梁銀權(quán) 張書波 郭敬遠(yuǎn)

（永貴能源新田煤礦，貴州畢節(jié) 551500）

隱伏突出煤層順層鉆孔20m長距離帶壓封孔技術(shù)

梁銀權(quán) 張書波 郭敬遠(yuǎn)

（永貴能源新田煤礦，貴州畢節(jié) 551500）

本文介紹的該礦隱伏突出煤層順層鉆孔20m長距離帶壓封孔成套技術(shù)，提高了鉆孔的抽采濃度，減小了鉆孔的廢孔率，增加了鉆孔瓦斯抽采量，更縮短了回采工作面抽采達(dá)標(biāo)時間，保證回采工作面不受瓦斯制約能夠快速推進(jìn)。該礦通過實(shí)踐應(yīng)用，建立了一整套的適用于貴州地區(qū)隱伏突出煤層順層鉆孔20長距離帶壓封孔成套技術(shù)管理體系。

隱伏突出煤層；順層鉆孔；帶壓封孔

1 項目研究的背景

順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯是突出煤層回采工作面一種重要的區(qū)域防突措施。采用常規(guī)的封孔技術(shù)，封孔質(zhì)量難以保證，瓦斯抽采濃度一般偏低，鉆孔合格率也較低，嚴(yán)重影響工作面瓦斯抽采和防突效果，延長瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時間，制約采面的推進(jìn)速度。如何提高抽采濃度和防突效果，是順層鉆孔亟待解決的關(guān)鍵問題。新田煤礦從鉆孔封孔著手，研究順層鉆孔長距離帶壓封孔技術(shù)，大大提高了鉆孔的抽采和防突效果。

2 項目研究的必要性和重要性

據(jù)調(diào)查，目前我國約有70%的回采工作面的預(yù)抽瓦斯?jié)舛鹊陀?0%，這充分反映了瓦斯抽采鉆孔封孔質(zhì)量差的現(xiàn)狀。封孔質(zhì)量好壞直接影響到瓦斯抽采和防突效果，而封孔質(zhì)量又由封孔材料的性能以及封孔技術(shù)決定，因此研究鉆孔封孔技術(shù)具有一定的必要性和重要性。

2.1 封孔材料及封孔技術(shù)

目前瓦斯抽采鉆孔封孔材料主要有黃泥、水泥砂漿、速凝膨脹水泥或聚氨酯等，封孔種類包括黃泥和水泥砂漿混合封孔、水泥砂漿封孔、聚氨酯封孔、封孔器封孔和膠泥封孔等。采用黃泥、水泥封孔鉆孔封孔密封質(zhì)量差、作業(yè)時間長朗動強(qiáng)度大，現(xiàn)場已很少采用。單純采用水泥砂漿封孔時，水泥砂漿凝固后有一定的收縮，降低了鉆孔的封孔質(zhì)量，進(jìn)而降低抽采負(fù)壓。采用聚氨酯封孔時，由于初凝時間不好調(diào)，封孔長度也不易控制，不適宜于封孔要求較深的鉆孔。由于聚氨酯反映速度太快，不能使鉆孔周邊松散煤體和縫隙充分密封，且封孔后隨著抽采時間的延長，聚氨酯材料宜出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致鉆孔漏氣，降低抽采效率，這種方法也正在被淘汰。封孔器封孔僅適用于抽采時間較短的局部抽放鉆適用。膠泥封孔一般適用于穿層鉆孔。

2.2 封孔注漿設(shè)備選型

目前大多數(shù)煤礦封孔注漿采用電動式，該注漿泵體積大，重量重，搬運(yùn)不方便，不但需要較多的人力而且影響巷道運(yùn)輸，注漿效率低，不能達(dá)到及時封孔的目的。以電為動力進(jìn)行注漿既消耗電量又不安全。針對以上電動式注漿泵的缺點(diǎn)，新田煤礦積極探尋更好的設(shè)備，經(jīng)過對比、選型，采購了煤礦用氣動注漿泵。該注漿泵重量輕，體積小，便攜式易搬運(yùn)，注漿效率高且安全性能好，方便可靠，風(fēng)動能力非常強(qiáng)，注漿非常牢固等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 順層鉆孔封孔長度

