帶壓封孔技術在1890煤礦的應用

李勝 李守瑞

(1.新疆焦煤(集團)有限公司1890煤礦,新疆烏魯木齊 830025;2.中煤科工集團重慶研究院有限公司,重慶 400037)

帶壓封孔技術在1890煤礦的應用

李勝1李守瑞2

(1.新疆焦煤(集團)有限公司1890煤礦,新疆烏魯木齊 830025;2.中煤科工集團重慶研究院有限公司,重慶 400037)

針對1890煤礦封孔質量差、單孔瓦斯抽采濃度較低的技術難題,提出了帶壓封孔技術。經試驗,帶壓封孔技術的應用可明顯提高鉆孔的封孔質量,增加鉆孔的瓦斯抽采濃度。

1 引言

煤礦企業在瓦斯綜合治理中主要依靠通風和抽采兩種方法，其中瓦斯抽采是降低煤層瓦斯含量、壓力和減少瓦斯涌出量的根本性技術措施之一。衡量瓦斯抽采效果的指標主要有瓦斯抽采濃度、瓦斯抽采量等參數，而這兩個主要指標又受到抽采負壓和封孔質量優劣等因素的影響。因此，要提高礦井瓦斯抽采效果，必須從抽采負壓和封孔質量等根本措施上進行治理。

目前，我國煤層瓦斯抽采鉆孔有多種封孔技術，主要為常壓封孔和帶壓封孔兩大類型。1890煤礦常年應用常壓封孔技術，鉆孔的封孔質量較差，單孔瓦斯濃度較低，因此，迫切需要改進鉆孔的封孔工藝，提高瓦斯抽采率。

2 帶壓封孔的技術原理

2.1 鉆孔軸向“三區”的劃分

在受采掘影響前，煤體處于應力平衡狀態。當受到采掘影響以后，應力平衡隨即遭到破壞，采場周圍應力的大小和方向將發生較大的改變。在巷道周邊將產生應力集中區。根據煤體力學狀態的不同，可以將其分為3個區域：卸壓區、應力集中區和原始應力區。卸壓區的煤體抗拉強度很差，當拉伸應變超過破壞應變時，徑向將產生裂隙，形成裂隙圈。抽采鉆孔封孔以后，如果裂隙圈的深度超過封孔的深度，裂隙圈內裂隙將會與抽采鉆孔溝通，構成了鉆孔短路風流的通道，這些通道影響了抽采鉆孔的氣密性，導致抽采濃度下降。如圖1所示。

圖1 卸壓圈空氣流動示意圖

圖2 帶壓封孔示意圖

表1 帶壓封孔工藝使用前后效果對比表

2.2 帶壓封孔技術

帶壓封孔就是用注漿泵將注漿材料填充到封孔段及封孔段周圍的礦體裂隙中，切斷空氣向鉆孔的流入通道，避免在抽采負壓的作用下出現“抽采循環”，進而提高鉆孔的抽采濃度和抽采負壓。

帶壓封孔技術的主要步驟及理論依據是：(1)通過實驗、考察的方法確定鉆孔的封孔長度，在封孔段內利用膨脹材料構筑密閉空間并預埋注漿、返漿管；(2)利用注漿泵通過注漿管將封孔材料壓入封孔段的密閉空間中；(3)封孔材料將封孔段注滿后(判斷依據為返漿管返出封孔材料)，關閉返漿管閥門，繼續帶壓注漿；(4)一定時間后，停止注漿并關閉注漿管閥門，封孔結束。由于封孔材料注入到密閉空間后，在壓力的作用下向鉆孔封孔段周圍的礦體裂隙滲透，封孔材料凝固后，即可將礦體裂隙封堵，隔絕了空氣流入鉆孔的通道，提高了鉆孔瓦斯抽采效率。

3 帶壓封孔技術

3.1 封孔長度

封孔長度的確定主要是要明確鉆孔軸向的卸壓帶范圍。卸壓帶的范圍可通過三種方法來確定：公式計算法、鉆屑量法和經驗法。(1)公式法由于要使用大量的參數進行計算，計算結果比較理想化，所以只能作為一種輔助方法，進行參考；(2)鉆屑量法的原理是不同應力區的煤體由于受力強度的不同在鉆進過程中煤屑的排出量也不同，以此來確定應力區的劃分；(3)經驗法：一般認為巷道的卸壓范圍為巷道寬度的3-5倍。1890煤礦的巷道寬度一般為3m左右，所以，卸壓區的范圍為9-15m。綜合考察，1890煤礦可以確定封孔深度為10m。

