.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400037；2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037）

煤礦瓦斯又稱“煤層氣”，是儲(chǔ)存在煤層中、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤體孔、裂隙中的烴類氣體，其主要成分為甲烷[1]。長(zhǎng)期以來，瓦斯是煤礦重特大事故的主要災(zāi)害源，同時(shí)其熱值與天然氣相當(dāng)，可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何廢氣[1]。因此，煤礦瓦斯是近20年在國(guó)際上崛起的潔凈、優(yōu)質(zhì)能源和化工原料。瓦斯抽采是礦井實(shí)施瓦斯災(zāi)害治理的主要措施，其是通過在煤層內(nèi)施工鉆孔，而后采用相應(yīng)的封孔材料及工藝將鉆孔密封后[2]，由泵站將煤層內(nèi)富集的瓦斯經(jīng)由井下敷設(shè)的管網(wǎng)抽取至地面，從而實(shí)現(xiàn)降低煤層瓦斯含量，減小甚至消除瓦斯災(zāi)害威脅的目的。我國(guó)煤層瓦斯賦存條件普遍較差，同時(shí)受瓦斯抽采鉆孔封堵材料及其配套工藝[2]、瓦斯抽采方法等適應(yīng)性技術(shù)不到位的影響，目前我國(guó)瓦斯抽采量和利用率還比較低，特別是對(duì)于低濃度瓦斯，很多煤礦僅僅實(shí)現(xiàn)了抽放排空，沒有得到合理有效利用，而且造成嚴(yán)重的大氣污染和溫室效應(yīng)。瓦斯抽采鉆孔的封堵質(zhì)量直接決定了鉆孔抽采瓦斯?jié)舛鹊母叩?。通常，煤礦抽采瓦斯?jié)舛雀哂?%的瓦斯，可用于發(fā)電、民用或工業(yè)生產(chǎn)，而濃度低于8%的瓦斯則會(huì)直接排空，預(yù)計(jì)每年我國(guó)約有100億m3的煤礦抽采瓦斯，因?yàn)槔美щy而直接排空，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍[3]。因此，充分考慮煤礦瓦斯賦存條件的特點(diǎn)，研究適宜的瓦斯抽采鉆孔封堵材料及其配套工藝是我國(guó)煤礦安全技術(shù)人員競(jìng)相追逐的熱點(diǎn)之一。鑒于此，對(duì)煤礦井下巷道內(nèi)空氣進(jìn)入瓦斯抽采鉆孔的路徑進(jìn)行了分析，歸納了瓦斯抽采鉆孔封堵材料及其配套工藝作業(yè)效果的影響因素，并重點(diǎn)闡述了目前我國(guó)煤炭行業(yè)常用的封堵材料及其配套工藝的研究進(jìn)展，進(jìn)一步提出了存在的問題及未來的研究方向，旨在為新型封堵材料及其配套工藝的研究提供一些借鑒和思路。

1 瓦斯抽采鉆孔封堵材料及其配套工藝作業(yè)效果

1.1 煤礦井下巷道內(nèi)空氣進(jìn)入瓦斯抽采鉆孔的路徑

煤礦井下瓦斯抽采鉆孔封堵的目的在于應(yīng)用相應(yīng)的封孔材料及其配套工藝，減少甚至消除巷道內(nèi)空氣進(jìn)入瓦斯抽采鉆孔的路徑，從而防止鉆孔抽采瓦斯的濃度降低。由于受巷道掘進(jìn)以及鉆孔成孔過程中擾動(dòng)作用的影響，巷道與鉆孔周圍的煤（巖）體的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生改變，均呈現(xiàn)出“三區(qū)”分布的特征，即：應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力升高區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)[4]。巷道與鉆孔周圍的煤（巖）體的應(yīng)力應(yīng)變特征示意圖如圖1[4]。

圖1 巷道與鉆孔周圍的煤（巖）體的應(yīng)力應(yīng)變特征示意圖Fig.1 Schematic diagram of stress and strain distribution around roadway and boreholes in coal body

處于應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)的煤（巖）體已在采動(dòng)應(yīng)力的作用下發(fā)生了塑性破壞，其內(nèi)部孕育了大量的次生裂隙[4]，為煤礦井下巷道內(nèi)空氣進(jìn)入瓦斯抽采鉆孔提供了良好的運(yùn)移“通道”，空氣進(jìn)入鉆孔路徑的示意圖如圖2。

