矿井瓦斯抽采钻孔封孔工艺技术应用研究

矿井瓦斯抽采钻孔封孔工艺技术应用研究
摘要：瓦斯治理工作是防范事故的重要手段，瓦斯事故为煤矿生产中最严重的
自然灾害之一。

抽采瓦斯是解决矿井瓦斯含量高、瓦斯涌出量大等问题中最根本
的措施，影响矿井瓦斯抽采效果的因素是多方面的，其中抽放钻孔的封孔质量是
做好抽放工作的最基础的保障性措施。

要充分发挥钻孔抽采的作用，达到预计抽
采效果，钻孔的封孔质量是保障抽采达标的重要环节。

本文介绍封孔技术的应用，对瓦斯抽采封孔方法的定性力学进行分析。

关键词：矿井；瓦斯抽采；钻孔封孔工艺
瓦斯治理工作是对事故进行防范的重要手段之一，同时瓦斯事故也是当前煤
矿行业发展中出现影响最为严重的自然灾害之一。

对瓦斯进行抽采是对当前瓦斯
含量高、涌出量大的最重要解决方式之一，因此我们更需要对这项工作的开展引
起关注和重视，充分认识到这项工作对我们社会发展和煤炭行业进步的重要性。

在煤矿行业的发展过程中，对矿井瓦斯抽采效果造成影响的因素十分多样，其中
比较典型的就是抽放钻孔的封孔质量问题，这一问题也是当前开展抽放工作最为
基础的一个环节。

因此这也要求我们在工作过程中有效开展钻孔抽采的作用，从
而达到最佳的抽采效果，为实现抽采工作的达标奠定有效帮助。

1 带压封孔基本原理
煤层瓦斯抽采带压封孔技术，是基于采煤工作面煤壁内存在的应力扰动沟通
裂隙，利用带压注浆方式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，以一定压力将浆液材料压注到瓦斯抽采钻孔封孔
段空间及周围孔壁煤体扰动裂隙内部，浆液在注浆压力作用下，可以劈裂、扩展
孔壁内煤体裂隙，充填孔隙和煤体凹凸面，增大浆液扩散范围；并在大渗透压力
梯度作用下渗入煤体微裂隙内，并产生凝聚力，待浆液固化后，形成树枝状分布，并与煤体颗粒固体粘结在一起，以便彻底密封瓦斯泄漏通道。

具体工艺为：封孔前利用压风吹净孔内钻屑，然后将抗压无裂缝瓦斯抽采管
放入抽采钻孔内一定深度，利用聚氨酯快速构筑抽采钻孔封孔段注浆空间。

待聚
氨酯完全固化后，再通过孔口端预留注浆管利用压力可调双液风动注浆泵向封孔
段密闭空间注入水泥浆，要求达到一定的注浆压力。

注浆完毕，待水泥凝固后，
利用压风或注浆泵压注清水，检验抽采钻孔封孔效果。

检验合格则并网进行瓦斯
抽采。

由于聚氨酯完全发泡后具有一定的承压能力，从而利用聚氨酯的快速反应、承压性能为抽采钻孔制造一个闭合的封孔段空间，使得带压封孔成为可能。

带压
封孔工艺流程：吹净抽放孔内钻屑→利用两段聚氨酯构筑封孔注浆空间→对封孔
段注浆空间进行带压注浆→封孔效果检验，并网进行瓦斯抽放。

2 封孔技术的应用
2.1 高分子材料封孔技术
目前，不管是本煤层抽采钻孔还是穿层抽采钻孔最常见的封孔技术就是利用
高分子材料采用“高分子发泡材料”，其中以聚氨酯材料为主要材料，根据配方、
配料及比例的差异又有很多名称的叫法。

封孔时将双组分或多组分“高分子发泡材料”混合搅拌后，用抹布、棉纱等用铁丝等捆绑，将配好的封孔材料缠绕涂抹在封孔管的一定长度上，然后插入施工好的抽采钻孔内，等待“高分子发泡材料”发生
反应、凝固后，将钻孔封堵。

高分子材料封孔的原理就是利用其高倍数发泡特性
封孔，但是在高分子发泡材料发泡之后具有两个致命缺陷：①抗压强度低。

②
可压缩量很大。

高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井一般采深不断加大，相应的地应
力也较大，再加上煤层强度普遍较低，井下煤层钻孔在地应力作用下将逐渐蠕变，钻孔在蠕变的过程中，钻孔周围的煤体将会产生松动裂隙，之后便产生了漏气通道。

