速凝膨胀封孔材料密封顺层瓦斯抽采钻孔技术及其应用论文(1762).doc

速凝膨胀封孔材料密封顺层瓦斯抽采钻孔技术及其应用摘 要：瓦斯抽采钻孔的封孔质量对抽放浓度及抽放寿命有较大影响。本文对顺层抽放钻孔封孔、堵漏技术进行了研究，通过采取科学的封孔技术及漏气钻孔的堵漏工艺，提高了瓦斯抽放量和百米钻孔抽放量，延长了钻孔衰减期，减少了钻孔工程量，提高了钻孔的抽放质量，为提高区域防突效果、降低生产成本提供了技术支持。关键词：瓦斯抽采；速凝膨胀封孔剂；封孔；区域防突顺层钻孔预抽瓦斯作为一项区域性防突技术在多数矿区得到广泛应用，有效地防治了煤与瓦斯突出事故的发生。然而，在现场应用过程中，由于钻孔在煤层中施工，钻孔周围煤体相对比较松软，裂隙发育程度较高，同时由于封孔质量不高造成了顺层钻孔瓦斯抽采的浓度低下，抽采的效果不佳，进而达不到区域防突的目的。防治煤与瓦斯突出规定第四十八条明确规定，预抽瓦斯钻孔封堵必须严密。穿层钻孔的封孔长度不得小于5m，顺层钻孔的封孔段长度不得小于8m。钻孔的封孔长度由防治煤与瓦斯突出细则规定的6m提高到8m，由此可知钻孔的封孔质量对瓦斯抽采的重要性。本文采用速凝膨胀封孔剂作为密封材料，对淮南矿业集团潘集三矿1762（3）工作面顺层钻孔进行封孔、抽采瓦斯。通过对比速凝膨胀封孔剂及有机发泡材料两种封孔材料的封孔效果可知，采用速凝膨胀封孔剂后顺层钻孔瓦斯抽采浓度提高了近30%，瓦斯治理的效果显著。1工作面概况顺层瓦斯抽采钻孔封孔实验工作面为淮南矿业集团潘集三矿1762（3）工作面。该工作面位于一水平东四采区13-1煤层综采面，处于13煤突出危险区域。工作面标高-640m-584m，工作面走向长度为800m，倾斜长度为240m，煤层平均厚度为4m，工作面内煤层角度611°，平均为7°。采用综合机械化采煤方法，计划日产量为8000t。该面预计于2011年7月1日始采，2012年1月31日回采结束。1762（3）工作面瓦斯含量为8.2m3/t，采用底板岩巷穿层钻孔预抽工作面机风巷及切眼条带，顺层钻孔预抽回采工作面瓦斯的区域性防突措施。底板预抽钻孔以10×4.5m布置，顺层钻孔空间距为10m，在构造附近（断层）顺层钻孔间距为3m。工作面概况及防突钻孔布置示意图见图1。顺层抽采钻孔对比实验为1762（3）工作面运顺巷道13#33#顺层孔。图1 工作面及防突钻孔布置示意图2封孔方法顺层钻孔封孔工艺主要包括封孔材料的选择及封孔的施工工艺。以下对具体的封孔工艺进行阐述。2.1封孔材料选择速凝膨胀封孔剂是由高分子材料及多种助剂复配而成，外观为灰色粉末，无毒、无味、无污染、无腐蚀性，所有组份均属无机系，具有不燃、不助燃、阻燃的特性。产品按一定比例兑水施工，施工过程料浆发生单纯的物理络合反应，反应过程不剧烈，无明显热量放出，无有毒有害气体生成。操作简单，安全可靠，封孔长度容易控制，初凝时间可调，凝固速度快，密封钻孔周边松散煤体和缝隙，凝固膨胀后不析水，膨胀系数高，凝固后微膨胀，密封密实，经济实用，成本较低。有机发泡材料反应剧烈，有大量反应热放出，有强烈的气味生成，反应速度太快，初凝时间不可调，封孔长度不易控制，钻孔周边松煤媒体和缝隙不易密封，该产品与水不结合，封孔不密实，容易漏气，成本较高。采用有机发泡材料封孔过程中，在抽放气体中检测到一定浓度的CO气体，具有一定的危险性。因此我们选用速凝膨胀封孔剂作为顺层抽采钻孔的封孔材料。2.2封孔施工工艺(1)钻孔施工钻孔开孔位置保证顺层钻孔外段10m钻孔成型高，不得在开孔段形成伞檐状、台阶状、弯曲状钻孔。为提高封孔深度及封孔质量提供基础条件。潘三煤矿顺层钻孔封孔长度均大于10m。(2)清孔封孔前，封孔段内的煤粉必须用压风清扫干净，无法清扫干净的必须用掏勺掏净。孔积水至孔口的钻孔，孔口以下12 m范围内的水必须排出。(3)管路铺设如图2所示，将抽采管路距离抽放口1m位置处敷设棉纱或麻皮袋与聚氨酯混合物，棉纱通过铁丝紧敷与抽采管路上，抽采管路长度为12m。将底部敷设棉纱的抽采管路送至孔中预定深度后，反复抽动抽采管路，使底部棉纱与孔壁充分接触。在孔口位置，将2m长4分铁管分两道管路铺设孔中，外部预留0.3m。