囊袋式“兩堵一注”帶壓封孔材料試驗研究

陳君龍

（百礦集團有限公司，廣西 百色 533000）

預抽煤層瓦斯是降低突出危險區煤層瓦斯含量、防治煤與瓦斯突出的重要安全措施，是實現煤礦高效安全開采的重要基礎。瓦斯抽采鉆孔封孔技術是影響煤層瓦斯抽采效果的重要因素。針對百礦集團六龍煤礦3#煤層1034 工作面瓦斯抽采效果不佳的情況，經分析研究，發現兩堵一注封孔工藝中封孔材料是影響抽采效果的關鍵因素。針對這一情況，提出對囊袋式帶壓封孔工藝的封孔材料進行研究試驗，考察新型封孔材料在1034 工作面瓦斯抽采囊袋式帶壓封孔工藝中的效果，進而確定能夠提高瓦斯抽采效果的新型封孔材料。

1 囊袋式“兩堵一注”帶壓注漿封孔工藝

囊袋式“兩堵一注”帶壓注漿封孔工藝，一方面能使鉆孔周圍的裂隙得到充填，消除開孔時形成的漏氣通道（裂隙），即消除初期漏氣通道；另一方面能使鉆孔得到可靠的支護保證（裂隙），即避免后期漏氣通道的產生和發展。

囊袋式帶壓注漿封孔工藝采用“兩堵一注”的封孔原理，即先兩端封堵，然后再對中間注漿封孔，如圖1 所示。從圖1 可知，作業時，根據所需封孔長度，設定封閉裝置之間的距離，通過一根注漿管路向囊袋A 和囊袋B 注入封孔材料密封鉆孔兩端，采用注漿泵的壓力使囊袋A 和囊袋B 鼓起，封閉鉆孔，再持續帶壓自行向中間區域注漿，充實并壓入孔壁裂隙內，當注漿壓力達到2 MPa 時停止注漿，從而實現有效快速密實封孔。

圖1 囊袋式注漿封孔工藝原理

在囊袋式注漿封孔工藝當中，配合囊袋式封孔裝置使用的是封孔材料。在六龍煤礦瓦斯抽采作業實踐中，封孔材料主要是采用水泥砂漿。從實踐應用情況來看，水泥砂漿封孔材料的流動性、膨脹性和密實性不佳，封孔成本較高，瓦斯抽采效果一般。針對這一情況，專門自行研發了一種封孔材料，通過多次試驗，選擇確定了由具有膨脹性強、密封性強、流動性強的材料配置而成的JD-WFK 型新型封孔材料。該JD-WFK 型新型封孔材料由高分子材料及多種助劑復配而成，外觀為灰色粉末，無毒、無污染、無腐蝕性、不燃、阻燃。該封孔材料與水1:1兌水施工，作業時無明顯熱量放出。

對JD-WFK 型新型封孔材料與水泥砂漿封孔材料進行了配比凝固對比試驗，試驗結果如圖 2 所示。

圖2 左側為水泥砂漿封孔材料配比凝固圖，該材料的密實性不佳，有明顯裂紋，有空洞存在；右側為JD-WFK 型新型封孔材料配比凝固圖，該新型封孔材料膨脹性、密實性更好，無明顯裂紋和空洞。

圖2 不同封孔材料配比凝固對比實驗結果圖

2 工業性試驗

2.1 工程概況

百礦集團六龍煤礦位于貴州省六盤水市六枝特區平寨鎮六龍村，該礦生產能力為360 萬t/a。礦井剩余服務年限67.3 a。礦井東西長約14 km，南北寬約4.1 km，面積為50.91 km2。截至2020 年底，礦井保有地質儲量為50 825.4 萬t，可采儲量為33 902.6萬t。當前主要開采3#煤層，3#煤為低灰低硫煤，是良好的配焦煤。六龍煤礦3#煤層1034 工作面地質構造復雜，頂板為粉砂巖、生物灰巖，底板為泥巖、粉砂巖。煤層堅固性系數f=0.41～0.53，煤層透氣性系數0.016 8～0.126 6 m2/MPa2·d，巖層透氣性差，不利于瓦斯滲出逸散。煤層瓦斯含量19.28 m3/t，瓦斯壓力1.39～2.37 MPa，瓦斯含量高，瓦斯壓力大，屬煤與瓦斯突出礦井。1034 工作面主要采用順層預抽鉆孔抽采瓦斯進行區域防突。

2.2 抽采工藝對比試驗

1034 工作面順層抽采鉆孔采用上下順槽對向平行布置，設計鉆孔間距3 m，封孔深度10 m，兩端采用聚氨酯封堵，中間注入封孔材料。囊袋式“兩堵一注”帶壓注漿封孔法工藝如圖3 所示。

圖3 1034 工作面順層抽采鉆孔示意圖

對比試驗區域：工作面下順槽位置，布置瓦斯抽采鉆孔AB 組。A 組4 個鉆孔為對照組，采用水泥漿封孔材料，B 組4 個鉆孔為試驗組，采用囊袋式新型封孔材料。鉆孔布置示意如圖4 所示，鉆孔竣工參數情況如表1 所示。

圖4 鉆孔布置示意圖

表1 封孔工藝考察鉆孔竣工參數

2.3 應用效果分析

在1034 工作面瓦斯抽采作業過程中，對A、B二組不同封孔工藝材料的瓦斯濃度、瓦斯流量進行檢測，時間為60 d，對檢測數據進行記錄。從檢測數據可知，60 d 的瓦斯抽采期內，采用新型封孔材料的囊袋式帶壓封孔工藝的鉆孔瓦斯抽采體積分數均保持在56%以上，抽采瓦斯純流量在0.026 m3/min左右，瓦斯抽采量穩定。而對于對照組采用的水泥漿材料的封孔工藝來講，在60 d 的瓦斯抽采期間內瓦斯抽采體積分數在45%～15%左右，抽采瓦斯純流量在0.015～0.007 m3/min，瓦斯抽采量非常不穩定，衰減明顯。

綜合試驗組和對照組來看，適用新型封孔材料進行囊袋式帶壓封孔的，其鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采純流量相對對照組提高2 倍左右，封孔效果提高顯著。

3 結 語

（1）對于囊袋式“兩堵一注”帶壓封孔工藝來講，新研制的新型封孔材料具有較好的膨脹性和密實性，通過不同封孔材料配比凝固對比可知沒有明顯裂紋和空洞。

（2）通過1034 工作面工業性試驗可知，瓦斯抽采體積分數均保持在56%以上，抽采瓦斯純流量在0.026 m3/min 左右，瓦斯抽采量穩定。

（3）新型封孔材料用于囊袋式“兩堵一注”帶壓封孔工藝，操作簡便、快捷，技術先進，封孔效果好，可在煤礦井下順層預抽鉆孔瓦斯抽采中推廣應用。