低透气性三软煤层穿层钻孔封孔技术优化.pdf

低透气性三软煤层穿层钻孔封孔技术优化赵先明(永煤集团股份有限公司河南 商丘)摘 要:针对安阳大众煤业存在封孔质量差、初始浓度低和有效抽采时间短等问题通过理论分析和现场试验从底板岩巷层位选择、封孔囊袋位置确定、下管工艺和浆液水灰比四个方面对囊袋式“两堵一注”注浆封孔技术进行优化并提出一种新型的封孔囊袋布置方法关键词:囊袋式两堵一注注浆封孔瓦斯抽采穿层钻孔中图分类号:.文献标识码:文章编号:()采矿工业是我国的基础工业在经济发展中有着不可代替的地位 煤炭是重要的能源和工业生产原料是我国一次能源的主要组成部分 我国的煤炭生产主要以井下开采为主由于地下复杂的地质结构和开采环境容易引发各类安全生产事故瓦斯事故是造成伤害最严重的生产事故之一现阶段矿山开采规模扩大开采深度增加瓦斯治理难度相应增大 特别是低透气性的煤层、三软煤层及围岩裂隙发育的岩层穿层钻孔效果受到较大影响提升穿层钻孔预抽煤层瓦斯的效果需要采取一系列提升抽采浓度的重要措施 概况安阳大众煤业有限责任公司(以下简称“大众煤矿”)隶属安阳鑫龙煤业(集团)有限责任公司矿井始建于 年 年投产经 年、年两次技术改造后矿井核定生产能力为 万/年 月公司开始进行改扩建工作建设规模为./剩余服务年限为.矿井为立井上、下山开拓全井田开采水平标高 通风方式为中央边界式工业场地内布置有 个井筒副井、主井、新副井、新主井进风及北风井回风 采煤方法采用走向长壁综采放顶煤采煤法安阳大众煤矿存在软煤层加之软岩层的低透气性煤层 年初在采用囊袋式“两堵一注”水泥带压封孔技术进行封孔的过程中发现新施工钻孔的初始浓度普遍不高大部分处于 且钻孔漏气容易造成钻孔废弃 经分析影响抽采效果因素主要有巷道岩层破碎、封孔囊袋位置、下管工艺以及浆液水灰比透气性煤层等 针对这四个影响因素不断摸索、试验和总结对封孔技术进行优化并取得了成效 囊袋式“两堵一注”注浆封孔技术原理囊袋式“两堵一注”注浆封孔技术的原理基于煤壁内存在的应力扰动沟通裂隙通过对钻孔两端封堵加压注浆有效封闭瓦斯抽采钻孔周围裂隙及底板巷围岩裂隙提高钻孔的密闭性封孔作业时首先对封孔段两端加设两个囊袋采用注浆泵对囊袋注浆实现两堵然后对两个囊袋中间的空间注浆将注浆泵的注浆管连接至填充区域的注浆管注浆初期稳压慢注 当注浆压力达到.后停止 然后再补浆压力重新达到 后停止再进行补浆使压力达到.当封孔管出现返水水量由大到小且稳压时间不小于 后即可结束注浆 当注浆压力达到.稳压时间不小于 时封孔管出现返水水量由大到小无水泥浓浆流出同时要保证压力平衡后注浆泵停止工作方可确认注浆结束 浓度提升措施及优化.底抽巷施工及选择层位标准矿井选择底板巷层位时本着钻孔设计合理、便于冲孔水煤原则确定距离煤层底板 如果距煤层底板较近易造成层厚不稳定巷道裂隙较多为后期封孔注浆留下裂隙漏气的难题对 上 底抽巷的岩层层位进行优化制定准入标准底板巷在满足钻孔施工要求的同时将底板巷层位选择在灰岩层中距离煤层 该岩层围岩稳定有利于钻孔的封孔密闭.封孔囊袋位置的确定根据矿井地质部门提供的资料及施工效果确定新副井上 底板巷岩层裂隙分布范围在 且靠近煤层处的岩层较为稳定 针对该情况提出一种新型的封孔囊袋布置方法根据抽采钻孔长度矿井采用“分段”封孔工艺保证封孔质量 一是采用“两堵两注一返水”带压封孔工艺对钻孔见岩段 分别采取三种注浆封堵方式二是钻孔带压封孔钻孔注浆压力达到.做到稳压并符合要求三是针对注浆期间锚索漏浆、注浆囊袋漏浆采取孔口“三堵三注”封堵措施保证封孔质量 改进后可有效避开围岩裂隙带提高了封孔严密性 封孔工艺示意图如图 所示图 封孔工艺示意图.改进封孔管封孔工艺上 底板巷由于煤层较软采用水力冲孔后煤体容易塌孔造成筛管下不到底即便下到底塌孔后容易将封孔管堵死导致抽采浓度低废孔率较高 一是严格遵循钻孔施工顺序 应遵循先低瓦斯区域后高瓦斯区域、先低地应力后高地应力区域、先构造简单区后构造复杂区的原则二是优先推行预抽降压钻冲协调作业 即:先钻施工预抽孔见煤.后停止钻进预抽一定时间后再次透孔、冲孔施工 同时对下管工艺进行改进:一是将冲孔煤量控制在./保证冲孔均匀、到位二是将冲孔方式改为自上而下冲孔掌握冲煤段长度信息使不易出现堵孔卡钻现象三是洗孔时将钻杆退至见煤点外 洗孔完毕后将钻杆顺至孔底检查是否堵孔若堵孔则重复套孔 次直至钻杆能顺利进到孔底四是拔钻后立即封孔对封孔管和筛管的连接工艺进行改进 原封孔管和筛管以变径丝扣进行连接丝扣外置且直径较大下封孔管时阻力较大故将原有的变径丝扣去掉将筛管穿到封孔内人工打孔固定减少阻力并节省费用.