圖2 空氣進(jìn)入鉆孔路徑的示意圖Fig.2 Schematic diagram of the air entering path in boreholes

由于瓦斯抽采鉆孔內(nèi)為負(fù)壓，巷道內(nèi)的空氣極易在鉆孔內(nèi)負(fù)壓與井下大氣壓形成的壓差的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入至鉆孔內(nèi)。同時(shí)，隨著瓦斯抽采作業(yè)的進(jìn)行，煤體將產(chǎn)生不同程度的塑性軟化與擴(kuò)容[5]，這將導(dǎo)致巷道及鉆孔周圍煤體的塑性區(qū)范圍增大。特別是針對(duì)弱結(jié)構(gòu)煤層而言，該現(xiàn)象更為突出[5-6]，這也為抽采鉆孔的有效封堵帶來了新的困難。另一方面，若封孔材料固化體自身存在一定的裂隙，亦將導(dǎo)致空氣進(jìn)入至瓦斯抽采鉆孔內(nèi)；若采用的封孔材料的黏結(jié)性較差，則其與鉆孔內(nèi)壁、抽采管材的黏結(jié)面也是空氣進(jìn)入瓦斯抽采鉆孔的路徑之一。

1.2 影響因素

1）瓦斯抽采鉆孔的封堵深度。若瓦斯抽采鉆孔的封堵深度未超越巷道周圍煤（巖）體的塑性區(qū)范圍，則封孔后巷道內(nèi)的空氣將經(jīng)由塑性區(qū)內(nèi)的發(fā)育裂隙網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入至鉆孔內(nèi)，導(dǎo)致抽采瓦斯?jié)舛冉档?。同時(shí)，應(yīng)充分考慮煤體的塑性軟化與擴(kuò)容的特性[5-6]，使瓦斯抽采鉆孔的封堵深度適應(yīng)巷道周圍煤體塑性區(qū)范圍的變化。故，厘清巷道周圍煤（巖）體的應(yīng)力分布特征，科學(xué)準(zhǔn)確勘測(cè)塑性區(qū)邊界，進(jìn)一步應(yīng)用相應(yīng)的封堵工藝使封堵深度至巷道周圍煤（巖）體的塑性區(qū)邊界，方可確保鉆孔的密封性。但目前，我國(guó)學(xué)者在確定瓦斯抽采鉆孔合理封堵深度方面[4-5]，僅采用理論分析與數(shù)值計(jì)算的方法，并未開發(fā)出相應(yīng)的裝備。

2）瓦斯抽采鉆孔注漿封孔的壓力及封堵材料漿液的滲透范圍。瓦斯抽采鉆孔的注漿封孔是指應(yīng)用相應(yīng)的注漿裝置使得封孔材料在注漿壓力的作用下，流入某一段的鉆孔與抽采管材之間的環(huán)形空間內(nèi)，進(jìn)一步克服鉆孔周圍煤（巖）體的裂隙中的瓦斯壓力、水鎖效應(yīng)等阻力[6]，滲透至鉆孔周圍煤（巖）體塑性區(qū)的裂隙系統(tǒng)內(nèi)，從而降低煤（巖）體的透氣性。

3）封堵材料自身的密封性以及與鉆孔內(nèi)壁、抽采管材的黏結(jié)強(qiáng)度。若封堵材料選擇不當(dāng)或在封孔后由于某種原因而發(fā)生了破裂，則其密封性難以隔絕空氣的進(jìn)入，故應(yīng)針對(duì)煤礦井下的地質(zhì)條件與工程實(shí)際選擇適宜的封堵材料；另，在封孔材料與鉆孔內(nèi)壁、抽采管材黏結(jié)不緊密的情況下，封孔材料和鉆孔內(nèi)壁、抽采管材之間存在的縫隙亦將構(gòu)成空氣進(jìn)入的通道[6]。

2 研究進(jìn)展

煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的封堵從原材料來看經(jīng)歷了由水泥砂漿、礦用反應(yīng)型高分子材料、改性水泥、柔性膏體材料到微細(xì)膨脹粉料顆粒材料的過程；從工藝上來看，則經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單的注漿封孔、囊袋式或封孔器封孔、到“兩堵一注”的帶壓封孔與二次封孔的歷程。不同的瓦斯抽采鉆孔封堵材料及其配套工藝在特定的煤礦井下瓦斯地質(zhì)與工程條件下具有不同的適用性，通常使用時(shí)需要就實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