目前大多數(shù)煤礦都是按照《防突規(guī)定》要求順層鉆孔封孔段長度不得低于8m進(jìn)行封孔，封孔后鉆孔瓦斯抽采和防突效果出現(xiàn)不理想狀況，不得不讓人考慮是否增加封孔段長度。增加多少合適呢？考慮到底板瓦斯抽采巷穿層鉆孔控制煤巷條帶15m范圍，此范圍之內(nèi)已消突且實(shí)體煤遭到破壞，如果該段封孔處理不好會造成漏氣。所以新田煤礦決定將順層鉆孔封孔段深度由8m增加到20m,試驗順層鉆孔長距離帶壓封孔技術(shù)。

3 項目實(shí)施步驟

3.1 鉆孔終孔撤鉆前必須采取措施進(jìn)行洗孔，將孔內(nèi)的煤渣等全部清理干凈，避免影響馬麗散或聚氨酯膨脹效果及鉆孔封孔長度。

3.2 鉆孔施工完成本班必須進(jìn)行送管封孔，PVC實(shí)管封孔段長度不少于20米（見圖1），其余采用PVC篩管送至孔底進(jìn)行全程封孔。在送入封孔最后剩余20m處，用毛巾或棉布等把PVC管纏上3～5圈，并做成筒狀。配制聚氨酯或馬麗散混合液并倒入筒狀的毛巾或棉布內(nèi)，兩端用捆扎牢固防止聚氨酯或馬麗散流出，之后快速度送入孔內(nèi)。

圖1 順層鉆孔20m長距離帶壓封孔示意圖

3.3 隨后在孔內(nèi)送入2道4分鐵管，一道為注漿管一道為返漿管，返漿管可作排氣孔用（鉆孔為上向孔時注漿管長度為2m，返漿管長度為19m；鉆孔為下向孔時注漿管和返漿管長度超過孔口封孔段即可）。每道4分鐵管在鉆孔孔口處全部安裝上4分球閥。

3.4 再次配制聚氨酯或馬麗散，并迅速攪拌均勻，然后把配好的藥水用少量棉紗蘸取，并送入孔內(nèi)約1m處，依次送入3～5個蘸有聚氨酯的棉紗團(tuán)，最后孔口用干棉紗堵嚴(yán)實(shí)。

3.5 聚氨酯或馬麗散膨脹后不低于15min，在大容器（可用油桶制作）內(nèi)按水：水泥比為1∶1的體積比進(jìn)行配制水泥漿，攪拌均勻后用注漿泵接在注漿管上進(jìn)行注漿，當(dāng)水泥漿從返漿管內(nèi)流出時，關(guān)閉返漿管球閥，接著再進(jìn)行注漿并觀察返漿管上的壓力表，壓力達(dá)到0.6Mpa時停止注漿，并關(guān)閉注漿管球閥，說明本孔封孔已結(jié)束。

4 項目實(shí)施技術(shù)參數(shù)

4.1 水泥漿的配比

由于水泥既能保證強(qiáng)度又具有很好的氣密性，因此新田煤礦選用水泥與水進(jìn)行配比來作為封孔材料；為了找出最佳的水與水泥的配比，新田煤礦在底抽巷施工穿層鉆孔以及在煤巷施工順層鉆孔時均做了數(shù)百次試驗，相同抽采負(fù)壓條件下的以鉆孔封孔是否漏氣、鉆孔抽采濃度大小、瓦斯抽采濃度衰減速度作為評判指標(biāo)，最終得出水、水泥的以1∶1配比時效果最佳。

4.2封孔混合水泥用量計算

Ф94mm孔徑鉆孔水泥用量，水泥封孔長度L=20m（管長）-0.5m（封孔段長）-0.5m（封孔管末端預(yù)留及聚氨酯或馬麗散膨脹長度）=19m，φ94mm鉆孔封孔半徑R=0.047m，φ50mm封孔管所占半徑（外徑）r=0.025m，普通硅酸鹽水泥密度ρ=2 400kg/m3，注漿段水泥用量（水泥一般密度2 400Kg/m3）為W，W=ρ·L·π·(R2-r2)=2 400×19×3.14×(0.0 472-0.0 252)=226.8kg。

