LH—WFN—I型快速囊袋封孔裝置順層瓦斯抽采鉆孔新技術及其應用

摘 要：順層鉆孔預抽瓦斯技術受煤層條件和封孔質量的影響效果較差，為了進一步提高彬長集團大佛寺礦的瓦斯抽采率，礦方決定采用主動式膨脹支護封孔原理研制的快速囊袋式注漿封孔裝置，該裝置可以顯著增加注漿時的注漿壓力，有效的封閉鉆孔周圍裂隙，使鉆孔封孔長度變得可控、可調，有效的解決了封孔中存在的鉆孔濃度。

關鍵詞：順層鉆孔；瓦斯抽采；快速囊袋式注漿封孔裝置

1 概述

瓦斯治理與利用的根本措施和主要途徑是瓦斯抽采，最大限度的預抽瓦斯，防止瓦斯超限及瓦斯突出，而瓦斯抽采的效率主要受封孔效果的影響[1]，因此現階段的瓦斯抽采抽放技術研究主要集中在封孔工藝方面，包括封孔裝置、封孔材料、封孔設備等。順層鉆孔預抽瓦斯是現階段各高瓦斯礦井和瓦斯突出礦井主要采用的一種區域性抽采和防突技術，該技術有效地防治了煤與瓦斯突出事故的發生，但在實際施工中，由于鉆孔在煤層中施工，周圍煤體相對比較松軟，裂隙發育程度較高，鉆孔成型效果差，同時封孔質量不高，諸多因素造成順層鉆孔瓦斯抽采的濃度低下、漏氣率高、抽采效果不佳，大量集聚瓦斯得不到有效抽采，嚴重威脅礦井的安全、高效生產[2-5]。

彬長礦區大佛寺礦是一座現代化的高產高效礦井，隨著開采強度的增大和開采條件日趨復雜，瓦斯已成為制約礦井發展的主要因素之一。該礦自2012年初使用陜西藍?？萍加邢薰竞椭袊V業大學共同研發生產的LHFK-1型封孔劑兩年多來，瓦斯抽采率大幅度提升；為了進一步提升瓦斯抽采率，縮短施工周期和提高密封效果，經過市場考察及研究決定采用陜西藍海最新產品LHFK-1型快速囊袋封孔裝置配合LHFK-1型封孔劑使用，選定在大佛寺礦井的西二總回二號聯巷鉆場預抽鉆孔進行全程密封試驗；采用新裝置及新技術后，鉆孔封孔質量及瓦斯抽放效果顯著提升。

2 工作面概況

順層瓦斯抽采鉆孔采用LHFK-1型快速囊袋封孔裝置配合LHFK-1型封孔劑封孔實驗工作面為陜西彬長礦業集團大佛寺礦西二總回二號聯巷，該工作面煤體松軟、裂隙發育程度高、瓦斯預抽鉆孔成孔率較低，塌孔現象非常嚴重。

大佛寺煤礦過去一直采用的是先將馬麗散封堵鉆孔兩端再進行帶壓注漿的封孔工藝，由于馬麗散自身存在著反應速度過快，反應時間難以控制，凝固后硬度過低，密度小等缺點，導致鉆孔兩端封堵不嚴實，在后期的注漿過程中承壓能力有限，鉆孔封孔密實性差，瓦斯抽采濃度普遍較低，更有甚者出現一部分鉆孔漏氣現象，極大地影響了封孔劑的使用效果。

實驗鉆場瓦斯抽放鉆孔孔徑為Φ153mm；封孔深度12m，采用Φ110mm由排管，傾角平均在5°左右。

3 封孔方法

3.1 封孔材料和裝置的選擇

LHFK-I型封孔劑是由高分子材料及多種助劑復配而成，外觀為灰色粉末，無毒、無味、無污染、無腐蝕性，所有組份均屬無機系，有不燃、不助燃、阻燃的特性。產品按一定比例兌水施工（水料比為1：1），施工過程料漿發生單純的物理絡合反應，反應過程不劇烈，無明顯熱量放出，無有毒有害氣體生成。操作簡單，安全可靠，封孔長度容易控制，初凝時間可調，凝固速度快，密封鉆孔周邊松散煤體和縫隙，凝固膨脹后不析水，膨脹系數高，凝固后微膨脹，密封密實，經濟實用，成本較低。

