管柱法带压注浆封孔技术在告成煤矿瓦斯抽采钻孔中的应用.pdf

第 卷第 期煤炭科技 年月 收稿日期：；：基金项目：河南省自然科学基金项目（）作者简介：高会国（），男，河北井陉人，工程师，年毕业于河南理工大学采矿工程专业，现从事煤矿“一通三防”和瓦斯管理工作。引用格式：高会国，丁远东 管柱法带压注浆封孔技术在告成煤矿瓦斯抽采钻孔中的应用 煤炭科技，（）：，（）：文章编号：（）管柱法带压注浆封孔技术在告成煤矿瓦斯抽采钻孔中的应用高会国，丁远东（郑煤集团 告成煤矿，河南 登封 ；河南理工大学，河南 焦作 ）摘要：钻孔封孔是矿井瓦斯抽采工程的一个重要环节，为提高抽采钻孔封孔效果，告成煤矿引进了管柱法带压注浆封孔工艺技术，在井下瓦斯抽采钻孔封孔现场进行试验及应用研究。结果表明，新封孔工艺能有效封堵裂隙，封孔质量高、效果好，提高了抽采浓度，延长了抽采时间，达到了预期目的。关键词：瓦斯抽采；带压注浆；封孔技术中图分类号：文献标志码：，（，（），；，）：，：；：钻孔封孔质量是决定瓦斯抽采效果的关键因素之一 ，封孔技术及装备一直在不断革新发展，形成了注水泥浆液、囊袋或注聚氨酯、材料、柔性膏体、改性水泥等不同封孔材料工艺 。为了提高密封效果效果，尹红杰等 改进“两堵一注”胶囊聚氨酯组合封孔测压技术；周福宝等 应用了二次封孔技术以解决抽采后期裂隙发育导致的钻孔漏气问题；李辉等 提出煤粉带压注浆封孔技术，降低了封孔成本；孔维一等 应用了喷涂式封孔材料，节约了封孔成本和时间；王鹏 针对余吾煤业“孤岛工作面”煤质松软破碎、裂隙发育的特点，通过采用优化“两堵一注”带压封孔工艺，解决了松软破碎煤层钻孔封孔难、封孔效果差的问题；廖小明等 通过对封孔工艺改进，采用“两堵一注”带压封孔工艺，钻孔平均抽采浓度达到 以上，单孔流量提高了 倍以上，显著提高煤层瓦斯抽采效果；吕贵春 采用“两堵一注”带压封孔工艺，较矿井原有聚氨酯封堵注入水泥浆封孔工艺，其瓦斯抽采效果提高 倍左右；年第 期高会国，等：管柱法带压注浆封孔技术在告成煤矿瓦斯抽采钻孔中的应用第 卷谭永福 采用“两堵一注”带压封孔技术，较好地解决了抽采瓦斯时漏气问题，抽采孔口负压提高、瓦斯抽采浓度增大；冷超等 采用“两堵一注”带压封孔法，封孔深度 ，封孔压力 ，确保井下采用的带压封孔技术成功；周玉军 提出“倾斜布袋式带压封孔技术”满足水力压裂的要求，取得良好的效果；赵志昂 进行钻孔带压封孔的应用，解决了抽采钻孔孔封不严、浓度偏低、钻孔效率低等技术难题；陈存强 在白龙山煤矿一井进行底板穿层采钻孔，采用“两堵一注”带压封孔工艺，每排抽采钻孔的单孔瓦斯抽采浓度提高了 ；张宏超 采用 一体式布囊定点定长带压封孔新工艺，提高了封孔的气密性，钻孔抽采瓦斯浓度提高 左右，封孔时间缩短 ，扩大了瓦斯抽采能力，提高了瓦斯抽采率，效果显著。告成煤矿为煤与瓦斯突出矿井，实测煤层最大原始瓦斯含量 ，最大原始瓦斯压力 ，需采取底抽巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯。原封孔工艺水泥砂浆干涸、收缩以后煤岩层界面产生缝隙，易造成瓦斯钻孔封孔不严，瓦斯抽采效果差。为此，告成煤矿引进了管柱法带压注浆封孔技术，以提高封孔质量，促进瓦斯抽采。管柱法带压注浆封孔技术工艺 封孔器结构特征煤矿抽放瓦斯用封孔管柱封孔器主要由封孔管柱（柱、柱）注浆管（囊袋注浆管）、硬管、爆破阀（内置）、瓦斯抽采花管（集气段）、高膨胀应力胶凝剂等组成，如图 所示。自膨胀管柱 膨胀前直径为 ，应用时采用气体延时自膨胀，可达到 。注浆膨胀管柱 膨胀前直径为 ，应用时利用注浆可增大至 。图 、管柱组合膨胀示意 、管柱法带压注浆封孔采用多种无机材料混合而成的高膨胀应力胶凝剂，具有早强、可注性好、固化不析水、初凝时间可调等特性。浆液水化过程中产生高膨胀应力（微膨胀），进一步挤压钻孔周围裂隙，形成隔绝瓦斯逸散的封闭屏障，实现钻孔密封（图 ）。图 管柱法带压注浆封孔工艺示意 管柱法带压注浆技术原理管柱法带压注浆技术实现了带压注浆封孔，封孔段前端采用自膨胀管柱（柱）封堵，带压对膨胀管柱（柱）注入高膨胀应力胶凝剂浆液，达到一定压力后爆破阀爆破，高膨胀应力胶凝剂浆液注入封孔空间，在注浆压力达到设计封孔压力时完成注浆封孔。在注浆压力作用下，高膨胀应力胶凝剂浆液能够迅速渗透到钻孔周边围岩裂隙中，堵塞因“井巷变形、围岩破碎、构造裂隙、溶岩空洞、钻孔导通”等因素造成的各种漏气通道，实现“两堵一注”。