胡底煤業(yè)13091 巷瓦斯抽采鉆孔密封工藝研究

王 濤

（晉能控股煤業(yè)公司胡底煤業(yè)，山西 晉城 048000）

鉆孔抽采瓦斯是煤礦瓦斯治理的主要技術(shù)手段，鉆孔施工后要求對(duì)鉆孔進(jìn)行密封，其密封效果是保證抽采效率的關(guān)鍵因素之一。由于煤礦井下鉆孔施工地點(diǎn)其煤巖體強(qiáng)度較低（尤其在松軟煤巖層中），鉆孔周?chē)簬r體往往存在微裂隙，進(jìn)一步增加了密封的難度[1-2]。瓦斯抽采鉆孔的密封效果直接影響著瓦斯抽采效果的好壞，因此，封孔工藝應(yīng)具備密封性好、操作方便、速度快、材料省等特性。目前，采用的鉆孔封孔材料及工藝主要包括粘土卷封孔、封孔器封孔、水泥砂漿封孔、聚氨酯封孔等。其中，粘土卷封孔對(duì)粘土材料軟硬程度要求較高，太軟時(shí)易形成空腔與裂隙，使封孔失敗，過(guò)硬時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂縫；靜壓注水式封孔器較笨重，操作不便，封孔質(zhì)量無(wú)法保證；水泥砂漿封孔，不僅材料便宜、操作方便、速度快、封孔深度較長(zhǎng)，而且其封孔嚴(yán)密、效果較好，但是水泥凝固過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生收縮現(xiàn)象；聚氨酯封孔速度比較快，對(duì)巖體裂隙也有一定的封堵作用，但是其工藝復(fù)雜，適應(yīng)性較低[3-5]。

1 工程背景

胡底煤業(yè)13091 巷為Ⅲ1307（上）工作面瓦斯抽采巷，工作面位于+200 m 水平3 號(hào)煤一盤(pán)區(qū)，平均采高2.85 m，北部為五條開(kāi)拓大巷，南為礦井邊界，西為1305（上）工作面，東為1309（上）工作面。本工作面瓦斯相對(duì)涌出量為7.77 m3/t，工作面施工大孔徑抽采鉆孔進(jìn)行瓦斯綜合治理。目前，礦井主要采用傳統(tǒng)聚氨酯封孔，其封孔效果較差，導(dǎo)致瓦斯抽放效果較差，直接影響到了工作面正常生產(chǎn)。

2 瓦斯抽采鉆孔密封關(guān)鍵工藝

2.1 瓦斯抽采鉆孔密封設(shè)備

瓦斯抽采鉆孔密封系統(tǒng)主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、密封系統(tǒng)等，密封設(shè)備和材料由FYFB.2-0.5/13 風(fēng)動(dòng)液壓封孔泵（由料泵和風(fēng)動(dòng)油泵組成）、注漿管、回漿管、PD-Ⅲ新型鉆孔密封材、PB 密封材料等組成，封孔設(shè)備連接方式如圖1，孔口處連接方式如圖2。

圖1 封孔設(shè)備連接方式

圖2 孔口處連接方式

2.2 瓦斯抽采鉆孔密封工藝

試驗(yàn)礦井密封抽放孔為近水平孔，對(duì)密封質(zhì)量要求很高，采用新型密封材料以及配套的工藝，封孔長(zhǎng)度10 m 以上，具體封孔工藝步驟如下：

（1）采用2 根抽放管（5 m/根）為一組，封孔深度10 m，里面的抽放管前端裹上聚氨酯，把抽放管都送進(jìn)孔后，將一根注漿管（2 m）也送入孔，孔口用PB 材料進(jìn)行封堵。為方便連接入抽放管路，抽放管要留40 cm 在孔外。具體如圖3。

圖3 抽放孔封孔工藝示意圖

（2）按灰水比2:1 配制PD 材料漿液，將注漿管接到注漿泵上，開(kāi)始注漿。

（3）封孔完畢后，次日在抽放管上接上孔板流量計(jì)后，并入管路抽放，記錄孔口負(fù)壓、流量、濃度等參數(shù)。

3 瓦斯抽采鉆孔密封關(guān)鍵工藝試驗(yàn)

本次密封試驗(yàn)采用PD 材料封孔和聚氨酯封孔在胡底煤業(yè)13091 巷進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，累計(jì)用PD 材料封孔168 個(gè)，聚氨酯對(duì)比孔20 個(gè)，封孔工藝試驗(yàn)實(shí)施前管路總濃度為3%左右，單孔有效濃度在10%以下。本次用PD 材料共封孔168 個(gè)，占該巷道總孔數(shù)的1/2，抽放負(fù)壓最低為16 kPa，壓差最低為20 kPa，現(xiàn)總管路濃度在20%左右，單孔有效濃度在45%～60%。

