瓦斯抽采鉆孔鉆屑充填封孔技術的研究與應用

呂許培

摘 要： 鉆屑充填封孔技術，利用現場打鉆所得煤屑與水泥按一定比例混合成漿并加入適量添加劑后通過兩堵一注囊袋式封孔器進行注漿的一種封孔技術，提高了瓦斯抽采濃度，節省了封孔所需材料，降低了封孔成本。

關鍵詞： 鉆屑充填;囊袋式封孔器;封孔技術

在煤礦瓦斯抽采中，鉆屑作為一種新型封孔材料，以煤封煤，克服了常用封孔材料的種種弊端，一定配比的該材料有著粘結性強、強度大、收縮性小、滲透性小等特點，能夠解決實際工程中由封孔材料收縮變形引起的漏氣問題。分別通過實驗室實驗和現場試驗驗證兩部分進行比較不同封孔材料的凝固、膨脹特性以及封孔效果，驗證鉆屑封孔材料的優勢所在。

1 實驗室論證

材料成分配比和實驗結果與分析。實驗利用水泥砂漿膨脹收縮測量儀器測量不同配比的試驗樣品的有效變形量。

第一組實驗：水灰比（W/C）分別為1、0.8、0.6共計三份，其中每份灰分中的細煤粉和42.5普通硅酸鹽水泥摻量所占比例分別為：70%、30%。

水泥中加入70%細煤粉，在1-3d時，均出現微膨脹現象，3-7d時，出現微收縮，7-14d時出現明顯收縮，14-28d時，收縮量減小。7-14d時，當水灰比為1時均無明顯變形，而水灰比為0.8、0.6時均產生了明顯的收縮變形，并且變形量隨水灰比的變小而變大，與水泥相類似。細煤粉使水泥石結構更加密實，孔隙率減小，阻礙了外界水分進入水泥石內部，增加了硅酸鹽水泥的自收縮，但細煤粉具有吸水后的微膨脹性，整體上抵消部分收縮量，總量上表現為微量收縮。

第二組實驗：水灰比（W/C）亦為1、0.8、0.6的三份實驗樣品，而其中每份灰分中細煤粉和42.5普通硅酸鹽水泥、外添劑摻量所占比例分別為：70%、20%、10%。

不同水灰比的漿料在1-3d時明顯的膨脹變形，而在7-14d時出現膨脹量變小，并且漿料混合物的膨脹值當水灰比為0.6時最大，當水灰比為1時最小。這種現象與水泥的變形量規律不同。外加劑中還有較多膠體顆粒，這些膠體將水密封進煤粉的孔隙中，使煤粉長期保持水分，同樣膠體也使水泥長期保持水分，煤粉和水泥長期處于濕度較多的環境，煤粉處于膨脹狀態，整體上表現為明顯的膨脹變形。

2 現場試驗驗證

2.1 鉆屑充填封孔技術

現行的封孔方式為囊袋式注AB膠封孔技術，其原理是在離孔口位置1m以里4m長的封孔囊袋內注入AB液，利用AB液的凝膠作用進行封孔，其實際封孔段為4m。

鉆屑充填封孔技術使用的封孔裝置為兩堵一注封孔器，其原理是在離孔口位置1m以里有一個1m長的囊袋，在離花管位置1m處有一個1m長的囊袋，兩個囊袋所包裹的注漿管段均有一個出漿口。在注漿管中部有一個爆破閥，其作用是在兩個囊袋充滿漿液固料后隨著注漿管內漿液壓力增大而爆破，進而使漿液充滿整個抽放鉆孔。

2.2 鉆屑充填封孔技術的應用

在己16-17-22050機巷進行順層鉆孔封孔，利用鉆屑充填封孔技術在封孔的過程中需將兩堵一注封孔器固定在瓦斯抽放管上送入施工完好的鉆孔中，配制水與鉆屑體積比為0.8：1的漿液并加入一定量的添加劑。然后，利用氣動注漿泵將所配制的漿液注入封孔器，在漿液注滿封孔器兩端囊袋之前，注漿壓力逐漸增大，當囊袋充滿固體漿料，壓力沖破爆破閥（爆破閥爆破壓力為0.6～0.7MPa），注漿壓力會突然減小，且在注滿兩個囊袋之間鉆孔空隙的過程中會逐漸增大，并最終達到1MPa為封孔完畢;利用囊袋式注AB膠封在封孔的過程中需將囊袋式封孔器固定在瓦斯抽放管上送入施工完好的鉆孔中，配制水與水泥體積比為1：0.8的漿液。然后，利用氣動注漿泵將所配制的漿液注入封孔器，在漿液注滿封孔器4m長的囊袋之前，注漿壓力逐漸增大，當囊袋注滿，壓力達到一定值即為完成封孔。

利用鉆屑充填封孔技術所封鉆孔于4月21日連孔抽放，數據記錄始于5月9日;利用囊袋式注AB膠封孔技術封鉆孔于4月11日連孔抽放，數據記錄始于5月1日;持續觀測記錄時間均為2個月，封孔的數據記錄如表1、表2所示。

2.3 鉆屑充填封孔技術的應用效果

通過鉆屑充填封孔技術在己16-17-22050機巷進行順層鉆孔封孔的現場應用觀測，以及所封鉆孔連孔抽放20天之后兩個月內的單孔平均濃度作為評判指標，與現行使用的囊袋式AB膠封孔工藝所封鉆孔進行對比。

在2018.05.09～2018.06.28期間對利用鉆屑充填封孔技術封孔單孔濃度數據進行跟蹤觀測所得平均濃度在13.90%～17.23%之間，可得所封5組鉆孔平均濃度為15.58%;且在2018.05.01～2018.06.29期間對利用囊袋式注AB膠封孔技術封孔單孔濃度數據進行跟蹤觀測所得平均濃度在8.94%～11.22%之間，可得所封5組鉆孔平均濃度為9.35%，兩種封孔工藝封孔效果對比示意圖如下圖所示。

3 結論

添加外加劑的細煤粉與硅酸鹽混合物處于膨脹狀態，而且較長時間保持水分，具有較長時間的膨脹變形，符合封孔要求;封孔單孔成本較囊袋式注AB膠封孔技術降低了40%～50%，平均單孔濃度提高了60%～70%;大幅度的減少了材料成本的投入且現場易得，無需運輸，減少了勞動強度，更能為煤礦企業的發展能夠提供更大的利益空間。

參考文獻：

[1]國家安全生產監督管理總局.煤礦瓦斯抽放規范[M].2006.

[2]國家安全生產監督管理總局.防治煤與瓦斯突出規定[M].北京：煤炭工業出版社，2009.