瓦斯抽采二次封孔技術研究及應用

摘 要 在礦井瓦斯抽放施工中，鉆孔封孔工藝會對瓦斯抽采效果產生較大影響，傳統的單次投入方式很難達到理想的瓦斯抽采效果，對此，可采用二次封孔新技術，能夠有效提升瓦斯抽放濃度，同時有效延長瓦斯抽放期。對此，本文首先對二次封孔技術原理進行介紹，然后以實際項目為例，對瓦斯抽采二次封孔技術應用要點進行詳細探究。

關鍵詞 瓦斯;二次封孔;原理

引言

在煤礦開采中，礦井瓦斯是十分嚴重的災害類型，對于煤礦開采安全會構成嚴重威脅。現如今，在瓦斯治理方面主要采用煤層瓦斯抽采技術，但容易受到環境地質因素、抽采鉆孔以及封孔技術等因素的影響，比如，在瓦斯抽采后期，封孔區域會產生裂隙通道，在抽采負壓的影響下，外界空氣可通過裂隙通道進入抽采鉆孔中，導致瓦斯抽采濃度快速衰減，在掘進施工中瓦斯超限，影響礦產開采安全性。通過利用二次封孔技術，能夠有效提升瓦斯抽采濃度，提升鉆孔利用率，因此，亟須對二次封孔技術在瓦斯抽采中的應用進行深入研究。

1二次封孔技術原理

首先進行第一次鉆孔封孔施工，對封孔質量進行檢查，在帶壓氣體的作用下，以一定壓力將微細膨脹粉料送入至煤層鉆孔中。在抽采負壓作用下，微細膨脹粉料可逐漸滲透至煤層周圍的網狀裂隙中，進而有效提升裂隙氣體的流動阻力，避免外界空氣進入抽采鉆孔通道中，減少鉆孔內漏風量，提升瓦斯抽采濃度，保證抽采效果。

1.1 確定封孔長度

在設置抽采鉆孔封孔長度時，應注意確保足夠長的抽采周期，盡量縮短封孔長度。抽采巷道圍巖瓦斯鉆孔的封孔長度應大于巷道周圍裂隙圈深度，避免空氣通過裂隙進入至鉆孔中。

1.2 巷道裂隙圈的形成

巷道裂隙圈是由煤層拉伸破壞所形成的，在巷道掘進施工過程中，在徑向范圍內可產生壓應力以及壓縮變形，另外，切向可產生拉應力和拉伸變形。巖石抗拉強度比較差，如果拉伸應變大于破壞應變，則在徑向范圍內可產生巷道裂隙，并逐漸形成裂隙圈。在巷道掘進施工過程中，松動圈深度可逐漸超過封孔深度，因此裂隙帶會逐漸發展成為鉆孔短路風流的通道，外界空氣通過裂隙帶進入至鉆孔后，會對抽采鉆孔密閉性造成不良影響。

1.3 確定封孔長度

通常情況下，在巷道周邊所形成的裂隙圈半徑在3～5m之間。另外，綜合考慮各項影響因素，對于封孔位置，應注意合理避開松動圈，風口位置與孔口之間應保持5～7m的距離，封孔長度則需控制在3～5m之間。通過結合實際情況合理確定風口位置以及封孔長度，可避開裂隙圈，保證封孔效果，盡量減少封孔材料利用量[1]。

2項目概況

重慶市南川宏能煤業有限責任公司礦井為煤與瓦斯突出礦井，在礦井開采中，瓦斯壓力為1.69MPa，瓦斯含量為13.17m3/t，根據礦產勘察，瓦斯總產量為5.1億m3，煤層氣量抽出總量在1822萬m3以上。在該煤礦開采中推廣應用順層鉆孔預抽低透氣性煤層瓦斯技術，瓦斯抽放率不斷提升，并達30%以上。現如今，瓦斯抽放技術發展水平不斷提升，推廣應用密集網格式布孔技術、采空區瓦斯抽放技術以及底板穿層鉆孔技術，瓦斯抽放水平顯著提升，并且瓦斯抽放量可維持在300萬m3以上。

