瓦斯抽采鉆孔孔內(nèi)二次注漿堵漏技術(shù)應(yīng)用

劉業(yè)忠

（山煤國(guó)際能源集團(tuán)股份有限公司，山西 太原 030006）

霍爾辛赫煤業(yè)開采3 號(hào)煤層。3 號(hào)煤層具有瓦斯含量高、透氣性差、較松軟、高衰減等特點(diǎn)，目前通過本煤層鉆孔預(yù)抽為主的方式進(jìn)行瓦斯抽采。然而，在瓦斯抽采過程中，經(jīng)常出現(xiàn)封孔失效、動(dòng)力擾動(dòng)而導(dǎo)致瓦斯抽采鉆孔漏氣、抽采瓦斯?jié)舛容^低等問題，在連續(xù)采集封孔管底部不同深度位置處瓦斯?jié)舛鹊幕A(chǔ)上，已判定得出鉆孔具體串孔、漏氣位置（鉆孔封孔段以里4～6 m，即孔深16～20 m 處存在“漏氣區(qū)域”）。因此，需進(jìn)一步通過二次注漿技術(shù)手段對(duì)瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行堵漏處理，以提升本煤層鉆孔中瓦斯抽采的濃度，進(jìn)而保證抽采效果。

1 工程概況

1.1 礦井基本情況

霍爾辛赫煤業(yè)隸屬于山西焦煤集團(tuán)，地處山西省長(zhǎng)治市長(zhǎng)子縣，距離縣城約5 km，交通便利。井田面積71.394 7 km2，礦井產(chǎn)能4.0 Mt/a，屬高瓦斯礦井。3 號(hào)煤層具有瓦斯含量高、透氣性差、較松軟、高衰減等特點(diǎn)，煤層瓦斯含量7.95～11.99 m3/t，煤的孔隙率3.38%～3.97%，煤層瓦斯壓力0.42～0.48 MPa，瓦斯放散初速度△P 為13.0～15.1，煤的堅(jiān)固性系數(shù)0.51～1.0，殘存瓦斯含量2.30～2.58 m3/t，煤的破壞類型為Ⅱ～Ⅲ類。

2.1 瓦斯抽采情況

目前，霍爾辛赫煤業(yè)礦井瓦斯治理措施以本煤層鉆孔預(yù)抽為主，在現(xiàn)場(chǎng)瓦斯抽采過程中，經(jīng)常出現(xiàn)封孔失效、動(dòng)力擾動(dòng)而導(dǎo)致鉆孔漏氣、瓦斯?jié)舛容^低等問題。在連續(xù)采集封孔管底部不同深度位置處瓦斯?jié)舛鹊幕A(chǔ)上，分析得出孔內(nèi)淺孔區(qū)瓦斯?jié)舛茸兓闆r，進(jìn)而精確判定出了鉆孔具體串孔、漏氣位置（鉆孔封孔段以里4～6 m，即孔深16～20 m 處存在“漏氣區(qū)域”）。

2 孔內(nèi)二次注漿堵漏提濃技術(shù)

2.1 孔內(nèi)二次注漿堵漏提濃技術(shù)機(jī)理

采用專用注漿設(shè)備，把漿液直接注進(jìn)瓦斯鉆孔內(nèi)封孔段的漏氣通道，注入的漿液可以流入漏氣裂隙內(nèi)起到充填和凝固的作用，達(dá)到封堵孔內(nèi)漏氣通道的作用。二次注漿封堵后，鉆孔外部空氣若進(jìn)到孔內(nèi)時(shí)所受阻力會(huì)增大甚至無法進(jìn)到孔內(nèi)，以降低孔內(nèi)空氣比重，達(dá)到增大瓦斯抽采濃度的效果[1]。

如圖1 所示，把氣囊2 置入瓦斯鉆孔內(nèi)預(yù)定位置處，以使漏氣區(qū)域能夠處在兩個(gè)氣囊之間，再向氣囊內(nèi)注入一定量的氣體使其膨脹，氣囊1 能夠起到封堵瓦斯抽采管道端部的作用，氣囊2 可以起到封堵抽采鉆孔的作用。這樣，兩個(gè)氣囊之間的煤壁成為封堵區(qū)域，再通過注漿管對(duì)封堵區(qū)域?qū)嵤鹤{，當(dāng)漿液充滿封堵區(qū)域之后可以涌到鉆孔周邊裂隙漏氣通道內(nèi)，從而可以封堵孔內(nèi)漏氣通道，達(dá)到提升瓦斯抽采濃度的效果[2]。