同时，在封孔材料反应和凝固过程中封孔材料本身就会收缩，收缩后便会产
生空隙和裂隙，空隙和裂隙随之就生成了漏气通道。

漏气通道会释放抽放压力，
导致抽放率降低，直接影响抽采率。

2.2 机械弹性封孔技术
现在还有一部分矿井使用机械弹性封孔，最长见的机械弹性封孔技术有两种：一种是螺旋弹性胀圈式封孔器；另一种是弹性串球式封孔器，它的工作原理都是
在外加力的挤压作用下，迫使弹性胶桶或者弹性串球膨胀，贴紧钻孔内壁，达到
封孔的目的；当外加力取消后，胶桶或串球在自身的弹性力作用下恢复原状，即
可从钻孔中取出，重复使用。

两种封孔器，用在采煤工作面临时性封孔，钻孔深
度前（5～10m），主要抽采工作面前方松动区内的瓦斯，在距离孔口1～2m封孔，它们对钻孔的密封性能很差，漏气很严重，根本不能用于本煤层长效抽采钻
孔的封孔，高效矿井已基本不使用这种封孔方法。

2.3 充气式封孔器
目前，有部分矿井继续使用传统的充气式封孔器。

充气式封孔器主要有两种，一种是免充气气囊式；另一种是充气气囊式。

前者将气体封闭在一个橡胶囊里，
气囊中部有一根抽采管，利用气体的可压缩性将气囊塞进钻孔里实现封孔，主要
在孔口1m范围内封孔；后者的气囊里没有封闭空气，气囊中部有一根抽采管，
将囊带塞进钻孔之后，让后再向囊带充气。

两者的效果是一样的，只能做为临时
性封孔。

不能做为瓦斯抽采钻孔的一种封孔技术和方式。

2.4 水力膨胀式封孔器
水力膨胀式封孔器的原理是：压力水进入封后，通过在膨胀器内部所形成的
水压升高来促使封孔器胶管膨胀，从而达到封堵钻孔的目的。

膨胀胶管可以是钢
丝复合胶管，向胶管内的注水压力可以达到很高的压力，对钻孔具有很好的封闭
效果。

这种封孔器在煤层注水方面用的较多，但对于本煤层和穿层长效抽采来讲
是不可行，两方面原因：一方面是成本较高；另一方面是封孔器的微泄漏不能保
证长效封孔的效果。

3 瓦斯抽采封孔方法的定性力学分析
3.1 高分子发泡材料封孔法
由于高分子的材料的抗压强度很低，所以其在强度上和水泥有着十分明显的
差距，甚至不能对煤体的流变进行抵御，最终造成钻孔裂缝问题的出现，使得我
们在进行煤矿抽采工作中浓度也出现了降低的问题。

3.2 两堵一注封孔法
由于在两端的聚氨酯抗压强度不佳，因此注浆工作中出现的压力也将受到抗
压强度的影响，很难良好实现对钻孔的有效压力。

3.3 为了确保工艺水平的提升，正确选择煤矿开采方式
为了进一步对煤矿井下工作的质量与效率进行提升，也需要相应的对开采煤
矿技术或设备进行更新，利用更加合理的方式对采矿方式进行选择。

首先在对煤
矿井下采矿生产技术进行选择的过程中，应该对煤矿的实际情况展开详细研究，
并对所选择的技术进行全面探究，以便将技术进行进一步的改进与完善，这种情
况下对其利用效率进行进一步提升，为满足现代化生产的要求奠定良好基础。

比
如对综合采矿技术的应用，在井下采煤作业之中，此项技术也能够发挥众多优势，如低能耗、高效率、工作强度不大等，这使得很多煤炭企业都积极的应用此种技
术。

当然，要想使综采技术的作用能够充分发挥，需要慎重的选择采煤工艺，在
正确选择的背景下，更好的发挥其积极作用。

经过大量实践证明，应当将其应用
到倾角小于50°煤层范围中，并且基于技术要求及煤矿切割、煤炭运输、支护作
业等工艺要求，合理选择采煤工艺，这有利于规范化、标准化、安全化的开采作业。

结束语：我国作为一个资源大国，煤炭资源的种类本身就非常丰富多样，这
对于煤矿工业的生产和发展也将起到十分重要的帮助。

为了进一步推动我国煤矿
事业的建设，对采煤工作的效率和质量进行提升，就是一项十分必要的工作。

因
此更需要对这项工作的开展引起关注和重视，充分认识到这项工作对我们社会发
展和煤炭行业进步的重要性，为煤矿事业的发展提供更积极的影响和帮助。

参考文献：
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