井田處于四川盆地東南緣，在礦井開采中，分東、西兩翼進行開采，煤炭年開采量為30萬t。通過對礦區進行地質勘察，煤系地層的厚度為117m，平均傾斜角度為25°。另外，本組中部以及下部含煤層為2～4層，可采煤層為6號煤層，其余煤層厚度在0.3m以內，穩定性較差，開采價值比較低。另外，煤層層數由西向東逐漸減少。

龍潭組煤系地層覆蓋厚度比較大，透氣性較差，滲透率在0.033975～0.231928m2/MPa2·d之間，煤層無露頭，并且背斜軸部沒有強烈侵蝕，在瓦斯運輸方面，煤系向地表運輸難度比較大，可保證瓦斯開采條件。另外，煤田主要為逆掩斷層，在斷層帶的阻礙作用下，可形成瓦斯儲存封閉地帶，在該地區礦產開采中會涌出大量瓦斯，因此容易發生瓦斯突出事故[2]。

3瓦斯抽采二次封孔技術

3.1 第一次封孔

封孔施工工藝如圖1所示。在本次封孔施工中，對于封口材料，采用馬麗散封孔材料。首先在工作面進行順層鉆孔施工，在達到設計深度后，即可插入抽放管。在L1段兩端纏繞棉紗，準備一根膠管注入馬麗散封孔材料，并將其插入L1段注漿發泡封孔。在注漿完成后，封孔材料膨脹，即可堵塞鉆孔L1段，在打開抽放管閥門后，即可進行瓦斯抽放。完成第一次封孔施工，L2段可預留第二次封孔空間，一般要求預留2～3m。

3.2 第二次封孔

在第一次封孔施工完成后，即可進行瓦斯抽放。隨著瓦斯抽放的不斷進行，煤層可發生收縮變形，同時透氣系數逐漸升高，鉆孔周圍煤層列席裂隙擴張發育，外界空氣可通過裂隙網進入至抽采鉆孔中，導致瓦斯抽采濃度降低，進而縮短抽采期。為了提升瓦斯抽采濃度，延長抽采期，提升鉆孔利用率，可進行第二次封孔。

在第一次封孔完成并且達到良好效果后，即可進行第二次封孔，第二次封孔工藝如圖2所示。采用馬麗散封孔材料，將抽采孔周邊報廢鉆孔進行封堵，然后采用與壓氣管路相連的粉料輸送管插入煤層鉆孔中，盡量貼近第一次封孔位置，打開閥門，將高壓空氣調整為0.2MPa～0.3MPa。將微細膨脹粉料吹入至鉆孔中，直至充滿煤層鉆孔，然后停止送風，最后采用棉紗堵塞進風口。在瓦斯抽采系統負壓作用下，微細膨脹粉料可滲透至煤層周圍網狀裂隙群中，進而提升裂隙內氣體流動阻力，避免外界空氣進入抽采鉆孔中。在完成二次封孔后，可對抽采效果進行仔細觀察[3]。

4結束語

在煤礦開采中，通過應用二次封孔技術，可達到良好的效果，能夠有效提升鉆孔濃度，并且封孔效果良好，可加速瓦斯抽采抽出，單孔鉆孔效率較高，廢孔率降低。由于抽放半徑增大，因此鉆孔終孔間距較大，可減少鉆孔數量，降低瓦斯抽采所需成本，提高煤層瓦斯抽采率，縮短瓦斯抽放周期，確保工作面回采效果。

參考文獻

[1] 王曉東.煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式研究[J].石化技術，2019，26（5）：55-56.

[2] 王勝利，趙萌，秦汝祥.瓦斯抽采鉆孔封孔效果考察及影響因素分析[J].中州煤炭，2017，39（8）：92-95.

[3] 臧廣偉.順煤層瓦斯抽采鉆孔封孔新工藝[J].黑龍江科技信息，2017，4（16）：82-82.

作者簡介：

張勇（1983-），男，四川犍為人;工程師，現就職單位：重慶市南川宏能煤業有限責任公司，研究方向：煤礦通風、瓦斯抽放及防突技術管理。