2.1 水泥砂漿封堵材料及其配套工藝

20世紀(jì)中葉，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)周世寧院士等提出了采用水泥砂漿封堵瓦斯抽采鉆孔的方法，其是將水與硅酸鹽水泥按照一定的水灰比進(jìn)行混合后，通過泥漿泵或砂漿泵注入鉆孔與抽采管材的環(huán)形空間內(nèi)，在注漿的過程中，采用木楔或者棉布對(duì)鉆孔孔口進(jìn)行封堵，防止?jié){液的流出。

水泥砂漿封堵材料及其配套工藝的優(yōu)點(diǎn)在于其對(duì)煤礦井下的瓦斯地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，其封堵質(zhì)量不受煤（巖）層內(nèi)水的影響，且水泥砂漿固化后遇水不會(huì)軟化。此后，煤礦安全科技人員在原有工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)封孔用注漿泵進(jìn)行了改進(jìn)[7]，并將膨脹劑添加至水泥漿液中[8]，采用聚氨酯藥卷實(shí)施孔口封堵[9]。然而水泥砂漿封堵工藝作業(yè)繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)，且后期易收縮干裂造成抽采鉆孔封堵失效[5]。隨著煤礦安全科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的新型封孔材料及工藝涌現(xiàn)，目前我國(guó)規(guī)模以上的礦井已基本淘汰了該種瓦斯抽采鉆孔封堵方法。

2.2 礦用反應(yīng)型高分子封堵材料及其配套工藝

與水泥砂漿封堵抽采鉆孔相比，礦用反應(yīng)型高分子封堵材料及其配套工藝具有操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)少的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于煤礦井下的瓦斯抽采鉆孔封堵作業(yè)中。礦用反應(yīng)型高分子材料是由基料和催化劑，以某一體積比進(jìn)行混合，即時(shí)發(fā)泡，迅速膨脹形成的，具有良好的隔氣性和發(fā)泡性。膨脹倍數(shù)可達(dá)最初體積的15～30倍，膨脹泡沫幾分鐘內(nèi)即可凝固硬化。礦用反應(yīng)型高分子材料封堵工藝可分為：注漿法[10-11]、卷纏法[12]和分離式囊袋法[13]3種。礦用反應(yīng)型高分子材料封堵的注漿法與前述水泥砂漿注漿封孔的工藝類似，所不同之處在于其采用的是具有自清潔功能的注漿封孔泵[14]，旨在防止高分子材料漿液附著在泵體內(nèi)部進(jìn)而影響后續(xù)的使用。所述卷纏法[12]是將雙組分混合好后均勻倒撒在麻布或棉紗上，而后裹纏在抽采管材上，迅速送入鉆孔內(nèi)。該種封孔工藝操作簡(jiǎn)單、作業(yè)效率高，但其封堵深度往往較淺，未超越巷道周圍煤（巖）體的塑性區(qū)范圍，故封堵質(zhì)量較差。所述分離式囊袋法封孔[13]是將雙組分的原料預(yù)裝入囊袋中，由塑料夾將雙組分原料分割開，使用時(shí)僅需撤除塑料夾即可實(shí)現(xiàn)雙組分原料的混合，而后將囊袋緊固在抽采管材上，并送入鉆孔。分離式囊袋法封孔工藝的優(yōu)點(diǎn)在于，操作人員不與原料漿液接觸，成本低。若瓦斯抽采鉆孔在成孔后發(fā)生變形甚至坍塌時(shí)，由于囊袋內(nèi)高分子漿液的反應(yīng)速度較快，發(fā)泡膨脹后便難以將抽采管材送至預(yù)定的深度，造成封堵失效。以上3種礦用反應(yīng)型高分子材料的封堵工藝中，僅注漿法可適應(yīng)于鉆孔封孔深度較深時(shí)的作業(yè)，而卷纏法與分離式囊袋法則由于其自身工藝的缺陷則難以保證鉆孔的封堵深度至巷道周圍煤（巖）體的塑性區(qū)邊界，故封堵效果有限。另，礦用反應(yīng)型高分子材料漿液的黏度較高，即便在帶壓注漿的條件下，其漿液的滲透范圍亦難到達(dá)鉆孔周圍煤（巖）體的塑性區(qū)邊界。

