低浓度抽采钻孔堵漏技术研究

关键词：瓦斯抽采 钻孔漏气 抽采钻孔堵漏 

封孔质量及封孔寿命是决定瓦斯抽采效果的重要因素之一，封孔质量差和封孔失效是造成瓦斯抽采浓度低的主要原因[1]。我国约有65%回采工作面的预抽瓦斯浓度低于30%，充分反映了抽采钻孔封孔质量差的现状[2]。当前焦煤集团九里山矿采用的封孔方法主要是铝箔袋矿用合成树脂封孔，经揉搓后送入孔内，树脂膨胀溢出袋外封孔，它具有发泡倍数高、封孔快捷的优点，但其封孔材料成本高，封孔后合成树脂的外衣与抽采钻孔壁相结合，未能使溢出的合成树脂充分的把抽采钻孔密闭，造成大部分抽采钻孔漏气，抽采效果差。针对焦煤集团九里山矿抽采钻孔漏气、抽采效果差的问题，焦煤集团科学技术研究所提出钻孔堵漏技术，并在焦煤集团九里山矿进行了工业性试验。 

1 堵漏基本原理 

本煤层瓦斯抽采矿用合成树脂封孔技术，仅仅是把钻孔密封了起来，而未涉及到煤层裂隙，而这些煤层裂隙会随着瓦斯的抽出发育扩张，从而导致抽采浓度低，抽采周期短。基于煤壁内存在的应力扰动沟通裂隙[3]，利用钻孔堵漏方法来达到改变瓦斯抽采钻孔周围煤体特性和密封微孔裂隙的目的。该技术利用注浆设备，以一定的压力将堵漏材料压注到抽采钻孔周围，浆液在压力的作用下，彻底密封填充抽采钻孔周围的裂隙，使抽采浓度和抽采纯量大幅度的提升。 

2 试验地点概况 

九里山矿16031运输巷，煤层厚度平均6.0m，煤层倾角平均12°，瓦斯含量为20.34m3/t，煤层瓦斯压力为1.74mpa，煤层透气性系数为0.2～0.457m2/（mpa2.d），该地区上部临近马坊泉断层，上部工作面顶板会相对破碎，另外，受马坊泉断层牵引很可能会伴生一些小的断裂构造。此次试验所封抽采孔开口位于巷道下帮煤壁中部，距煤层顶板1.2m左右，距巷道底板0.8m左右，巷道顶板有淋水。 

3 试验情况 

根据16031运输巷抽采钻孔布置，此次一共试验了两种封孔堵漏方法，分别采用合成树脂法和胶囊封孔法，见示意图1、2。 

合成树脂堵漏工艺流程：截取一根4m长的4分铝塑管→距出浆口0.5m固定木塞→距木塞0.3m依次间隔绑三组合成树脂→进浆口以里0.5m固定木塞→待合成树脂完全固化后→注浆堵漏。 

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图2 封孔器堵漏示意图 

封孔器堵漏工艺流程：将注浆孔内残余煤屑吹净→放入封孔器→连接封孔器补液软管→手动试压泵加压→达到预定压力后→关闭高压阀门→观察压力表是否稳定→稳定后连接注浆泵堵漏。 

3.1 堵漏钻孔布置方法 根据矿方提供的钻孔封孔参数，确定出合成树脂的致密区为9～10m处，保留2～3m注浆安全距离，故将堵漏钻孔长度设计在6～8m，采用便携式防突钻机打孔，钻头直径为65mm，堵漏钻孔位置设计在距抽采钻孔左上方0.3m处，倾角、方位角均与抽采钻孔倾角、方位角相同。 

3.2 封孔设备及材料 封孔注浆泵选用2zbq-9/3型双液注浆泵，额定流量：0～24l/min，注浆压力：0～6mpa，可同时输送两种介质也可单独输送一种介质，性能稳定，结构紧凑，质量轻，移动操作维护方便的优点。 

注浆管选用市场上常见的4分铝塑管。 

注浆堵漏材料：选用某公司生产的微膨胀水泥，其主要性能：①水灰比大；②凝结硬化快；③细度细；④固化体微膨胀，堵漏抗渗性好；⑤满足抽采需要快，2个小时即可接管实施瓦斯抽采；⑥具有“裂隙修复”功能，该封孔料固化体在水中长期浸泡强度不会降低，反而会继续升高，在受压后出现的微细裂隙能够“自修复”。 

3.3 注浆情况 在16031运输巷下帮，选定1～10#抽采钻孔作为堵漏试验孔，其中1～5#采用合成树脂法，6～10#采用封孔器法堵漏，两种堵漏方法的注浆情况见表1。 

表1 堵漏孔注浆情况 

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从上表可以看出，用合成树脂法，注浆压力在0.5～1.1mpa，平均注浆压力为0.6mpa，平均每孔注浆量为25kg；用封孔器法，注浆压力在1.0～1.5mpa，平均注浆压力为1.3mpa，平均每孔注浆量为65kg。 

用封孔器注浆堵漏，在注浆压力上是合成树脂法的2.2倍，注浆量上是合成树脂的2.6倍，从注浆压力和注浆量上可以看出，封孔器堵漏明显好于合成树脂堵漏。 

4 效果分析 

从下表可以看出，采取堵漏措施后，抽采浓度由平均12.4%提高到33.5%，浓度提高了2.7倍，尤其是8#抽采孔，抽采浓度由8.6%提高到93.3%，效果较明显。用合成树脂法堵漏后平均浓度由14.3%提高到28.2%，封孔器法堵漏后平均浓度由10.6%提高到52.5%，可以看出封孔器法明显好于合成树脂法。 

表2 堵漏前、后抽采浓度对比表 

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表3 堵漏前、后抽采纯量对比表 

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表中可以看出，采取堵漏措施后，每天单孔平均抽采瓦斯纯量由19m3提高到62m3，每天抽采瓦斯纯量提高了3.3倍。合成树脂法堵漏后每天抽采瓦斯纯量由26m3提高到67m3，封孔器法堵漏后每天抽采瓦斯纯量由12m3提高到56m3。 

综上述，封孔器堵漏和合成树脂堵漏，都能够提高抽采浓度，合成树脂法提高的浓度及瓦斯纯量方面不及封孔器法。分析认为：合成树脂抗压能力偏小，致使注浆压力达不到预定值，而浆液只是把较大一点的裂隙充填满了，一些小的裂隙未被完全充填，但两种堵漏方法均可以提高抽采浓度，为工作面提前抽采达标奠定了基础。 

5 结论 

5.1 采用合成树脂堵漏方法后，单孔平均抽采浓度由12.4%提高到33.5%，提高了2.7倍，抽采瓦斯纯量由26m3提高到67m3，提高了2.6倍。 

5.2 采用封孔器堵漏方法后，单孔平均抽采浓度由10.6%提高到52.5%，提高了5倍，抽采瓦斯纯量由12m3/d提高到56m3/d，提高了4.7倍。 

5.3 低浓度抽采钻孔堵漏技术，可以使一些低浓度钻孔得到重新利用，有效地提高瓦斯抽采浓度，保证了瓦斯抽采效果，缩短了抽采周期，为矿井持续发展取得显著的经济效益。 

参考文献： 

[1]王兆丰，李杰等.抽采钻孔封孔失效的二次处理措施[j].煤矿安全，2012，43（5）：86-88. 

[2]王兆丰.我国煤矿瓦斯抽放存在的问题及对策探讨[j].焦作工学院（自然科学版），2003，22(4)241-246. 

[3]黄鑫业，蒋承林.本煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究[j].煤炭科学技术，2011，39(10):45-48.