瓦斯抽采鉆孔新型封孔方法的研究與應用

趙鑫磊

（霍州煤電集團李雅莊煤礦綜采準備隊，山西 霍州 031400）

1 原封孔方法存在的問題

李雅莊煤礦瓦斯治理過程中，抽采鉆孔使用聚氨酯封孔較為常見，封孔一般包括三個工序：坐底、孔口封堵及注漿。坐底工序相對復雜，主要方法有倒聚氨酯法、吹聚氨酯法及抽拉式坐底法。傳統的坐底方法存在問題如下：

（1）倒聚氨酯法。存在聚氨酯膨脹時間無法控制，經常出現聚氨酯已膨脹而抽采管未下到預定位置現象；

（2）吹聚氨酯法。若孔內有水，聚氨酯遇水膨脹率低或不膨脹；

（3）抽拉式坐底法。聚氨酯在孔底黑白藥混合不充分，膨脹率低，效果較差。

由于工序相同，又存在共同的不足：

（1）三個工序分開進行，程序較復雜；

（2）聚氨酯坐底成功與否，效果如何，無法知曉，經常出現坐底不實而造成整個鉆孔被堵實現象；

（3）聚氨酯坐底需要根據孔壁巖性情況確定聚氨酯用量，往往很難掌握；

（4）聚氨酯膨脹時發出大量的熱量，可能造成煤炭自燃或封孔套管變形。

因此，根據現場需要研發了一款新型的囊袋帶壓注漿式封孔器，可以解決上述存在的問題。

2 囊袋帶壓注漿式封孔器結構及原理

2.1 封孔器結構

囊袋帶壓注漿式封孔器結構見圖1所示。它由注漿管、返漿管、單向閥、爆破閥及兩個囊袋組成。注漿管從兩個囊袋中間穿過，并連成一體，其出口在孔底囊袋，在孔口囊袋中有一個單向閥，在兩個囊袋中間有一個爆破閥。返漿管僅穿過孔口囊袋，在其返漿出口有過濾器。如果注漿管或返漿管需要加長，可以通過直通進行連接，抽采管從囊袋中間穿過。

2.2 封孔原理

囊袋帶壓注漿式封孔器封孔原理為：先下入兩個囊袋到指定位置，通過連接在囊袋上的注漿管注漿，將囊袋腔體內注滿水泥，注漿壓力達到爆破閥爆破壓力后爆破閥爆破，水泥進入兩個囊袋間環狀間隙，繼續注漿注滿環狀間隙達到封孔目的。注漿水泥的初凝時間為10～12min，爆破閥爆破壓力為1.5～2.0MPa。

圖1 囊袋帶壓注漿式封孔器結構圖

3 囊袋帶壓注漿式封孔器使用方法

（1）根據要求的封孔深度，準備好注漿管、直通等封孔材料。

（2）打開封孔器的孔底囊袋，將抽采套管套入囊袋內，兩端用細鐵絲扎緊。

（3）繼續下入抽采套管、4分注漿膠管（注漿管之間用直通連接）至封孔深度以淺2～3m處。

（4）打開封孔器孔口囊袋，將孔口的抽采套管套入囊袋，將孔內注漿管與孔口囊袋注漿管用直通連接好后，一起下入孔內，孔口囊袋外端離孔口300mm左右。

（5）按0.7∶1的水灰比配制漿液，并攪拌均勻。

（6）注漿管與注漿泵相連后，采用注漿泵向孔內注漿。漿液通過注漿管在孔底囊袋內的出口及孔口囊袋內的單向閥進入兩個囊袋。隨著注漿壓力的升高，囊袋逐步膨脹直至完全抵住孔壁，達到坐底的作用，當壓力繼續升高達到一定值后，爆破閥打開，此時漿液進入鉆孔與抽采管之間的環狀間隙，達到封孔的目的。

