抽采鉆孔漏氣修復技術現場應用

冉永進

（中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037）

煤礦開采過程中，煤層瓦斯治理的效果是影響礦井安全生產的主要因素。井下瓦斯的主要成分為甲烷，如果甲烷直接排放到大氣中，其溫室效應約為二氧化碳的21 倍。抽采煤層中的瓦斯，進行瓦斯利用，既能夠增加潔凈能源供應，也能減少溫室氣體排放。因此，為保證安全生產、保護環境和合理利用自然資源，需要高效地把煤體中的瓦斯抽采出來。抽采鉆孔中的瓦斯體積分數是體現抽采效果的直觀數據。貴州大多數礦井都存在抽采鉆孔內瓦斯體積分數高低差距大的情況，現場原因有很多，主要有以下幾點[1]：煤層透氣性差，抽采鉆孔少，抽采方案不合理，封孔質量差。

通過對營德煤礦現場抽采鉆孔內瓦斯體積分數的觀測，經過對比發現，導致抽采鉆孔內瓦斯體積分數較低的主要原因為抽采鉆孔封孔質量差、封孔深度不夠，導致抽采鉆孔漏氣。抽采鉆孔因為吸入了巷道內的空氣，導致瓦斯體積分數偏低。所以提出了抽采鉆孔修復技術，用以修復漏氣的抽采鉆孔，提高抽采鉆孔內瓦斯體積分數和瓦斯抽采效果。

1 工程背景

1.1 煤層賦存

井田的構造形態為一單斜構造，地層總體走向北西～南東，傾向45～53°，傾角在10～16°，平均14°。井田范圍內共發育有逆斷層1 條，即F1斷層。該斷層處于井田東南部邊界位置，控制長度約為1.0 km，傾向東南，傾角75～85°。因礦井未做地質詳細勘察，該斷層斷距及落差不詳。除F1斷層外，井田范圍內再無其他明顯斷層發育。總體來看，井田內地質構造復雜程度屬簡單類型。

目前營德煤礦正在對M28 煤層進行開拓，M28煤層開拓區域實測瓦斯含量最大為10 m3/t，煤的堅固性系數f 為0.72。根據對12802 運輸巷、12801運輸巷和12801 回風巷揭露的28 號煤層現場勘察：28 號煤層為黑色，厚約1.5 m，含夾矸0～1 層，煤層下部局部有軟分層，煤體光澤為半暗及暗淡型；小片狀構造，細小碎塊，層理紊亂無次序，粒狀或小顆粒膠結而成，無節理，成粘塊狀，斷口粒狀；用手捻之可成粉末、碎粒。根據《煤礦瓦斯等級鑒定辦法》附錄D 中煤的破壞類型分類表對煤的破壞類型分類特征的描述，可得出營德煤礦28 號煤層煤的破壞類型應屬Ⅲ～Ⅳ類。

1.2 礦井抽采鉆孔設計

礦井掘進工作面有802 運輸巷、802 回風巷和801 回風巷，鉆孔有效抽采影響半徑2.5 m，抽采鉆孔終孔間距5 m。掘進期間，已經施工了部分抽采鉆孔。在802 運輸巷向802 回風巷方向沿煤層施工抽采鉆孔間距為5 m，鉆孔長度為80 m；802 回風巷向802 運輸巷方向施工抽采鉆孔長度為80 m，工作面斜長150 m，抽采鉆孔交叉10 m，抽采鉆孔直徑75 mm。抽采鉆孔設計如圖1 所示。

圖1 802 工作面抽采鉆孔設計圖

目前采用的封孔方式為聚氨酯封孔，封孔長度10 m。施工完成后，以50 個抽采鉆孔為一組作為研究對象，通過觀察50 個抽采鉆孔內的瓦斯體積分數變化，發現其中30 個抽采鉆孔瓦斯體積分數保持在35%以上，其他有20 個抽采鉆孔內的瓦斯體積分數，一個星期后下降到了3%～8%。