3.2 注漿泵壓力

注漿壓力的確定對帶壓封孔的封孔效果影響很大。壓力過小，則卸壓區裂隙不能有效填充，不能達到帶壓封孔的效果。壓力過大，容易將前后封堵材料壓裂，造成封孔失敗。所以要選擇合適的注漿壓力。

經試驗，在封孔材料選擇425#普通硅酸鹽水泥，水灰質量比1.2：1調制水泥漿，封孔套管直徑50mm，鉆孔直徑94mm，封孔長度10m的前提下，可以確定注漿壓力為0.6-1.5Mpa。

3.3 注漿量計算

開始注漿前，要對注漿量進行計算，并預留富裕量，以避免材料的浪費或不足。注漿量可用下式進行計算：

式中： W——注漿量，L；

D——鉆孔直徑， m；d——封孔套管直徑，m；

L——注漿段長度，m；

a——注漿材料膨脹倍數，取1.1。

3.4 帶壓封孔流程

3.4.1 清孔

封孔前須清除孔內的鉆屑和積水(主要為下向鉆孔)， 保證封孔套管能順利塞入孔中。清孔可采用兩種方法：(1)鉆孔施工完畢后，利用排渣水對鉆孔進行沖刷，直至孔口返出清水為止。卸下供水管，加上壓風管進行壓風，將孔內積水排出，待積水呈間歇狀噴出時停止；(2)封孔前，向孔內塞入一根10-12m長的鐵管，利用快速接頭接入壓風管，對孔內進行壓風，待積水呈間歇狀噴出時停止。

3.4.2 下管

將直徑50mm長12m的封孔套管前后端綁上膨脹材料，充分混合后塞入孔內，同時將長1.5m和9.5m的注漿管和返漿管一并塞入孔內。上向孔注漿管長1.5m，返漿管長度確定為從孔口至距鉆孔里端膨脹材料封堵段0.5m處；下向孔注漿管長度確定為從孔口至鉆孔里端聚氨酯封堵段3-4m處，返漿管長1.5m；近水平鉆孔注漿管長5m，返漿管長1.5m。注漿管均在返漿管下方。

3.4.3 注漿

等膨脹材料完全膨脹并達到一定強度后(約10min左右)，利用注漿泵將水灰比1：1加適量膨脹劑配置的糊狀水泥漿按照計算注漿量注入封孔段。返漿管返漿，即關閉返漿管閥門，繼續注漿2-5min停止。如圖2所示。

3.4.4 封孔完成

注漿完成后，將注漿管閥門關閉，封孔結束。

3.5 帶壓封孔注意事項

(1)封孔管里外端膨脹材料的綁扎應牢固，防止在下管的過程中脫落并移位，導致封孔有效距離變短；(2)封孔注漿材料除水泥漿外，也可以選用聚氨酯發泡材料；(3)注漿完成后，應沖洗封孔泵，以免注漿材料封堵注漿泵；(4)返漿管的長度不宜太長，以避免膨脹材料將返漿管封堵而無法返漿；(5)條件允許的情況下，可在封孔套管頂端1.5m范圍內加工孔徑5mm的花孔，以增加抽采效果。

4 封孔效果考察

1890煤礦帶壓封孔試驗地點選擇在16122工作面運輸巷。16122工作面傾斜長度為150m，鉆孔設計長度為120m，孔間距3m，孔徑94mm，均為上向鉆孔。在采用常壓封孔時，單孔平均濃度一般為20%左右，采用帶壓封孔技術后，單孔平均濃度達到了40%以上。在同一地質單元，相同抽采負壓的前提下，帶壓封孔工藝使用前后的對比如表1。

5 結語

(1)帶壓封孔技術的應用可以明顯提高鉆孔的封孔質量，增加鉆孔的抽采效率；(2)在因鉆孔抽采效率較低而造成礦井生產接續緊張的情況下，可以推廣應用帶壓封孔技術。

[1]張長遠,陳建等.帶壓注漿封孔技術的研究應用[J].煤炭工程,2011(3)：39-41.

[2]王圣程,龐葉青等.抽采鉆孔帶壓注漿封孔技術的研究與應用[J].煤礦安全,2011(6)：4-6.

【關鍵詞】帶壓封孔 裂隙圈 注漿 返漿

李勝(1971—),男,四川成都人,1992年畢業于新疆煤炭專科學校,現為新疆焦煤(集團)有限公司1890煤礦總工程師。