2.2 孔內(nèi)二次注漿堵漏技術(shù)流程

（1）關(guān)閉與低濃度瓦斯抽采鉆孔相串孔的其他鉆孔

對(duì)低濃鉆孔進(jìn)行孔內(nèi)二次注漿前，若該鉆孔與其他鉆孔串孔，且已排查清楚具體和哪個(gè)鉆孔串孔，則關(guān)閉附近與之串孔的抽采鉆孔，防止注漿漿液被相鄰鉆孔抽走。

（2）連接推送注漿裝置

根據(jù)漏氣位置測(cè)量分析結(jié)果，依次連接封孔氣囊（里）→雙通道連接管（默認(rèn)3 根，特殊情況需要增加封孔深度時(shí)可增加1～2 根）→封孔氣囊（外）→雙通道連接管順序依次連接注漿裝置并推入孔內(nèi)，使得里端氣囊位于鉆孔主要漏氣位置以里區(qū)域，外端氣囊位于PVC 封孔管內(nèi)。若在漏氣位置測(cè)量后無需退桿便可進(jìn)行注漿操作，則省去此步驟[3]。

（3）封孔氣囊打壓封孔

現(xiàn)場(chǎng)施工中先把壓風(fēng)管與注氣管連接牢固，再開啟二次注漿堵漏裝置的注氣閥門，向兩個(gè)氣囊實(shí)施注氣作業(yè)使其膨脹，在注氣壓力達(dá)0.35～0.45 MPa 范圍時(shí)，停止注氣作業(yè)，并觀察壓力表數(shù)值能否處于穩(wěn)定狀態(tài)，如果壓力數(shù)值穩(wěn)定且不漏氣，則可進(jìn)入下一操作環(huán)節(jié)；如果壓力數(shù)值出現(xiàn)逐步下降，那么表明整個(gè)注氣系統(tǒng)具有輕微漏氣情況，要將注氣閥門保持開啟狀態(tài)，并通過適時(shí)調(diào)節(jié)注氣閥門，使壓力數(shù)值穩(wěn)定于0.4 MPa 左右；如果壓力數(shù)值出現(xiàn)迅速下降，那么表明整個(gè)注氣系統(tǒng)具有嚴(yán)重漏氣情況，則關(guān)閉整個(gè)裝置并對(duì)其氣密性重新進(jìn)行檢查后再重復(fù)之前操作[4]。

（4）配置注漿液

把注漿泵與壓風(fēng)管聯(lián)系，先將60 kg 清水注入注漿泵中，按照1.2∶1 水灰比來配置注漿漿液，再采用邊攪拌邊逐漸倒入的方式，將50 kg 封孔水泥逐漸加入到注漿泵當(dāng)中。

（5）封孔注漿

在注漿漿液充分?jǐn)噭蛑螅瑢⒃囼?yàn)裝置的注漿管與注漿泵進(jìn)行連接，再開啟注漿閥門進(jìn)行注漿作業(yè)，并通過注漿壓力表實(shí)時(shí)觀察孔內(nèi)注漿壓力變化情況，若注漿壓力超過0.5 MPa 時(shí)，要適當(dāng)降低注漿速度，并逐步向孔內(nèi)加壓注漿直至注漿壓力達(dá)1 MPa 或者憋泵停注。

（6）卸壓洗孔

當(dāng)注漿作業(yè)完成之后，首先關(guān)閉注漿閥門并將壓力保持2 min 后再進(jìn)行卸壓作業(yè)； 此后再開啟試驗(yàn)裝置孔外氣囊的充氣閥門，并對(duì)其進(jìn)行卸壓作業(yè)。完成卸壓后再通過試驗(yàn)裝置的注漿管向孔內(nèi)注入清水，整個(gè)過程約2 min，以達(dá)到稀釋孔內(nèi)封孔段漿液的目的[5]。