由于鉆孔受采掘擾動的影響，在鉆孔孔壁周圍會出現(xiàn)一定的微小裂隙，單單地將封孔材料充填至孔內(nèi)不能有效地填充裂隙，進(jìn)而不能有效地將鉆孔封孔嚴(yán)密，因此需要進(jìn)行帶壓注漿。在進(jìn)行帶壓注漿的過程中需用聚氨酯將鉆孔封孔段兩端封閉嚴(yán)密，并保證注漿壓力在聚氨酯封孔段所能承受的壓力范圍內(nèi)。根據(jù)聚氨酯的額定承受壓力及反復(fù)試驗，確定將鉆孔封孔注漿壓力定為0.6MPa，小于0.6MPa不能最大限度地保證封孔的嚴(yán)密性，大于1MPa可能會使聚氨酯封孔段漲破。

4.4 注意事項

4.4.1 鉆孔施工完后，必須立即進(jìn)行封孔注漿，從撤完鉆到封孔時間不得超過8小時。

4.4.2 注漿時若水泥漿自返漿管內(nèi)流出時，必須立即停止注漿防止浪費(fèi)，并安裝壓力表。

4.4.3 所有工具及材料必須準(zhǔn)備充分，以免影響操作時間。

4.4.4 根據(jù)封孔數(shù)量的多少配制封孔材料，嚴(yán)禁浪費(fèi)。

4.4.5 使用聚氨酯或馬麗散封孔必須動作迅速，從藥劑攪拌至送入鉆孔必須在2分鐘內(nèi)完成。

4.4.6 注漿管連接必須用正規(guī)的U型卡，嚴(yán)禁用鐵絲代替，防止膠管脫落傷人。

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4.4.7 配制藥劑時必須通風(fēng)良好，必須站在上風(fēng)側(cè)操作，嚴(yán)禁用口、鼻嗅聞藥品，攪拌藥品時必須戴好橡膠手套，嚴(yán)禁人體皮膚直接接觸藥品；封孔時必須戴好防護(hù)眼鏡且嚴(yán)禁站在鉆孔正下方操作，以免藥品濺入眼睛內(nèi)。

4.5 項目中重點(diǎn)環(huán)節(jié)

順層鉆孔20m長距離帶壓封孔技術(shù)成敗的關(guān)鍵在孔內(nèi)第一道、孔口的聚氨酯封孔段封孔質(zhì)量，只有兩端聚氨酯有效反應(yīng)后方可進(jìn)行帶壓注漿封孔。

順層鉆孔20m長距離帶壓封孔技術(shù)保障措施：

（1）成立專業(yè)封孔小組，確保封孔質(zhì)量。封孔小組成員必須熟練掌握以下操作步驟：1）如何配置聚氨酯或馬麗散攪拌液；2）如何將20米PVC實(shí)管在2分鐘內(nèi)送入鉆孔內(nèi)；3）如何將蘸有聚氨酯的棉紗封堵孔口；4）如何使用煤礦用氣動注漿泵；5）如何根據(jù)壓力表讀數(shù)判斷注漿是否完成。

（2）對專門負(fù)責(zé)順層鉆孔的封孔工序人員提高薪金待遇，保障封孔隊伍人員的穩(wěn)定，確保封孔質(zhì)量的高合格率。

5 項目取得的成果

瓦斯抽采效果不僅取決于煤層瓦斯生成及賦存條件，而且決定于瓦斯抽采工程質(zhì)量，瓦斯抽采工程質(zhì)量又決定于鉆孔封孔質(zhì)量。該礦之前順層鉆孔采用封孔段為8m進(jìn)行封孔，但瓦斯抽采和防突效果并不理想，單孔平均濃度僅在40%左右；鉆孔合格率也較低，僅為77.14%；另外考慮到底板瓦斯抽采巷穿層鉆孔控制煤巷條帶15m范圍，此范圍之內(nèi)已消突且實(shí)體煤遭到破壞，如果該段封孔處理不好會造成漏氣。

在采用20m長距離帶壓封孔技術(shù)后，單孔平均抽采濃度在60%以上，與之前采單孔平均濃度40%相比有很大提高；鉆孔合格率也由77.14%提高到了91.43%，同時杜絕了順層鉆孔抽采時與穿層鉆孔之間存在的漏氣現(xiàn)象。

5.1 順層鉆孔8m帶壓封孔與20m長距離帶壓封孔效果分析

順層鉆孔8m帶壓封孔漏氣主要存在兩種途徑：一種是由于封孔短而導(dǎo)致巷道煤壁內(nèi)的裂隙未封堵產(chǎn)生漏氣；另一種鉆孔內(nèi)封孔材料與孔壁結(jié)合不緊密以及徑向裂隙未封堵導(dǎo)致漏氣。順層鉆孔采用8m帶壓封孔抽樣濃度如表1。