LH-WFN-I型快速囊袋封孔裝置采用“兩堵一壓”的封孔原理，根據所需封孔長度，設定封閉裝置之間的距離，通過一根注漿管把速凝膨脹封孔劑漿液先密封兩端，利用注漿泵注漿壓力使兩端囊帶鼓起，封閉鉆孔，再持續帶壓自行向中間密封腔注漿，充實并壓入孔壁裂隙內，實現有效快速密實封孔。裝置工作示意圖如圖1所示。

囊袋式“兩堵一壓”封孔法既能使鉆孔周圍的裂隙得到充填，消除開孔時形成的漏氣通道（裂隙），消除初期漏氣通道，同時又能使鉆孔得到可靠的支護，保證鉆孔的穩定，使鉆孔周圍不易產生新的漏氣通道（裂隙），避免后期漏氣通道的產生和發展。該裝置一次注漿即可實現密封效果，適應于不同孔徑的鉆孔及抽放管，可以保證有效封孔長度，實現密閉封孔質量，且安裝簡便、經濟實用、適用性強、工作效率高，使用后大大提高了瓦斯抽采濃度。

3.2 封孔施工工藝

3.2.1 封孔設備與襯料

風動注漿泵、攪拌桶（50L或者100L）、PE管、PE花管、PE管直接、鐵絲、鉗子、小刀、LHFK-I型速凝膨脹封孔、LH-WFN-1型快速囊袋封孔裝置。

3.2.2 封孔工藝

LHFK-l型速凝膨脹封孔劑和LH-WFN-1型快速囊袋封孔裝置的“兩堵一壓”封孔施工新工藝，在封孔材料和施工工藝上保證了封孔質量。封孔工藝介紹如下：

（1）鉆孔施工。按照鉆孔設計要求及安全技術措施規定確保鉆孔施工質量，在鉆孔封孔段內不得出現傘檐狀、臺階狀、彎曲狀鉆孔。

（2）清孔。封孔前，封孔段必須用壓風清掃干凈。

（3）管路鋪設。在抽采花管與抽采實管的連接位置處附設封孔囊袋裝置中最前端的一個囊袋，使抽采管路從該囊袋中空處穿過，并使用鐵絲或膠布將囊袋的兩端緊縛在抽采管路上，隨后送入鉆孔內并依次連接抽排實管。在連接到最后一根實管時，將封孔裝置中的另一端囊袋從該管路中穿過并使用鐵絲將其固定在距抽放管最外端口0.5-0.6m位置處，隨后將其送入鉆孔預定位置，并保證抽采管路及注漿管路外部預留0.3m?？卓诙朔饪啄掖嗫卓陬A留0.3m，目的是等注漿完畢后采用泥巴裝的速凝膨脹封孔劑密封孔口，確?？卓谡麧嵜烙^。

（4）壓注封孔材料。采用風動泵注漿，將速凝膨脹封孔劑與水按照一定比例混合后注入孔中。注入的漿液先注入到兩端的囊袋中，使兩端的囊袋鼓起來，達到密封鉆孔兩端的作用。當注漿壓力達到0.7～0.8MPa時，注漿管路預留的爆破閥門自動裂開，此時漿液自行注入兩個囊袋之間的中間腔段，直至注漿壓力達到1.2MPa時即可停止。持續大壓力的注漿必將有效充填鉆孔周圍的裂隙。由于速凝膨脹封孔劑具有凝固后不析水，凝固后微膨脹的特點，因此在停泵后，漿液凝固過程中，封孔材料將繼續膨脹，充填裂隙，達到密封鉆孔的目的。endprint

（5）合茬抽采。待注漿4小時后，即可連接抽采管路進行瓦斯抽采。

4 應用效果分析

通過文章分析，該礦使用LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-I型快速封孔囊袋裝置封孔后，效果如下：

（1）瓦斯抽放濃度顯著提高。采用馬麗散和LHFK-1型封孔劑材料的鉆孔瓦斯抽采濃度一般，而LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-1型快速封孔囊袋裝置密封的鉆孔明顯提高了順層鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采負壓，且瓦斯抽采濃度和負壓周期衰減均小于馬麗散封孔。

（2）采用馬麗散作為順層鉆孔兩端封堵的封孔工藝，在后期的帶壓注漿過程中，其注漿壓力最高能達到0.7Mpa，而采用封孔囊袋裝置其后期帶壓注漿的壓力可以達到1.2Mpa以上，因此鉆孔周邊裂隙才能充填的更加密實，從而保證封孔效果。