（7）返漿管先后返濁水、清水及漿液，當返漿管返漿液時，將返漿管折彎并用鐵絲扎緊，待注漿壓力穩定在1.5MPa及以上時，注漿結束。

（8）把注漿管及返漿管折彎入孔內，孔口用水泥漿液抹平。

4 效果分析

為了考察囊袋帶壓注漿式封孔器封孔效果，分別在李雅莊煤礦中央區及李雅莊煤礦1414（3）運順揭煤區進行了試用，使用效果較好。

4.1 中央區使用情況

使用地點在東進風井、回風井井筒揭8煤，設計共632個下向鉆孔，使用Φ63.5/73mm肋骨鉆桿配合Φ113mm復合片鉆頭施工，鉆進過程中全程壓風排渣；鉆孔穿過8煤層底板1m，鉆孔施工到位后，采用壓風吹出鉆屑保持孔內通透。鉆孔采用全程下護孔套管，孔口一根采用2寸鐵管，其余為1.5寸套管。

先期約50個鉆孔使用普通方式封孔，孔內有水時，聚氨酯坐底不穩定，鉆孔內瓦斯濃度低，只有5%左右。有的鉆孔漏漿，造成鉆孔報廢。后更改為全部使用囊袋帶壓注漿式封孔器，不受孔內積水影響，鉆孔通過水泥注漿將套管與孔壁之間積水排出，用速凝水泥充填，鉆孔及周邊裂隙封閉嚴實，封孔質量明顯提高，干管瓦斯濃度最大47.4%，且未出現鉆孔報廢現象。

4.2 1414（3）運順揭煤區使用情況

使用地點為顧橋礦南區1414（3）運順揭煤鉆孔，設計232個孔，鉆孔采用直徑113mm鉆頭施工，巖石段采用清水排渣工藝施工，預見13-l煤前3m改用壓風排渣工藝施工直至穿過13-1煤層進入頂板1m。鉆孔孔口往里依次下一根2寸鐵管，一根2寸PVC實管，然后通過變頭連接l寸PVC實管到見13-1煤前lm，最后下花管直至孔底。

鉆孔施工初期采用普通封孔方式封孔，因該孔圍巖破碎，孔內有水，封孔效果不佳，干管瓦斯濃度為2%，經多次注漿后只能提升至10%。針對鉆孔施工中遇到的問題，改用囊袋帶壓注漿式封孔器，囊袋帶壓注漿式封孔器注漿水泥能夠在水中膨脹、凝結，針對鉆孔周圍的破碎圍巖、孔內出水情況有很好的效果。使用囊袋帶壓注漿式封孔器后，干管瓦斯濃度為35%，單孔濃度最高達95%。

4.3 效果分析

通過現場使用，囊袋帶壓注漿式封孔器取得了較好的效果。

（1）囊袋帶壓注漿式封孔器操作簡單，穩定性好，減少現場封孔因人為因素影響封孔質量情況的出現。

（2）普通封孔方式封孔需要1.5～2h時間，囊袋帶壓注漿式封孔器封孔需要約20min。與普通封孔方式比較，囊袋帶壓注漿式封孔器封孔時間短，效率高。

（3）囊袋帶壓注漿式封孔器使用的水泥性能好，凝固后不收縮，封孔質量好。

（4）囊袋帶壓注漿式封孔器適用范圍廣，穿層孔、順層孔等均可使用，只需根據孔深計算注漿管、返漿管長度即可。

（5）囊袋帶壓注漿式封孔器空間密閉，能夠有效防止鉆孔有水時封孔不嚴。

5 總結

新型囊袋帶壓注漿式封孔器實踐應用效果比較理想，但在使用過程中還存在以下問題，需在以后的應用過程中進一步改進。

（1）注漿管、返漿管使用PVC材質套管，耐壓能力差，帶壓注漿時易造成注漿管、返漿管破裂；

（2）速凝水泥成本較高，單個鉆孔花費大，需根據不同鉆孔類型選用。