3.1 總管路參數(shù)變化分析

圖4 給出了試驗(yàn)巷道總管路濃度變化曲線。

圖4 試驗(yàn)巷道總管路濃度變化曲線

由圖可知，試驗(yàn)巷道總管路濃度呈上升趨勢(shì)，試驗(yàn)巷道初期鉆孔采用傳統(tǒng)聚氨酯封孔，該時(shí)間階段內(nèi)，總管路濃度一直在3%左右徘徊，采用新工藝之后總管路濃度上升23%左右，并且濃度還在上升，提升效果顯著。

圖5 和圖6 給出了總管路瓦斯純量和混量的變化曲線。由圖5、圖6 可知，總管路瓦斯純量在瓦斯混量上升不大的前提下，由1.15 m3/min 上升到現(xiàn)在的2.51 m3/min，而且還在不斷的上升，純量提升150%，對(duì)于瓦斯利用提供便利條件。

圖5 總管路瓦斯純量變化曲線

圖6 總管路瓦斯混量變化曲線

3.2 單孔濃度變化分析

試驗(yàn)巷道試驗(yàn)初期，鉆孔采用傳統(tǒng)聚氨酯封孔，但是由于聚氨酯封孔漏風(fēng)比較嚴(yán)重，封孔濃度基本在2%～8%之間，而且在一個(gè)月內(nèi)有明顯的下降趨勢(shì)，進(jìn)而導(dǎo)致總管路濃度在3%徘徊。

試驗(yàn)巷道試驗(yàn)后期，鉆孔采用新提出的瓦斯抽采鉆孔密封工藝，封孔后幾天瓦斯抽放濃度比較大，瓦斯?jié)舛仍?5%以上鉆孔占據(jù)總封孔數(shù)量之90%，30%以上鉆孔在99%。隨著時(shí)間推移，瓦斯?jié)舛瘸示徛陆第厔?shì)。抽放30 d 后，濃度在45%以上的鉆孔達(dá)到83%，而30%以上鉆孔占總數(shù)93%。隨之抽放進(jìn)入逐步穩(wěn)定階段，濃度在45%以上的鉆孔達(dá)到80%，而30%以上鉆孔還是占總數(shù)90%。圖7給出了采用新瓦斯抽采鉆孔密封工藝封孔后不同時(shí)間內(nèi)瓦斯抽放濃度分布圖。

圖7 封孔后不同時(shí)間內(nèi)瓦斯抽放濃度分布圖

4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

晉煤集團(tuán)胡底煤業(yè)主要采取本煤層瓦斯預(yù)抽方法進(jìn)行瓦斯治理，由于鉆孔密封質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致瓦斯抽放濃度衰減快，瓦斯抽放濃度低，煤層需要預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)，造成采掘接續(xù)緊張。采用提出的新瓦斯抽采鉆孔密封工藝，可使13091 巷瓦斯抽放濃度提高30%左右，抽取同樣瓦斯量可減少抽放時(shí)間三分之一。為使瓦斯充分解析，把節(jié)省三分之一的時(shí)間的一半繼續(xù)抽放，既減少預(yù)抽時(shí)間，使回采效率增加，又增加了瓦斯抽放量，后期進(jìn)行推廣應(yīng)用后，累計(jì)新增利潤(rùn)2000 余萬(wàn)元。同時(shí)，提出的新封孔工藝使瓦斯抽放效率大大增加，降低瓦斯事故發(fā)生概率，提高礦井的安全性，為職工創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。

5 結(jié)論

胡底煤業(yè)采用傳統(tǒng)聚氨酯進(jìn)行瓦斯抽采鉆孔封孔，其封孔效果較差，導(dǎo)致瓦斯抽放效果較差，直接影響到了工作面正常生產(chǎn)。為此，針對(duì)性開(kāi)發(fā)了新瓦斯抽采鉆孔密封關(guān)鍵工藝，并在胡底煤業(yè)13091 巷進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)瓦斯抽采試驗(yàn)。工藝應(yīng)用后瓦斯抽采濃度、瓦斯抽采量均有大幅提高，進(jìn)行推廣應(yīng)用后，累計(jì)新增利潤(rùn)2000 余萬(wàn)元。同時(shí)，提出的新封孔工藝使瓦斯抽放效率大大增加，降低瓦斯事故發(fā)生概率，提高礦井的安全保障能力。