同時(shí)，礦用反應(yīng)型高分子原料中往往含有揮發(fā)性的有毒有害有機(jī)物，若井下作業(yè)人員長(zhǎng)期大量接觸，勢(shì)必對(duì)其身體健康造成危害。隨著煤礦井下回采工作面的推進(jìn)，若封堵瓦斯抽采鉆孔的礦用反應(yīng)型高分子材料遺落在采空區(qū)內(nèi)，且與采空區(qū)內(nèi)自燃的煤炭接觸，極易發(fā)生陰燃[15]。陰燃過程中會(huì)釋放大量的煙霧或有毒有害氣體影響作業(yè)人員的身體健康，同時(shí)產(chǎn)生諸多的可燃性氣體，而且極易轉(zhuǎn)變成有焰火，從而引發(fā)大的火災(zāi)，并引燃或引爆煤礦井下的瓦斯氣體，造成重特大的安全生產(chǎn)事故[15]。這在很大程度上也限制了礦用反應(yīng)型高分子材料的適用范圍，但由于礦用反應(yīng)型高分子封堵材料及其配套工藝作業(yè)效率較其他封孔工藝高，因而目前我國(guó)多數(shù)礦井仍采用該種方法實(shí)施瓦斯抽采鉆孔的封堵。故，開展相關(guān)的研究，構(gòu)筑礦用反應(yīng)型高分子封堵材料的安全準(zhǔn)入分析驗(yàn)證技術(shù)體系，對(duì)其液體原料安全性、環(huán)保性以及反應(yīng)過程釋放有毒煙氣等方面制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是應(yīng)用礦用反應(yīng)型高分子封堵材料實(shí)施瓦斯抽采鉆孔封堵亟需解決的技術(shù)難題。

2.3 改性復(fù)合封堵材料及其配套工藝

隨著新材料和新工藝的不斷開發(fā)和完善，對(duì)煤礦井下瓦斯抽采鉆孔封堵材料的研究已不再局限于使用單一材料及傳統(tǒng)的改變封孔工藝的方式，而是利用新材料和新工藝，著力于開發(fā)出封堵性能優(yōu)異且現(xiàn)場(chǎng)施工工藝簡(jiǎn)單的新型材料及其施工方法。因此，改性復(fù)合封堵材料隨之應(yīng)運(yùn)而生，其主要包括：高水材料[16]、新型CF材料[17-18]、PD復(fù)合材料[19]、柔性膏體[20]以及弱強(qiáng)度果凍狀膠體[21]等。上述改性符合封堵材料的配套工藝均采用注漿或“兩堵一注”的方法。

高水材料是以硫鋁酸鹽水泥熟料和懸浮劑為基料，以石膏、生石灰、速凝劑等為輔料的新型復(fù)合材料[16]，使用時(shí)按照一定的水灰比配制成漿液，待充分混合均勻后，經(jīng)由注漿泵輸送至鉆孔的封孔段內(nèi)。該種封堵材料具有凝結(jié)快速、流動(dòng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，且固化形成的封孔體強(qiáng)度高，同時(shí)具有微膨脹的特點(diǎn)，可與煤（巖）固體表面緊密黏結(jié)。

新型CF封孔材料具備高水材料的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有較高的抗壓抗變形能力，其主要由普通硅酸鹽水泥、石膏等無機(jī)添加劑組成。

PD復(fù)合材料是近年來新興的一種瓦斯抽采鉆孔封度材料，其與高水材料、新型CF材料相似，均以水泥為基料，所不同之處在于采用了先進(jìn)的微膠囊化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)漿液在鉆孔周圍煤（巖）體裂隙系統(tǒng)內(nèi)緩慢滲透[19]，并在此過程中逐漸凝固、膨脹，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裂隙的高效封堵。為適應(yīng)煤礦井下瓦斯抽采鉆孔在地應(yīng)力作用下產(chǎn)生的變形以及鉆孔周圍煤（巖）體裂隙場(chǎng)的演化特性，切實(shí)保障瓦斯抽采鉆孔全壽命周期內(nèi)的封堵質(zhì)量，我國(guó)學(xué)者以常見的粉煤灰為基料，輔以纖維素、偶聯(lián)劑等材料[20]，研發(fā)了柔性膏體封堵材料。使用時(shí)，將柔性膏體材料與水進(jìn)行混合攪拌，而后通過注漿的方式輸送至鉆孔的封孔段內(nèi)。柔性膏體材料漿液的流動(dòng)性強(qiáng)，且固化后具有極為顯著的抗干裂與彈性。