（3）使用封孔囊袋相比較馬麗散的成本更低廉，性價比更高，使用配件更少，減少后勤保障，節約成本。

（4）從施工效率來看，由于封孔囊袋施工操作簡單、方便，單孔封孔用時及人為要明顯少于馬麗散封孔，從而大大提高了工人的勞動效率。

（5）馬麗散由于反應速度過快，在施工中對工人的技術及熟練程度要求很高，否則很難及時順利的送入鉆孔預定深度，難以保證達到設計封孔長度，而囊袋封孔工藝不受此制約，且封孔長度可進行調整。

5 結束語

囊袋式注漿封孔法的關鍵技術是孔內一次性囊袋注漿裝置。該裝置通過兩個囊袋先封堵鉆孔兩端，兩個注漿囊袋膨脹后再密封鉆孔中間段，從而達到全程封堵的目的。囊袋式注漿封孔法的裝置結構新穎、構思巧妙，操作簡單，實用性強，封孔效果較聚氨酯、瑪麗散等有機材料有顯著的提高，是提高煤層瓦斯抽采率的一種創新型產品及封孔工藝。

該技術成功在大佛寺礦西二總回二號聯巷鉆場工作面的應用，使試驗區域順層鉆孔瓦斯抽采濃度顯著提高了20%以上，且增加了瓦斯抽采周期和抽采負壓，提高了工人的施工效率，同時也可為該礦在瓦斯治理工作資金投入方面節約大量成本，實現了社會與經濟效益的雙贏。因此，LH-WFN-1型快速囊袋封孔裝置封孔工藝是治理瓦斯，解決抽采難題的首選創新型技術。

參考文獻

[1]林柏泉，崔恒信.礦井瓦斯防治理論與技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，1998.

[2]馬丕梁，范啟煒.我國煤礦抽放瓦斯現狀及其展望[J].中國煤炭，2004，30（2） .

[3]秦法秋，秦剛偉.突出煤層底板抽放巷區域消突技術實踐探討[J].煤炭科學技術，2010（1）：225-227.

[4]聶政.淮北煤田區域性防治煤與瓦斯突出對策[J].煤炭科學技術，2008（1）：54-57.

[5]張志良，杜潤魁，蘭發林.礦井區域綜合防突關鍵技術探討[J].中國煤炭，2010，36（7）.

作者簡介：翁奇（1987-），男，陜西涇陽人，2010年畢業于河北工程大學采礦工程專業，本科學歷?，F任陜西彬長大佛寺礦業有限公司通風部科員。endprint

（5）合茬抽采。待注漿4小時后，即可連接抽采管路進行瓦斯抽采。

4 應用效果分析

通過文章分析，該礦使用LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-I型快速封孔囊袋裝置封孔后，效果如下：

（1）瓦斯抽放濃度顯著提高。采用馬麗散和LHFK-1型封孔劑材料的鉆孔瓦斯抽采濃度一般，而LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-1型快速封孔囊袋裝置密封的鉆孔明顯提高了順層鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采負壓，且瓦斯抽采濃度和負壓周期衰減均小于馬麗散封孔。

（2）采用馬麗散作為順層鉆孔兩端封堵的封孔工藝，在后期的帶壓注漿過程中，其注漿壓力最高能達到0.7Mpa，而采用封孔囊袋裝置其后期帶壓注漿的壓力可以達到1.2Mpa以上，因此鉆孔周邊裂隙才能充填的更加密實，從而保證封孔效果。

（3）使用封孔囊袋相比較馬麗散的成本更低廉，性價比更高，使用配件更少，減少后勤保障，節約成本。

（4）從施工效率來看，由于封孔囊袋施工操作簡單、方便，單孔封孔用時及人為要明顯少于馬麗散封孔，從而大大提高了工人的勞動效率。

（5）馬麗散由于反應速度過快，在施工中對工人的技術及熟練程度要求很高，否則很難及時順利的送入鉆孔預定深度，難以保證達到設計封孔長度，而囊袋封孔工藝不受此制約，且封孔長度可進行調整。

5 結束語

囊袋式注漿封孔法的關鍵技術是孔內一次性囊袋注漿裝置。該裝置通過兩個囊袋先封堵鉆孔兩端，兩個注漿囊袋膨脹后再密封鉆孔中間段，從而達到全程封堵的目的。囊袋式注漿封孔法的裝置結構新穎、構思巧妙，操作簡單，實用性強，封孔效果較聚氨酯、瑪麗散等有機材料有顯著的提高，是提高煤層瓦斯抽采率的一種創新型產品及封孔工藝。

