“兩堵一壓”封孔新技術(shù)在盤江礦區(qū)的應用

文/曠永華

礦井瓦斯災害是煤礦五大災害之一，高效的煤礦瓦斯抽采技術(shù)和材料應用對于煤礦安全生產(chǎn)和能源利用有著重要意義。我國西南地區(qū)礦井瓦斯治理中，主要存在封孔效果不佳，抽采量小的問題。而通過改進鉆孔封孔技術(shù)，選用合理的封孔工藝和封孔材料，可以有效地提高鉆孔封孔質(zhì)量及瓦斯抽采效果。貴州盤江精煤股份有限公司在礦井瓦斯治理中，通過開展“兩堵一壓”新技術(shù)、新工藝及新材料的工程實踐，有效解決了原來存在抽采效果差、抽采濃度低等問題，取得了明顯效果，為礦井安全發(fā)展提供了根本保障。

一、傳統(tǒng)煤層瓦斯抽采鉆孔封孔工藝的缺陷

目前，煤層瓦斯抽采鉆孔封孔工藝主要包含水泥砂漿封孔、聚氨酯封孔等方法。現(xiàn)場應用情況表明，水泥砂漿封孔易產(chǎn)生漏氣通道，而聚氨酯封孔受封孔長度及材料強度所限，抽采壽命會因鉆孔坍塌、斷面收縮變形產(chǎn)生新裂隙而大大縮減。

圖1 “兩堵一壓”平行鉆孔封孔示意圖

二、“兩堵一壓”封孔新技術(shù)的方法及特點

1.技術(shù)方法

“兩堵一壓”封孔新技術(shù)根據(jù)瓦斯治理十二字方針中“孔封嚴、管到底”的要求及各礦煤層貯存情況、地質(zhì)構(gòu)造設(shè)計封孔的深度，封孔深度不低于20m，封孔注漿段不低于12m，將Φ32mm套管至孔底。具體工藝如下。

（1）首先，將封孔器前端套在封孔管路(Φ50mm實管)距抽放口5cm位置處，平行鉆孔回漿管鋪設(shè)在距后端礦用封孔器里端15m處(鉆孔的角度不同，回漿管路的鋪設(shè)位置不同)，然后鋪設(shè)前端礦用封孔器(里端)及回漿管路，送入鉆孔內(nèi)，送至12m處再鋪設(shè)后端礦用封孔器(外端)，最后將抽放管路送至孔中封孔深度不低于20m處，后端礦用封孔器鋪設(shè)在距孔口不超過8m處，封孔管路距孔口15cm，方便于合茬。

(2）采用ZBQ28/0.5型氣動注漿泵，將速凝膨脹封孔劑材料(JDWFK-3型)與水按1：1進行配比，在攪拌桶內(nèi)進行充分混合，再接入注漿泵進行注漿，注入的漿液先對鉆孔兩端進行加固，使兩端先密封，密封的壓力達到1.2MPa，自動爆破閥門自行打開，然后注入密封端以內(nèi)的空白區(qū)和鉆孔周圍的裂隙區(qū)，當空白區(qū)和裂隙區(qū)完全密封時，預留的排氣管路有渾濁液體排出，此時，關(guān)閉注漿泵暫停1min后繼續(xù)注入漿液，當排氣管路再次有渾濁漿液排出時，關(guān)閉排氣管路繼續(xù)注入漿液，根據(jù)煤層的堅固性系數(shù)和巖性情況確定注漿壓力。當煤層注漿壓力不低于0.5MPa，巖性穿層鉆孔注漿壓力不低于1.0MPa時，停止注漿泵工作，此時表明鉆孔內(nèi)空白區(qū)和裂隙區(qū)已經(jīng)得到充分密封。該封孔劑材料具有凝固后微膨脹、不析水、凝固速度快等特點。“兩堵一壓”平行鉆孔封孔示意圖工藝實例如圖1所示。

2.技術(shù)特點

(1）操作簡單，節(jié)省時間。該工藝采用金鼎安全自主研發(fā)的FKJW-50/0.5型礦用封孔器和ZBQ 28/0.5型礦用氣動注漿泵，具有體積小、重量輕的特點，可實現(xiàn)鉆孔的自動封孔，同時對松軟煤層鉆孔起到支護作用，簡化了操作工序，大大節(jié)約了封孔時間。

(2）嚴堵裂隙，質(zhì)量優(yōu)良。封孔器中間部位壓注的JD-WFK-3型速凝膨脹封孔劑凝固速度快，無污染不助燃，抗壓強度高，同時具有微膨脹效果，能夠有效進入鉆孔周圍微小裂隙中，封堵鉆孔漏風通道的同時與松軟煤體緊密結(jié)合，提高了煤體強度，有利于保護抽采鉆孔。

表1 盤江各礦區(qū)瓦斯平均抽采濃度數(shù)據(jù)對比

圖2 試驗采區(qū)瓦斯平均抽采濃度增長倍數(shù)

三、礦區(qū)應用效果分析

隸屬于貴州盤江精煤股份有限公司的七對礦井在煤層順層瓦斯抽采時，普遍存在抽采效果差、抽采濃度低下等問題。為了解決此問題，盤江股份開展了“兩堵一壓”新技術(shù)、新工藝及新材料的工程實踐，采用JD-WFK-3型速凝膨脹封孔劑、FKJW-50/0.5型礦用封孔器、ZBQ 28/0.5型礦用氣動注漿泵，在七對礦井的試驗采區(qū)進行了工業(yè)試驗，并將現(xiàn)場實際應用效果與原封孔工藝進行對比分析。

實際工作中，將盤江股份旗下7對礦井的2個采區(qū)數(shù)據(jù)進行對比，考察周期均為兩個月，取平均濃度，預抽鉆孔的負壓為13KPa。具體對比分析結(jié)果如表1和圖2所示。

對比分析結(jié)果顯示，各個礦井在原工藝條件下，試驗采區(qū)平均瓦斯抽采濃度為9.5%～24.7%，采用新工藝后試驗采區(qū)平均瓦斯抽采濃度為39.7%～68.9%。七對礦井在采用新工藝后平均瓦斯抽采濃度均大幅度上升，上升幅度為1.2～4.5倍，其中月亮田煤礦B采區(qū)上升幅度最小，但也達到了原始濃度的1.2倍，上升幅度最高的為火鋪煤礦B采區(qū)，達到原始濃度的4.5倍。

綜上所述，采用“兩堵一壓”新技術(shù)，利用囊袋式礦用封孔器(FKJW-50/0.5型)、礦用氣動注漿泵(ZBQ 28/0.5型)、速凝膨脹封孔劑(JD-WFK-3型)等新材料，在試驗采區(qū)開展瓦斯抽采工業(yè)試驗，體現(xiàn)出瓦斯抽放鉆孔密封密實、抽采效果好等優(yōu)點，提高了抽采負壓，縮短了煤層瓦斯的消突時間。

四、結(jié)論

針對目前盤江股份旗下所有礦井封孔及抽采存在的問題，結(jié)合各礦井(采區(qū))抽放鉆孔的封孔深度、封孔段的分析，采用“兩堵一壓”封孔新工藝、新材料開展瓦斯抽采工業(yè)試驗，各試驗礦井(采區(qū))鉆孔瓦斯抽采平均濃度由原來的9.5%～24.7%提高到39.7%～68.9%，與原始平均瓦斯抽采濃度相比均提高了1.2～4.5倍，大大提高了采區(qū)瓦斯的抽采濃度，提高了礦井瓦斯治理效果，具有良好的推廣應用價值。