以上改性復(fù)合封堵材料及其配套工藝的作業(yè)效果明顯優(yōu)于礦用反應(yīng)型高分子封堵材料[18-22]，但在封堵瓦斯含量較高的松軟煤層抽采鉆孔時(shí)，則由于煤體的塑性軟化和擴(kuò)容效應(yīng)的存在，致使后期鉆孔周圍煤體的塑性區(qū)半徑將增大近96%[5]。而以上3種封堵材料[16-20]固化后雖均呈現(xiàn)出一定的膨脹特性，但其膨脹能力仍不能完全適應(yīng)此類程度的塑性變形。故，以上改性復(fù)合封堵材料及其配套工藝[16-20]可在封堵作業(yè)完成后的一定時(shí)期內(nèi)具有良好的應(yīng)用效果，但仍難以維系整個(gè)抽采時(shí)期內(nèi)的鉆孔密封質(zhì)量。

弱強(qiáng)度果凍狀膠體是一種吸收高分子樹脂材料[21]，與前述PD復(fù)合材料配合使用，其封堵工藝為：通過井下的高壓空氣將PD復(fù)合材料漿液、弱強(qiáng)度果凍狀膠體分別通過2根注漿管輸送至鉆孔的封孔段內(nèi)，PD復(fù)合材料漿液在封孔段的前后兩端形成阻擋，弱強(qiáng)度果凍狀膠體則在封孔段中部完全充填，進(jìn)而形成“強(qiáng)弱強(qiáng)”的格局。該種封孔工藝在我國(guó)多個(gè)礦區(qū)的工業(yè)性試驗(yàn)均取得了極為明顯的應(yīng)用效果，但其施工流程復(fù)雜、作業(yè)效率低，且成本較其他封孔方法高，故目前推廣應(yīng)用的范圍有限。

由以上分析可知，尋求一種施工簡(jiǎn)便、成本低廉，且可實(shí)現(xiàn)抽采鉆孔全壽命周期內(nèi)有效封堵的新型封孔材料及工藝便成為當(dāng)前煤炭行業(yè)亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。受目前較為成熟的高壓水力割縫工藝的啟發(fā)[22]，認(rèn)為可將其與帷幕注漿的工藝相結(jié)合[23]，即：在考慮巷道周圍煤（巖）體塑性區(qū)演化特征的前提下，應(yīng)用高壓水力割縫的工藝在煤（巖）體的應(yīng)力集中區(qū)的某一位置實(shí)施割縫作業(yè)，使該處的煤（巖）體形成一定厚度的圓盤形縫槽。鉆孔“圓形帷幕”協(xié)同封孔材料固化體示意圖如圖3。

圖3 鉆孔“圓形帷幕”協(xié)同封孔材料固化體示意圖Fig.3 Schematic diagram of solidified body of drilling circular curtain synergistic sealing material

與此同時(shí)，研發(fā)適宜于煤礦井下的具有高彈性自修復(fù)功能的封孔材料[24]，并將其注入至高壓水力割縫形成的圓盤形縫槽中，形成鉆孔封堵的“圓形帷幕”，隔絕井下空氣攝入鉆孔；在“圓形帷幕”至鉆孔孔口的部分，則可適當(dāng)減少封堵長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)以“封堵深度置換封堵長(zhǎng)度”的目的，使瓦斯抽采鉆孔的封堵作業(yè)兼具技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性。需要指出的是，該種方法首先應(yīng)準(zhǔn)確判識(shí)鉆孔抽采時(shí)期內(nèi)巷道周圍煤（巖）體塑性區(qū)演化的最大范圍。故，加強(qiáng)相關(guān)理論與試驗(yàn)研究，并進(jìn)行大量的井下工業(yè)性試驗(yàn)考證理論與試驗(yàn)研究成果的適用性及準(zhǔn)確性。而在鉆孔封堵的“圓形帷幕”至孔口的范圍，則可依據(jù)礦井自身的地質(zhì)條件，選擇相應(yīng)的改性復(fù)合封堵材料[16-21]，并采用的帶壓封孔工藝。

2.4 微細(xì)膨脹粉料顆粒材料及其二次封孔工藝

微細(xì)膨脹粉料顆粒材料是由水泥、黃泥和工業(yè)淀粉等原料[25-27]，按照一定比例配制而成，與其配套的封堵方法為二次封孔工藝。該種方法與前述的工藝截然不同，其在實(shí)施抽采鉆孔封堵時(shí)，預(yù)留一定的二次注料的空間，待抽采瓦斯?jié)舛冉档蜁r(shí)，應(yīng)用高壓空氣將微細(xì)膨脹粉料顆粒注入至預(yù)留空間內(nèi)。而后，微細(xì)膨脹粉料顆粒進(jìn)入至鉆孔周圍煤（巖）體的裂隙內(nèi)[25-27]。實(shí)際該種封孔方法屬鉆孔封堵修復(fù)的一種，可在一定程度上適應(yīng)煤（巖）體變形、應(yīng)力場(chǎng)變化引發(fā)的鉆孔周邊裂隙擴(kuò)張、發(fā)育對(duì)封堵效果的影響。