該技術成功在大佛寺礦西二總回二號聯巷鉆場工作面的應用，使試驗區域順層鉆孔瓦斯抽采濃度顯著提高了20%以上，且增加了瓦斯抽采周期和抽采負壓，提高了工人的施工效率，同時也可為該礦在瓦斯治理工作資金投入方面節約大量成本，實現了社會與經濟效益的雙贏。因此，LH-WFN-1型快速囊袋封孔裝置封孔工藝是治理瓦斯，解決抽采難題的首選創新型技術。

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[4]聶政.淮北煤田區域性防治煤與瓦斯突出對策[J].煤炭科學技術，2008（1）：54-57.

[5]張志良，杜潤魁，蘭發林.礦井區域綜合防突關鍵技術探討[J].中國煤炭，2010，36（7）.

作者簡介：翁奇（1987-），男，陜西涇陽人，2010年畢業于河北工程大學采礦工程專業，本科學歷?，F任陜西彬長大佛寺礦業有限公司通風部科員。endprint

（5）合茬抽采。待注漿4小時后，即可連接抽采管路進行瓦斯抽采。

4 應用效果分析

通過文章分析，該礦使用LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-I型快速封孔囊袋裝置封孔后，效果如下：

（1）瓦斯抽放濃度顯著提高。采用馬麗散和LHFK-1型封孔劑材料的鉆孔瓦斯抽采濃度一般，而LHFK-I型封孔劑材料和LH-WFN-1型快速封孔囊袋裝置密封的鉆孔明顯提高了順層鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采負壓，且瓦斯抽采濃度和負壓周期衰減均小于馬麗散封孔。

（2）采用馬麗散作為順層鉆孔兩端封堵的封孔工藝，在后期的帶壓注漿過程中，其注漿壓力最高能達到0.7Mpa，而采用封孔囊袋裝置其后期帶壓注漿的壓力可以達到1.2Mpa以上，因此鉆孔周邊裂隙才能充填的更加密實，從而保證封孔效果。

（3）使用封孔囊袋相比較馬麗散的成本更低廉，性價比更高，使用配件更少，減少后勤保障，節約成本。

（4）從施工效率來看，由于封孔囊袋施工操作簡單、方便，單孔封孔用時及人為要明顯少于馬麗散封孔，從而大大提高了工人的勞動效率。

（5）馬麗散由于反應速度過快，在施工中對工人的技術及熟練程度要求很高，否則很難及時順利的送入鉆孔預定深度，難以保證達到設計封孔長度，而囊袋封孔工藝不受此制約，且封孔長度可進行調整。

5 結束語

囊袋式注漿封孔法的關鍵技術是孔內一次性囊袋注漿裝置。該裝置通過兩個囊袋先封堵鉆孔兩端，兩個注漿囊袋膨脹后再密封鉆孔中間段，從而達到全程封堵的目的。囊袋式注漿封孔法的裝置結構新穎、構思巧妙，操作簡單，實用性強，封孔效果較聚氨酯、瑪麗散等有機材料有顯著的提高，是提高煤層瓦斯抽采率的一種創新型產品及封孔工藝。

該技術成功在大佛寺礦西二總回二號聯巷鉆場工作面的應用，使試驗區域順層鉆孔瓦斯抽采濃度顯著提高了20%以上，且增加了瓦斯抽采周期和抽采負壓，提高了工人的施工效率，同時也可為該礦在瓦斯治理工作資金投入方面節約大量成本，實現了社會與經濟效益的雙贏。因此，LH-WFN-1型快速囊袋封孔裝置封孔工藝是治理瓦斯，解決抽采難題的首選創新型技術。

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[3]秦法秋，秦剛偉.突出煤層底板抽放巷區域消突技術實踐探討[J].煤炭科學技術，2010（1）：225-227.

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[5]張志良，杜潤魁，蘭發林.礦井區域綜合防突關鍵技術探討[J].中國煤炭，2010，36（7）.

作者簡介：翁奇（1987-），男，陜西涇陽人，2010年畢業于河北工程大學采礦工程專業，本科學歷?，F任陜西彬長大佛寺礦業有限公司通風部科員。endprint