封孔管柱 、柱与高膨胀应力胶凝剂的配合使用，可以根据地层条件、抽采巷距煤层的法线距离，有针对性的设计封孔长度、封孔起止点，从而做到抽采瓦斯钻孔封孔“一巷一策、一段一策、一点一策”，让每个钻孔都能充分发挥作用，做到个性化封孔。封孔工艺（）封孔流程。钻孔施工结束后，提出钻具，清理钻孔煤碴。按照从里到外、从 柱到 柱的次序连接（注意箭头方向向上）；柱必须位于见煤点下方 ，解除 柱上的隔离约束扎带后送入孔内，使管柱内液体和固体充分混合，根据实际见煤点计算 年第 期煤炭科技第 卷封孔长度；柱在孔口向里 处；记录送入时间，后方可进行注浆作业。（）注浆流程。配浆。浆液灰水质量比例为 ，袋封孔剂（）兑入 水（）左右，根据容器计算好兑水量。开启搅拌器，使浆液充分搅拌，连接出浆口和封孔器进浆口，启动注浆泵，准备注浆。柱注浆：缓慢开启注浆泵，从 柱注浆管注入配比好的封孔剂，期间必须稳压慢注，出浆频率 次，确保浆液充满 柱并充分滤水；注浆压力达到一定压力后（），柱前方封孔段爆破阀打开。充填段注浆：调节进气阀门使出浆频率加速至 秒 次，直至封孔管返水，将出浆频率再调整为 次，当封孔管返水由大变小时注浆压力开始增大，压力达到 以上，并持续稳压 停止注浆，立即封闭注浆管，防止泄压，等待 即可连网抽放。现场效果考察为验证、考察管柱法带压注浆封孔技术抽采效果，在 上副巷掘进工作面开展了现场试验。巷道上方煤层厚度 ，平均煤厚 ，煤层倾角 ，平均 。原始瓦斯含量 ，瓦斯压力 。钻孔采用管柱法带压注浆封孔后，接入抽采管网进行瓦斯抽采，并对孔口瓦斯浓度进行跟踪测试。上底抽巷管柱封孔抽采浓度曲线如图 所示。从图 可知，采用管柱法带压注浆封孔后试验观测的 个钻孔（其中抽采钻孔 个，增透卸煤钻孔 个）始抽浓度均在 以上，最高 。个抽采钻孔在近 个月抽采期内，有 个钻孔抽采浓度低于 ，其余钻孔抽采浓度均在 以上，最高抽采浓度 ，平均抽采浓度 以上，其中有 个钻孔抽采时长已达 ，抽采浓度仍在 以上；个卸煤钻孔抽采浓度均高于 ，最高抽采浓度 ，平均抽采浓度 以上。管柱法带压注浆封孔实现了带压注浆，可对钻孔围岩裂隙进行有效封堵，提高了钻孔浓度和抽采时间。图 上底抽巷管柱封孔抽采浓度曲线 结论（）采用管柱法带压注浆封孔工艺封孔的钻孔，封孔质量高、耐受性好，钻孔始抽浓度较高，且抽采期间浓度稳定，高效抽采期长。（）管柱法带压注浆 柱使用专用材料混合膨胀，不用注浆，杜绝了里道囊袋注浆失败导致无法实现带压注浆现象，同时外道 柱避开了岩层破碎带，确保了封孔充填段密封严密，提高了抽采通道密封性、可靠性。年第 期高会国，等：管柱法带压注浆封孔技术在告成煤矿瓦斯抽采钻孔中的应用第 卷（）可从孔口返水情况判定是否结束注浆，不必靠注浆泵压力判断注浆是否结束，上手快、易操作。参考文献（）：杨宏民，任发科，王兆丰，等 瓦斯抽采钻孔封孔质量检测及定量评价方法 煤炭学报，（）：，（）：周俊 煤矿井下瓦斯抽采钻孔封堵技术的研究现状及发展方向 矿业安全与环保，（）：，（）：尹红杰，王佰顺 一种新型带压注浆封孔测压技术的密封效果研究 矿业安全与环保，（）：，（）：周福宝，孙玉宁，李海鉴，等 煤层瓦斯抽采钻孔密封理论模型与工程技术研究 中国矿业大学学报，（）：，（）：李辉，郭绍帅，苏勋 煤粉带压注浆封孔技术研究及应用 煤矿安全，（）：，（）：孔维一，赵和平，刘泉霖，等 瓦斯抽采钻孔喷涂式封孔技术 工矿自动化，（）：，（）：王鹏 松软煤层“两堵一注”式封孔工艺优化研究 煤炭科技，（）：，（）：廖小明，李志红，周忠国等 单一松软低透气性煤层带压封孔成套技术及工艺研究 水力采煤与管道运输，（），（），吕贵春 囊袋式带压封孔工艺在顺层瓦斯抽采钻孔中的应用 工业安全与环保，（），（）谭永福 抽采钻孔“二堵一注”带压封孔技术的研究与应用 煤矿安全 ，（），（），冷超，周建伟 余吾煤矿封孔工艺优化试验研究 煤炭技术，（），（）周玉军 带压封孔在煤层水力压裂中应用研究 山东工业技术，（）：，（）：赵志昂 煤矿瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究 中国西部科技，（），（）陈存强“两堵一注”带压封孔技术在白龙山煤矿一井的应用研究 中国煤层气，（），（）张宏超 布囊式定点定长带压封孔工艺应用 现代矿业，（），（）