但就適用條件而言，該種封孔方法仍存在一定的不足，其原因在于：①微細(xì)膨脹粉料顆粒材料的注入是依靠高壓空氣壓力，將顆粒材料輸送至煤（巖）體的裂隙內(nèi)，若此時(shí)鉆孔周圍煤（巖）體的塑性區(qū)持續(xù)發(fā)育、發(fā)展[5]，則顆粒材料實(shí)際難以對(duì)后期形成的裂隙實(shí)現(xiàn)有效封堵，且在完成二次注料后，顆粒材料仍將可能在鉆孔內(nèi)負(fù)壓的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)入鉆孔內(nèi)，故實(shí)際難以形成對(duì)瓦斯抽采鉆孔的有效封堵；②若煤（巖）體內(nèi)富含水，則該種地質(zhì)條件下，顆粒材料極易遇水在裂隙內(nèi)形成類似于“密閉墻”的封堵體，看似可實(shí)現(xiàn)鉆孔的有效二次密封，但在鉆孔周圍煤（巖）體應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生改變的情況下，則易發(fā)生錯(cuò)動(dòng)[27]，進(jìn)而導(dǎo)致封堵失效。故，微細(xì)膨脹粉料顆粒材料及其二次封孔工藝實(shí)際適用于堅(jiān)固性系數(shù)較高，且含水較少的煤層，而對(duì)于塑性軟化、擴(kuò)容特征明顯的松軟煤層則其適用性勢(shì)必受限。

3 望

研究煤礦井下瓦斯抽采鉆孔高效封堵材料及其配套工藝，有效隔絕井下空氣進(jìn)入鉆孔，提高抽采瓦斯?jié)舛?，是煤礦瓦斯抽采利用產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵。煤礦井下瓦斯抽采鉆孔高效封堵材料及其配套工藝的研究在以下3個(gè)方面值得進(jìn)一步改進(jìn)與完善：

1）在厘清巷道周圍煤（巖）體的應(yīng)力分布演化特征的基礎(chǔ)上，著力開發(fā)適宜于煤礦井下工程實(shí)際的塑性區(qū)邊界探測(cè)裝備，科學(xué)確定瓦斯抽采鉆孔的合理封堵深度，是使煤礦井下瓦斯抽采鉆孔封堵具備技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性的前提。

2）構(gòu)筑礦用反應(yīng)型高分子封堵材料的安全準(zhǔn)入分析驗(yàn)證技術(shù)體系，對(duì)其液體原料安全性、環(huán)保性以及反應(yīng)過程釋放有毒煙氣等方面制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)并約束礦用反應(yīng)型高分子封堵材料的生產(chǎn)制造，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)型高分子封堵材料的安全高效應(yīng)用。

3）利用現(xiàn)有的高壓水力割縫工藝與抽采鉆孔封堵相結(jié)合，形成鉆孔“圓形帷幕”協(xié)同封孔材料固化體的高可靠性新型封孔工藝，實(shí)現(xiàn)煤礦井下瓦斯抽采鉆孔全壽命周期內(nèi)的高質(zhì)量封堵。研發(fā)適宜于煤礦井下地質(zhì)條件的具有高彈性自修復(fù)功能的封孔材料，保障鉆孔抽采瓦斯?jié)舛?，提高煤礦抽采瓦斯利用的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）分析了煤礦井下巷道內(nèi)空氣進(jìn)入瓦斯抽采鉆孔的路徑，歸納了瓦斯抽采鉆孔封堵材料及其配套工藝作業(yè)效果的影響因素。

2）闡述了目前我國(guó)煤炭行業(yè)常用的封堵材料及其配套工藝的研究進(jìn)展，并指出了相應(yīng)的技術(shù)特點(diǎn)及適用條件。

3）提出了煤礦井下瓦斯抽采鉆孔高效封堵材料及其配套工藝未來的研究方向，旨在為新型封堵材料及其配套工藝的研究提供一些借鑒和思路。