表1 順層鉆孔8m帶壓封孔抽樣濃度表

順層鉆孔20m長距離帶壓封孔增加了鉆孔封孔段深度，有效解決了煤壁內(nèi)的裂隙在高負(fù)壓作用下漏氣的現(xiàn)象。通過氣動注漿泵將水泥漿注入到兩段聚氨酯封孔段之間，使?jié){液在壓力的作用下進(jìn)入鉆孔周圍裂隙內(nèi)，待孔口壓力表顯示值為0.6Mpa以上時停止注漿，漿液凝固后具有較強(qiáng)的抗壓性能及密封性能，從而達(dá)到密封鉆孔的目的。順層20m長距離帶壓封孔抽采濃度如表2。

表2 順層鉆孔20m帶壓封孔抽樣濃度表

為了檢驗順層鉆孔20m長距離帶壓封孔在實(shí)際應(yīng)用中是否達(dá)到了較好效果，將順層鉆孔20m長距離帶壓封孔與8m傳統(tǒng)帶壓封孔鉆孔在相同負(fù)壓條件下抽采10天后所測得濃度進(jìn)行對比，以不同濃度段鉆孔所占的比例大小為衡量指標(biāo)。具體對比結(jié)果（見圖2）。

圖2 順層鉆孔20m帶壓封孔和8m傳統(tǒng)封孔抽樣濃度對比圖

按鉆孔單孔濃度超過30%為合格，從效果對比圖上可以看出，順層鉆孔8m傳統(tǒng)帶壓封孔鉆孔合格率為77.14%，而順層鉆孔20m長距離帶壓封孔的鉆孔合格率為91.43%。鉆孔單孔濃度與8m傳統(tǒng)帶壓封孔濃度相比也有了較大提高。

5.2 順層鉆孔20m長距離帶壓封孔效益分析

新田煤礦4號煤層瓦斯壓力大，瓦斯含量高，煤層突出危險程度高，防突措施工程量大，難度高。因此要嚴(yán)把工程施工質(zhì)量關(guān)，提高鉆孔成孔率以及鉆孔瓦斯抽采濃度。

5.2.1 安全效益：順層鉆孔通過實(shí)施20m長距離帶壓封孔技術(shù)，較大程度上提高了鉆孔抽采濃度，減小了鉆孔廢孔率，也相應(yīng)增大了瓦斯抽采量，進(jìn)而為礦井的安全生產(chǎn)帶來了無法評估的安全效益。

5.2.2 直接經(jīng)濟(jì)效益：鉆孔合格率的提高，降低了鉆孔的廢孔率，從而減小了鉆孔的投資成本。

潛在經(jīng)濟(jì)效益：順層鉆孔20m長距離帶壓封孔技術(shù)在表面上看是提高了鉆孔的抽采濃度，減小了鉆孔的廢孔率，提高了鉆孔瓦斯抽采量，更縮短了回采工作面抽采達(dá)標(biāo)時間，保證回采工作面不受瓦斯制約能夠快速推進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)礦井安全、高效、快速達(dá)產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，因此其潛在的經(jīng)濟(jì)效益更為巨大。

5.3 順層鉆孔20m長距離帶壓封孔創(chuàng)新點(diǎn)

5.3.1 大膽將順層鉆孔封孔段長度提高到20m，減小了鉆孔封孔漏氣的可能性。

5.3.2 提出了帶壓封孔概念，有效地保證封孔段封閉嚴(yán)密不漏氣，解決了因鉆孔周圍存在裂隙而導(dǎo)致鉆孔漏氣的難題。

5.3.3 成立了專業(yè)封孔小組，對封孔小組的每一位成員都進(jìn)行了嚴(yán)格的培訓(xùn)，確保封孔質(zhì)量得到保障。

將專業(yè)封孔小組視為特殊工種，提高其薪金待遇，保障封孔隊伍人員的穩(wěn)定；確保封孔質(zhì)量的高合格率。

[1]王圣程.抽采鉆孔帶壓注漿封孔技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].煤炭安全.

[2]黃鑫業(yè).本煤層瓦斯抽采鉆孔帶壓封孔技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，10.

梁銀權(quán)（1987.2—），男，漢族，河南省永城市人，助理工程師，本科學(xué)歷，現(xiàn)主要從事于礦井一通三防技術(shù)管理工作。

TD713

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1003-5168(2014)04-0043-03