關于瓦斯抽采鉆孔化學注漿封孔技術的運用分析

張濤

摘 要：目前所使用的抽采鉆孔封孔技術尚未完善，還存在著封孔較淺、長度不夠、封堵的質量比較差等缺點。對此，特提出一種新型封孔技術--化學注漿封孔技術，可以有效解決這些問題，保證封孔的質量，提高瓦斯抽采的效率。將該技術應用于河南省新龍礦業有限公司的煤與瓦斯突出礦井之后，取得了不錯的成效。

關鍵詞：瓦斯抽采；鉆孔封孔；化學注漿；應用分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.038

1 前言

為了保證煤礦開采安全，必須要抓緊瓦斯防治工作。瓦斯抽采可以有效控制煤礦內瓦斯的濃度，是瓦斯防治的主要措施之一，而瓦斯抽采的關鍵技術就是鉆孔封孔技術。當前所使用的封孔技術有以下幾種：水泥封孔技術、發泡材料封孔技術、封孔器封孔技術等。這些封孔技術分別應用于不同的條件下的瓦斯抽采，但是每種在應用時都存在一定的缺陷。針對這些問題，特提出化學注漿封孔技術。

2 礦井的基本概況

河南省新龍礦業隸屬于河南神火集團有限公司，礦井地處河南省禹州市南部，礦井設計時的產煤速度為0.9Mt/a，主要開采二疊紀時期遺留下來的山西組二1煤層，最大煤層厚度約11m，平均厚度約為4.5m，傾斜角度為8-15度；該礦井中瓦斯的壓力為0.6-2.75MPa，瓦斯的濃度為5.73-13.93m3/t；煤層的硬度在0.2左右，透氣度約為0.001-0.045。

3 瓦斯抽采鉆孔化學注漿封孔技術的運用

3.1 化學注漿的原理

在對煤層的巷道進行開采以后，巷道附近會發生一定程度的松動，這些松動就會導致某些細小裂縫的出現。而在瓦斯抽采鉆孔施工時，鉆頭會使周圍產生較大的應力，從而使得鉆孔周圍也出現許多裂縫。當這些鉆孔產生的裂縫與松動產生的裂縫連通在一起時，就會在孔洞周圍形成一條裂縫帶，當鉆孔封孔完成以后，這條裂縫帶就成為泄露的主要通道。所以，對于裂縫帶的封堵，才是封孔技術的關鍵。對此，要求封孔的長度至少要超出松動圈裂縫的范圍，同時為了節約施工成本，封孔的長度也不宜過長。在選擇了合適的封孔長度以后，需要用到發泡漿料在孔洞內構建一個封閉的空間，如圖1。使用化學注漿的方式將發泡漿料注滿整個孔洞以后，發泡漿料會逐漸擴散到孔洞附近的裂縫帶當中。但是由于不同性質的界面之間存在著界面張力，使得發泡漿料在滲透時只停留在裂縫帶的表面，形成一層表面滯留層。這層表面滯留層大大降低了發泡漿料的滲透程度，對漿料滲透造成了很大的阻礙作用，而且這種阻礙作用會受到表面滯留層的顆粒比表面積的影響而產生變化。所以，在發泡漿料滲透進裂縫帶時，需要施加一定的壓力，才能使發泡漿料突破表面滯留層的阻礙，進入到裂縫帶內部。等到發泡漿料在裂縫帶內充分反應、膨脹、凝固以后，就可以有效地填充孔洞附近的裂縫，降低瓦斯抽采時漏氣的可能性，提高瓦斯抽采的效率[1]。

3.2 化學注漿的相關材料

目前可用于化學注漿的材料主要有水泥、黏土、聚氨酯材料、聚亞胺膠脂材料等，使用這些材料時都會產生一定的問題，比如封孔的長度不夠、質量不高、成本高、適用范圍小等。

3.3 化學注漿的材料

該礦井所使用的化學注漿材料為賽瑞封孔材料。它在充分反應凝固以后所生成的聚合物抗壓性能比較好、不易產生收縮、不易燃燒、結合力強、密封質量高[2]。

3.4 化學注漿封孔技術

（1）在瓦斯抽采管道最前端約0.75m的位置開始往后端均勻地纏繞棉質紗布，纏繞的長度大概是0.5m，纏好之后用鐵絲將其捆牢，如果鉆孔的方向是向下的，那么可以適當地延長棉質紗布纏繞的長度。

（2）在棉質紗布上涂上一層賽瑞封孔材料，涂抹時要注意均勻性，然后將管道連接起來，將管道送入孔洞內。

（3）把長度大概為2m的注漿管道放入孔洞當中，同時，把涂抹了賽瑞封孔材料的棉質紗布堵在裂縫帶的位置。

（4）將賽瑞封孔材料輸入到注漿壓力泵當中，并通過手動控制開啟注漿壓力泵，將賽瑞封孔材料注入到已形成密閉空間的孔洞當中去。

（5）在注漿過程結束以后，注漿壓力泵不能馬上關閉，還需要維持一段時間的壓力，使得賽瑞封孔材料能夠突破表面滯留層的阻礙，進入到裂縫帶內部，直到漿料完全凝固以后，才可以關閉注漿壓力泵，撤去壓力，并卸載相應的部件，逐一進行清洗、保管[3]。

4 化學注漿封孔技術應用效果

為了驗證化學注漿封孔技術的實用性，特將其與棉蘸發泡材料封孔技術進行比較，設計對比實驗。在實驗場所進行鉆孔，兩塊區域各鉆10個孔，計算好材料的用量，然后將相應的設備都準備齊全，開始進行實驗。在實驗過后，經過兩個月的觀察測量發現：使用化學注漿封孔技術處理過的實驗區域，在一個月后的平均瓦斯抽采濃度還能達到60%，而使用棉蘸發泡材料封孔技術的實驗區域，一個月后的平均瓦斯抽采濃度僅為20%左右，由此可見，化學注漿封孔技術的封孔效果遠遠優于棉蘸發泡材料封孔技術。

5 結束語

實驗結果表明，化學注漿封孔技術的應用效果明顯優于其他封孔技術，其不僅能夠延長封孔的長度，增加封孔的深度，還能夠有效填充孔洞附近的裂縫帶，降低了瓦斯泄露的可能性，增強了孔洞封堵的密封性，提高了瓦斯抽采的濃度，延長瓦斯抽采的時間，使得瓦斯抽采作業能獲得更多的經濟效益，促進礦產企業的發展。

參考文獻：

[1]王兆豐，武煒.煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式剖析[J].煤炭科學技術，2014，42（06）：31-34+103.

[2]王振鋒，周英，孫玉寧，王永龍.新型瓦斯抽采鉆孔注漿封孔方法及封堵機理[J].煤炭學報，2015，40（03）：588-595.