（7）退出注漿裝置

洗孔結(jié)束后，清洗注漿泵，并將孔內(nèi)裝置逐根退出并清洗干凈。

（8）恢復(fù)鉆孔抽采

注漿裝置全部退出后，更換孔口彎頭，恢復(fù)鉆孔正常并網(wǎng)狀態(tài)，并暫不抽采，待24 h 后，恢復(fù)二次注漿孔及附近相鄰鉆孔帶抽狀態(tài)，抽采穩(wěn)定后利用光學(xué)瓦檢儀檢查鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛茸兓闆r。

3 現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)應(yīng)用及效果

2022 年2 月21 日～6 月25 日，對(duì)霍爾辛赫煤業(yè)3502 進(jìn)風(fēng)順槽開展工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)，試驗(yàn)鉆孔均為抽采3 個(gè)月以上的低濃度鉆孔，封孔管直徑50 mm，封孔深度18 m，并通過觀測(cè)單孔瓦斯?jié)舛群统椴杉兞繉?duì)二次注漿堵漏提高瓦斯抽采濃效果進(jìn)行檢驗(yàn)。二次注漿試驗(yàn)鉆孔提高瓦斯抽采濃效果如表1 所示。

表1 二次注漿試驗(yàn)孔瓦斯抽采濃度提高效果

通過表1 可以得出，16 個(gè)試驗(yàn)鉆孔在注漿后鉆孔抽采瓦斯?jié)舛绕毡樯仙巫{前鉆孔平均瓦斯抽采濃度8.68%，二次注漿后鉆孔平均瓦斯抽采濃度33.54%，提高幅度1.5～102 倍，平均提高3.86 倍，其中瓦斯?jié)舛瘸^40%的有5 個(gè)鉆孔，瓦斯?jié)舛瘸^30%有8 個(gè)鉆孔，瓦斯?jié)舛瘸^10%的有11 個(gè)鉆孔。

二次注漿試驗(yàn)鉆孔提高瓦斯抽采純量提升效果如表2 所示。

表2 二次注漿試驗(yàn)孔瓦斯抽采純量提升效果

通過表2 可以得出，16 個(gè)試驗(yàn)鉆孔在二次注漿后鉆孔抽采純流量普遍上升，二次注漿前鉆孔平均抽采純量0.009 5 m3/min，二次注漿后鉆孔平均抽采純量0.038 8 m3/min，提高幅度1.3～26.8 倍，平均提高4.08 倍，其中抽采純流量提升超過10 倍的有4 個(gè)鉆孔，抽采純流量超過2 倍的有11 個(gè)鉆孔。

4 結(jié)語

4.1 應(yīng)用技術(shù)效果

根據(jù)霍爾辛赫煤業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)，瓦斯抽采鉆孔孔內(nèi)二次注漿適用于煤礦井下瓦斯抽采鉆孔因漏氣而出現(xiàn)抽采瓦斯?jié)舛冉档偷你@孔進(jìn)行二次封堵注漿處理，要求鉆孔封孔管內(nèi)徑不小于50mm，鉆孔直徑不大于130 mm，并且孔內(nèi)無護(hù)孔篩管，孔內(nèi)0～22 m 范圍內(nèi)無堵塞情況。

4.2 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

（1）通過鉆孔二次注漿堵漏，提高了瓦斯抽采負(fù)壓、濃度和流量，節(jié)約了鉆孔施工費(fèi)用。單個(gè)鉆孔二次注漿成本500 元，其中設(shè)備損耗費(fèi)200 元、材料費(fèi)100 元、人工費(fèi)200 元，按照單個(gè)鉆孔施工及封連孔1 萬元成本費(fèi)用計(jì)算，修復(fù)單個(gè)鉆孔相當(dāng)于節(jié)約9 500 元的直接成本。

（2）技術(shù)上，不僅延長(zhǎng)了抽采鉆孔服務(wù)周期，縮短了工作面抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間，有利于抽、掘、采銜接平衡，也提高了單孔瓦斯抽采濃度和流量，為高濃度瓦斯綜合利用提供了充足的氣源保證。