通過研究表明，抽采鉆孔瓦斯體積分數低的主要原因為：（1）抽采鉆孔封孔深度不夠。抽采鉆孔封孔深度的多少直接影響封孔質量的高低，一般封孔深度要求9～15 m 之間；（2）封孔工藝缺陷。聚氨酯是一種膨脹發泡的材料，化學反應的過程和效果與材料混合程度相關，現場操作差異性大。如果混合不充分，反應時間長，膨脹率低，抽采鉆孔密封效果差。如果抽采鉆孔密封效果差，進行負壓抽采時，巷道內的空氣在抽采鉆孔內抽采負壓的作用下進入了抽采鉆孔，使得抽采鉆孔瓦斯體積分數迅速下降，影響了抽采效果，不能在規定的抽采時間內實現消突，留下安全隱患，同時影響了抽采瓦斯的有效利用。

M28 煤層整體煤體較硬，局部賦存有軟分層。50 個抽采鉆孔中，有30 個抽采鉆孔中瓦斯體積分數較高，說明鉆孔未塌孔，封孔效果良好；其他20個抽采鉆孔內瓦斯體積分數較低，通過現場觀察及鉆孔塌孔檢驗，確定為抽采鉆孔封孔不嚴，導致抽采鉆孔吸入巷道內的空氣，降低了抽采鉆孔內的瓦斯體積分數。選取10 個封孔效果好的鉆孔為組1，選取10 個漏氣的抽采鉆孔為組2，通過現場觀測，抽采鉆孔內平均瓦斯體積分數變化如圖2 所示。

圖2 平均瓦斯體積分數變化圖

從組1 和組2 平均瓦斯體積分數變化圖可以看出：封孔嚴密的抽采鉆孔內瓦斯體積分數變化較為平穩；而封孔效果差的抽采鉆孔中瓦斯體積分數為快速下降，抽采效果差，也降低了礦井抽采瓦斯的整體濃度，影響抽采達標和瓦斯利用。因此，提出了抽采鉆孔漏氣修復技術，以解決上述問題。

2 抽采鉆孔漏氣修復技術的應用

當前國內外采用的抽采鉆孔的封孔方式主要有機械注水泥砂漿封孔[2]、發泡聚合材料封孔[3]、封孔器封孔[4]、“兩堵一注”帶壓封孔等[5]。

本次采用的抽采鉆孔漏氣修復技術，主要采用增加封孔深度和帶壓注漿的方法，來修復已經漏氣的抽采鉆孔。

選取10 個漏氣的抽采鉆孔，使用94 mm 鉆頭對每個抽采鉆孔進行二次施工，施工長度15 m。施工完成后，采用囊袋封孔的工藝進行封孔，封孔深度15 m。將前端囊袋固定在封孔管前段，將后端囊固定在最后一根封孔管距孔口50 cm 處，管路鋪設完成后，連接注漿泵。注漿泵壓力表讀數逐漸增大至0.7 MPa，直至爆破閥自然爆破，壓力表讀數歸零。繼續注漿，此時開始注兩囊袋之間的區域，直至返漿管有大量漿液返出，關閉回漿管繼續帶壓注漿。當壓力表示數在1.2 MPa，表明兩個囊袋之間已注滿，立刻關閉注漿泵。鉆孔修復示意圖如圖3 所示。

圖3 鉆孔修復示意圖

修復鉆孔后，每天對每個抽采鉆孔內的瓦斯體積分數進行觀測，鉆孔平均瓦斯體積分數觀測結果如圖4 所示，由圖4 可以看出，實施鉆孔封孔修復后，抽采鉆孔內的平均瓦斯體積分數為30%～40%。原先單純使用聚氨酯封孔，封孔長度為10 m 時，抽采鉆孔內的瓦斯體積分數為3%～8%。通過對比表明，鉆孔修復技術有效地減少了抽采鉆孔漏氣，達到了預期的效果。

3 結論

（1）通過實施抽采鉆孔漏氣修復技術，大大提高了抽采鉆孔密封性，使得抽采鉆孔內的平均瓦斯體積分數由原來的3%～8%，提高到了35%。

（2）抽采鉆孔漏氣修復技術操作簡單、高效，為礦井瓦斯抽采和煤層瓦斯利用提供了有力的支撐。

圖4 修復前、后鉆孔平均瓦斯體積分數觀測結果