调整浆液配比浓度封孔采用膨胀水泥浆液配比浓度直接影响使用效果 受钻孔水影响按原有比例配比的浆液不能达到效果 为保证封孔效果对浆液比例进行试验结果如表 所示表 水灰比试验效果水灰比凝固时间凝固效果 .质地松软用手可捻成粉末状 轻微膨胀强度不高用手可捏开 .轻微膨胀强度一般 .轻微膨胀强度较高有固孔效果且可防塌孔 轻微膨胀强度高有固孔效果且可防塌孔 由试验结果可知水灰比为 .和 的浆液注浆效果比较好但水灰比为 时容易凝固堵塞注浆管将浆液水灰比定为 .钻孔侧漏检验及钻孔修复一是利用自制的充压测漏装置检验钻孔的封孔质量每个穿层钻孔注浆完毕准备连抽前使用该装置进行钻孔充压压力.稳压时间若压力及孔口瓦斯浓度均无变化说明该孔封孔质量符合要求(见图)否则说明封孔不严应立即采取补注浆或孔口二次封堵措施确保封孔质量符合要求二是受煤层地质赋存条件影响个别抽采区域煤的坚固性系数低钻孔易塌孔在钻孔成孔或抽采一定时间后因煤体破碎影响破碎的煤岩渣颗粒容易堵塞筛管导致堵孔或瓦斯流动不畅可通过高压风进行透孔修复三是针对注浆期间锚索漏浆、注浆囊袋漏浆处采取孔口“三堵三注”的封堵措施保证封孔质量 上 上底板巷针对单孔浓度低于 且封孔无漏气的钻孔经过处理的低浓度钻孔抽采浓度可提升 上 下底板巷经过处理的低浓度钻孔其中有.的钻孔抽采浓度可提升 有.的钻孔抽采浓度可提升 有效改善了钻孔抽采效果四是对于巷道围岩裂隙发育地带采用帷幕注浆封堵巷道裂隙在两列钻孔间布置注浆钻孔对岩层段进行封闭 通过帷幕注浆上 下底板巷第一单元支管浓度从 提升到 单孔瓦斯浓度从 提升到了提升明显图 正压风透孔装置实物图 现场应用效果分析.试验地点试验工作面位于改扩建区域的 上采区上 工作面为矿井改扩建区域的首采工作面 上 上、下底抽巷服务工作面及煤巷条带瓦斯抽放采用穿层钻孔治理瓦斯技术封孔方式为囊袋式“两堵一注”的水泥带压注浆封孔.效果分析选取 中间巷第 组钻孔和 上 下底抽巷 号孔作为对照组使用未经优化的封孔技术进行封孔选取上 下底抽巷 号孔作为实验组使用优化封孔技术进行封孔 从完成封孔时开始每 天考察一次浓度和负压连续观测 个月 封孔工艺优化前后钻孔抽采浓度和负压如图、图 和图 所示图 未优化工艺时钻孔浓度曲线图 图 未优化工艺时钻孔浓度曲线图 图 优化工艺钻孔浓度曲线图通过与原抽采封孔工艺对比分析可以看出钻孔的始抽浓度大大提升钻孔浓度的衰减速率从原来的 逐步放缓抽采 个月后钻孔抽采浓度可达 左右 个月后钻孔浓度逐步衰减抽采效果明显提升经过对现场试验的分析与统计上 底板巷采用优化封孔技术的第二单元、第三单元钻孔共计 个钻孔初始浓度大于 的钻孔有 个占比为(其中 个钻孔初始浓度在 占比有 个钻孔初始浓度在 占比有 个钻孔初始浓度在 占比)单孔浓度达到 的钻孔重新出现且占比较高单元管路的浓度更是达到 矿井建立抽采钻孔浓度与负压统计台账针对瓦斯抽采钻孔存在的问题采取针对性措施保证每个钻孔的抽采效果 根据瓦斯治理地点原始含量分布不均匀的情况每周进行分析单元抽采负压、流量与浓度关系绘制曲线图优化确定设置抽采参数工作面抽采负压由原来的 调整为 保证高浓度、稳定性、长久抽的效果通过调整底抽巷层位、改进封孔工艺、压风吹孔检漏等多措并举提高了封闭性高浓度、持久抽的抽放效果缩短了抽放时间 结语从底板岩巷层位的选择、封孔囊袋位置的确定、下管工艺和浆液水灰比四个方面对封孔技术进行了优化确定了底板岩巷的位置在距煤层 范围内确定浆液水灰比为 .提出一种新型的封孔囊袋布置方法改进了封孔管与筛管的连接工艺通过对比优化之前的封孔工艺抽采钻孔的初始浓度提升了 延长了有效抽采时间抽采效果显著提高参考文献:黄继广马汉鹏范春姣等.我国煤矿安全事故统计分析及预测.陕西煤炭():.刘延保.瓦斯抽采钻孔封孔成套技术及应用研究.煤炭工程():.白杰.囊袋式“两堵一注”带压注浆封孔技术应用.江西煤炭科技():.尹勇勤程风超.囊袋式“两堵一注”带压注浆封孔工艺关键参数技术研究.能源与环保():.郝元伟.保护层工作面立体瓦斯抽采优化技术研究与应用.能源技术与管理():.王振刚.大众矿低透气性煤层钻孔浓度提升研究与应用.内蒙古煤炭经济():.作者简介:赵先明()男 河南永城人 本科 工程师研究方向:瓦斯抽采、防突管理