采用速凝膨胀封孔材料或麻皮袋与聚氨酯混合物封堵钻孔孔口段，孔口段封孔深度大于1m。注浆管路及回浆管路孔口连接球阀，孔口段凝固时间不低于20min，回浆管路的长度根据顺层钻孔的角度而定。(4)压注封孔材料采用风动注浆泵，将速凝膨胀封孔剂与水按一定比例混合后注入孔中。注入的浆液将有效充填钻孔周围裂隙，当预埋回浆管有浆液流出时，说明钻孔内裂隙已经得到充分封堵。此时关闭注浆管路及回浆管路球阀，停止注浆泵。由于速凝膨胀封孔剂具有凝固膨胀后不析水，膨胀系数高，凝固后微膨胀的特点，因此在停泵后，浆液凝固过程中，封孔材料将继续膨胀，充填裂隙，达到密封钻孔的目的。(5)合茬抽采待注浆4小时后，即可连接抽采管路进行瓦斯抽采。图2 顺层钻孔封孔工艺示意图3 应用效果分析潘集三矿在1762（3）工作面运顺巷道本煤层顺层孔瓦斯抽放封孔过程中采用了JD-WFK-2型速凝膨胀水泥封孔剂，在13#22#钻孔使用了有机发泡封孔材料，在24#33#钻孔处使用了速凝膨胀封孔剂材料进行封孔。封孔后瓦斯抽抽采浓度数据见表1。在抽放钻孔中同时检测到了CO气体，浓度见表1。表1 顺层钻孔封孔抽放数据表速凝膨胀水泥封孔剂（JDWFK2型）材料封孔有机发泡材料孔号CH4（%）待添加的隐藏文字内容2CO（%）孔号CH4（%）CO（%）246051320242555014213826600151830274551620152870017213229801018152030505195223170520183032601021242533755222520图3 顺层钻孔瓦斯抽采效果对比图由表1及图3可知，该矿使用速凝膨胀封孔剂（JDWFK2型）材料封孔后，效果如下：抽放瓦斯浓度较高：采用有机发泡材料密封的钻孔瓦斯抽采浓度为5%25%，抽采浓度较低，而速凝膨胀水泥封孔剂材料密封的钻孔瓦斯抽采浓度保持在45%80%之间，大大提高了顺层钻孔瓦斯抽采浓度；抽放瓦斯时无CO气体：采用有机发泡材料密封的钻孔抽采CO浓度为15%38%，CO浓度较高，而速凝膨胀封孔剂材料密封的钻孔抽采瓦斯时基本无CO，仅个别钻孔有少量CO，具有更高的安全性；封孔长度达到所需要的要求，封孔密实；该材料具有流动性，能迅速渗入钻孔周边松散煤体和缝隙；初凝时间可调。综上所述：采用JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂后，可以显著提高顺层钻孔瓦斯抽采浓度，相对于有机发泡材料封孔，瓦斯抽采浓度提高了30%。由于该材料流动性强，能能迅速渗入钻孔周边松散煤体和缝隙，在固化后膨胀，使之与孔壁结合更紧密，从保证了密封效果。与有机发泡封孔材料相比，具有膨胀比率微调、反应快、凝固时间可调、可靠性高、操作简单、密封效果好且成本较低等特点。4 结论本文针对目前本煤层顺层瓦斯抽采钻孔封孔存在的问题，对顺层抽放钻孔封孔、堵漏技术进行了研究，通过采取科学的封孔技术及漏气钻孔的堵漏工艺，提高了瓦斯抽放量和百米钻孔抽放量，延长了钻孔衰减期，减少了钻孔工程量，提高了钻孔的抽放质量，为提高区域防突效果、降低生产成本提供了技术支持。将该技术成功在潘集三矿在1762（3）工作面进行了应用，效果表明：采用JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂后，可以显著提高顺层钻孔瓦斯抽采浓度，相对于有机发泡材料封孔，瓦斯抽采浓度提高了30%。与有机发泡封孔材料相比，该材料具有膨胀比率微调、反应快、凝固时间可调、可靠性高、操作简单、密封效果好且成本较低等特点。参考文献1 刘占文.缓倾斜上邻近层残存瓦斯压力的分析与计算J.煤矿安全,1989,8:15-19.2 刘占文.上邻近层残存瓦斯压力的分析与计算J.山西矿业学院学报,1990,8(6):94-97.3 刘占文.上邻近层残存瓦斯压力的理论与应用J.中国矿业大学学报,1993,22(3):100-107.4 国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定M.煤炭工业出版社,2009.