邁步鉆場鉆孔注漿提濃技術研究

2021-05-12 05:49:58連強

煤 2021年5期

關鍵詞：區域

連強

(潞安集團余吾煤業公司，山西長治 046103)

近幾年煤礦瓦斯事故總體呈大幅下降趨勢，但瓦斯事故次數和死亡人數仍然較高[1]，不僅給國家和人民生命財產帶來嚴重損失，也造成了不良的社會影響。目前，防治煤礦瓦斯災害的根本方法是瓦斯抽采[2]，瓦斯抽采效果直接關系到瓦斯治理的成敗。國內目前的封孔方法主要有封孔器封孔法[3]、二次封孔法[4]、“兩堵一注”式封孔法[5]等，但由于封孔質量較差[5]，降低了瓦斯抽采效率。為此，針對邁步鉆場鉆孔與采前預抽鉆孔溝通，提出了邁步鉆場鉆孔注漿技術，提高采前預抽鉆孔的抽采效果。

1 概況

目前，余吾煤業瓦斯抽采鉆孔封孔工藝為“兩堵一注”帶壓封孔工藝，如圖1所示。鉆孔封孔深度為15.5 m，通過里外兩端布囊注漿膨脹后形成注漿空間，對注漿空間進行帶壓注漿，漿液對封孔段及孔壁裂隙進行充填封堵，從而實現鉆孔的密封抽采。

圖1 “兩堵一注”帶壓封孔工藝

采前預抽鉆孔施工軌跡與巷道內邁步鉆場內的邊掘邊抽鉆孔在設計上存在立體交叉現象，由于鉆孔軌跡的不可控性，部分采前預抽鉆孔與邊掘邊抽孔直接溝通，或在交匯距離較近時通過煤體中的貫穿裂隙導通。邊掘邊抽鉆孔交叉串孔抽采機理如圖2所示，相互連通的多個鉆孔中任一鉆孔存在封孔質量問題(如鉆孔C)，就會導致彼此連通的所有鉆孔抽采短路，巷道外空氣被抽入孔內，致使孔內負壓急劇衰減，孔底解吸的高濃度瓦斯因孔內壓差較小不能高效抽出，表現在單孔濃度較低，基本在10%以內，相互連通串孔的幾個鉆孔濃度相差不大。

圖2 鉆孔交叉串孔抽采機理

2 鉆場鉆孔注漿提濃技術

2.1 鉆場鉆孔注漿提濃原理

邁步鉆場內邊掘邊抽鉆孔注漿提濃實質上是通過注漿方式將彼此聯通的多個鉆孔分離成相互獨立的鉆孔，降低彼此之間的不利影響。

如圖3所示，對鉆場內串孔的邊掘邊抽鉆孔進行注漿，注漿后鉆孔口附近的漏氣通道被漿液充填，同時漿液充填鉆孔中可能存在的溝通裂隙，減少巷道內采前預抽鉆孔受其他低濃度鉆孔漏氣影響。若巷道內煤體疏軟，普遍存在貫通裂隙導致串孔現象時，也可在巷道內采前預抽鉆孔開始施工前，預先對鉆場內邁步鉆孔及其孔壁周圍的裂隙進行注漿充填，以防止后期注漿過程中部分漿液串到孔內造成鉆孔堵塞。

圖3 邊掘邊抽鉆孔注漿堵漏原理

2.2 鉆場鉆孔注漿流程

1) 對鉆場影響區域所有鉆孔濃度進行測量排查，對于連續串孔的鉆孔進行串孔原因分析，判斷這些鉆孔是否與鉆場邊掘邊抽鉆孔有串孔現象。

2) 找出與采前預抽鉆孔串孔的邁步鉆場邊掘邊抽鉆孔，拆除孔口彎頭，在封孔PVC管內插入一根1 m長D16 mm的注漿管，并用水泥或聚氨酯封堵固定注漿管。

3) 按1∶1水灰比配制注漿液，通過D16 mm注漿管對鉆場內邊掘邊抽鉆孔進行注漿封堵，注漿過程保持巷道內的抽采鉆孔處于抽采狀態，并觀察采前預抽孔內是否有水泥漿液抽出。

4) 當采前預抽孔內有水泥漿液流出時，暫時停止該鉆孔抽采，同時繼續對該鉆孔注漿1～2 min后停止鉆場鉆孔注漿，以防止漿液大量進入采前預抽孔，將其堵塞。

5) 當采前預抽孔內無漿液流出時，繼續對鉆場鉆孔注漿，至注漿管有壓力時停止。

6) 鉆場內串孔鉆孔均注完漿后，暫時關閉該區域內采前預抽鉆孔抽采，待24 h漿液凝固后方可恢復抽采。

3 效果分析

N1206膠順以鉆場為分界點，劃分2號、4號、6號鉆場區域分別進行處理，每個區域處理前，首先對鉆場內邊掘邊抽鉆孔串孔情況進行排查，對鉆場注漿后采前預抽鉆孔濃度變化情況進行復查，各區域處理前后低濃度鉆孔及濃度提升鉆孔數量變化情況如表1所示，鉆孔濃度高低劃分為4個鉆孔濃度區間，統計分析處理前后各濃度區間鉆孔數量變化情況，對比分析如圖4所示。

圖4 鉆孔處理前后不同濃度區間鉆孔分布

表1 各提濃區域鉆孔濃度變化情況

由表1數據可知，2～6號鉆場區域的112個鉆孔中，有57個鉆孔抽采濃度較低(單孔抽采濃度低于15%)，經過邁步鉆場鉆孔區域注漿處理后，低濃鉆孔減少至25個，51個鉆孔濃度明顯提升(濃度增加超過50%)。由此可見，采取鉆場鉆孔注漿措施后，采前預抽鉆孔濃度提升明顯，同時延長鉆孔瓦斯抽采期，提高鉆孔利用率，顯著改善瓦斯抽采效果，為煤礦的安全生產提供保障。

由圖4可知，處理前單孔濃度低于15%的鉆孔有57個，占比51%，處理后還剩25個鉆孔濃度低于15%，所占比例下降至22%，同時濃度高于50%的高濃度鉆孔數量由之前的9個上升至24個，所占比例由8%提升至21%，低濃度鉆孔處理整體效果較好。