陳君龍

（百礦集團有限公司，廣西 百色 533000）

預(yù)抽煤層瓦斯是降低突出危險區(qū)煤層瓦斯含量、防治煤與瓦斯突出的重要安全措施，是實現(xiàn)煤礦高效安全開采的重要基礎(chǔ)。瓦斯抽采鉆孔封孔技術(shù)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(jīng)分析研究，發(fā)現(xiàn)兩堵一注封孔工藝中封孔材料是影響抽采效果的關(guān)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(chǎn)生和發(fā)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(yè)時，根據(jù)所需封孔長度，設(shè)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(xù)帶壓自行向中間區(qū)域注漿，充實并壓入孔壁裂隙內(nèi)，當注漿壓力達到2 MPa 時停止注漿，從而實現(xiàn)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(yè)實踐中，封孔材料主要是采用水泥砂漿。從實踐應(yīng)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(fā)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(fù)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(yè)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(jié)果如圖 2 所示。

圖2 左側(cè)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(cè)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(jié)果圖

2 工業(yè)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(qū)平寨鎮(zhèn)六龍村，該礦生產(chǎn)能力為360 萬t/a。礦井剩余服務(wù)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(zhì)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(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，頂板為粉砂巖、生物灰?guī)r，底板為泥巖、粉砂巖。煤層堅固性系數(shù)f=0.41～0.53，煤層透氣性系數(shù)0.016 8～0.126 6 m2/MPa2·d，巖層透氣性差，不利于瓦斯?jié)B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(yù)抽鉆孔抽采瓦斯進行區(qū)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(shè)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(qū)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(shù)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(shù)

2.3 應(yīng)用效果分析

在1034 工作面瓦斯抽采作業(yè)過程中，對A、B二組不同封孔工藝材料的瓦斯?jié)舛?、瓦斯流量進行檢測，時間為60 d，對檢測數(shù)據(jù)進行記錄。從檢測數(shù)據(jù)可知，60 d 的瓦斯抽采期內(nèi)，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(shù)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(wěn)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(nèi)瓦斯抽采體積分數(shù)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(wěn)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(jié) 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(yè)性試驗可知，瓦斯抽采體積分數(shù)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(wěn)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(shù)先進，封孔效果好，可在煤礦井下順層預(yù)抽鉆孔瓦斯抽采中推廣應(yīng)用。