钻孔封孔工艺
煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析
煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析摘要：目前，传统的抽采孔封堵方式是采用聚氨酯、水泥砂浆封孔或膨胀胶囊机械封孔，其中，聚氨酯容易发泡，封孔效率高，但进行封堵时容易出现封堵不严密、注浆管易堵塞等问题，水泥砂浆封堵时，向孔内注水泥浆过程中有瓦斯不停地泄漏，在水泥浆干燥凝固之前，孔内瓦斯气体将充填的水泥砂浆中冲开一定的缝隙，造成瓦斯泄漏，封堵效果不好等，膨胀胶囊机械式封堵装置，在封堵完成后，随着时间推移，孔内瓦斯集聚量变大，压力增加，完成固定的封堵装置在压力推动下随着胶囊收缩慢慢出现松动，出现漏气，使用效果不好，针对以上封孔方式存在的问题，研究提出瓦斯抽采钻孔封孔装置及封孔工艺。
关键词：抽采钻孔；封孔装置；封孔工艺；储水腔；水泥腔1封孔原理为了提高抽采封孔质量，针对目前封孔技术的不足，研究提出一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔装置，对抽采钻孔进行封孔后，随着煤壁向钻孔内瓦斯涌出，孔内瓦斯量不断增加，通过水和水泥的混合对孔洞进行封孔。
能够防止抽采钻孔内瓦斯气体对水泥和水的混合浆体凝固前造成裂隙等影响，使浆体封孔效果更好，封孔严密，并且能够随着抽采孔内瓦斯气体的不断增加，对抽采孔进行封孔，封堵效果更好，该装置由主体装置和封堵装置组成。
1.1主体装置主体装置由弹性套、盖板、主体筒、紧固螺纹、导气槽和连接板组成，2个连接板分别置于弹性套的两端，连接板由刚性材料制成，弹性套一端的连接板中部开有通孔，主体筒一端置于弹性套一端的连接板上，外侧置有紧固螺纹，由刚性材料制成，主体筒上对称开有2个导气槽，且分别和主体筒内相连通，2个盖板分别置于主体筒内壁上，且分别和2个导气槽相对应，盖板上开有多个进气孔，且进气孔的直径从进口到出口逐渐变大。
1.2封堵装置封堵装置由隔板、固定管、过滤网、滑动筒、转动块、六角卡槽、导向套、固定弹簧、水泥腔、分隔片、储水腔、连接杆和橡胶套组成，隔板置于弹性套上，且将弹性套内部分隔为储水腔和水泥腔，其中储水腔小于水泥腔，储水腔内置有水，水泥腔内置有水泥。
8m全程注浆
“8m全程注浆“封孔工艺在瓦斯抽采钻孔施工中的应用瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的根本措施和主要途径，钻孔封孔是瓦斯抽采中的一项重要技术，封孔效果的好坏将直接影响抽采效果。
封孔效果差往往会造成空气由封孔管与钻孔壁的环状空间进入钻孔，降低瓦斯抽放浓度，减少瓦斯抽放量，容易经常造成钻场及巷道内风流瓦斯预警甚至超限，直接威胁矿井安全生产，为了解决这一问题，我们在过去“两堵一注”封孔工艺上进行了改进，形成了一套全新的封孔方法“8m全程注浆”封孔工艺。
一、“两堵一注”封孔工艺1、钻孔封孔时，在12m封孔管的9.5m、0.5m处分别捆绑2组A/B袋，在距封孔管8.5m(俯孔1.5m)、1.5m(俯孔8.5m)处分别帮一根注浆管和返浆管，并每隔1m用透明胶带捆绑。
2、将绑好A/B袋、注浆管和返浆管的封孔管及时顺畅送入抽采钻孔内，从拉开A/B袋密闭剂隔离条后5分钟内必须完成下管工作。
3、下管完成大约15分钟后，用双手推拉φ75PVC封孔管确定是否固定结实。
固定牢后，方可开始封孔注浆作业。
4、当注浆料从返浆管返出后，注浆结束。
附《“两堵一注”封孔示意图》“两堵一注”封孔示意图二、“8m全程注浆”封孔工艺1、将速封式注浆囊袋8m整体套入封孔管3.5m处，并用两道专用管卡固定。
2、将封孔管顺畅送入抽采钻孔内，并用两道专用管卡将速封式注浆囊袋末端固定于封孔管上。
3、开始注浆，当囊袋外端充分膨胀硬实并将爆破阀爆开口，注浆结束。
附《“8m全程注浆”封孔示意图》“8m全程注浆”封孔示意图三、对比分析为了进一步提高瓦斯封孔效果，实现“两堵一注”和“8m全程注浆”封孔工艺择优录用，现对以上两种封孔工艺进行对比分析：工艺对比：“两堵一注”封孔工艺1、“两堵一注”封孔工艺，相对比较繁琐复杂。
2、A/B袋(树脂)膨胀封堵钻孔时，由于膨胀不能均匀严密，造成水泥直接流入钻孔，造成堵孔。
3、注浆时，通过注浆管进行注浆，A/B袋(树脂)膨胀封堵钻孔空间水泥浆填满时，水泥浆会自然顺着返浆管流出，水泥相对比较松软，强度不够，不能与煤强紧密结合，容易漏气。
瓦斯抽采钻孔主要封孔方法分析
瓦斯抽采钻孔主要封孔方法分析摘要：煤矿瓦斯抽采对于我国的抽采行业来讲很是常见，抽采主要以封孔为主要方式，而钻孔周围的缝隙范围探究不清晰，封孔的长度也很不明确，注浆的压强很低，经过多年对瓦斯治理技术的不断摸索、创新并吸取经验，总结出整个瓦斯治理工程最基础的就是“孔封严”，其中封孔是抽采效果和抽采质量关键。
文章主要对瓦斯抽采钻孔主要封孔方法进行了分析。
关键词：抽采钻孔；两堵一注；瓦斯浓度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。
钻探封孔技术要求
钻探封孔技术要求一、总则1.0.1为满足武汉轨道交通工程建设的需要，明确封孔原则，统一封孔方法，避免勘探钻孔留下隐患，特制定本技术要求。
1.0.2本技术要求适用于武汉轨道交通工程勘察中钻探封孔。
1.0.3每个钻孔资料收集完成后，应立即封孔。
需要度汛的钻孔，汛期应采取有效措施确保度汛安全。
1.0.4钻探封孔分为回填和封填。
回填是将岩芯等封孔材料回填到钻孔中并捣实。
封填是用特定封孔材料将钻孔封堵，防止钻孔成为液、固态物质的通道。
1.0.5本技术要求引用标准：《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）；《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）（2009年版）；《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）；《岩土工程勘察工作规程》（DB42/169-2003）；《基坑工程技术规程》（DB42/159-2004）；《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ87-92）；二、一般规定2.0.1钻探封孔宜按下列原则进行：(1)覆盖层孔段“以砂还砂，以土还土”；(2)基岩孔段还水泥砂浆。
2.0.2按岩性将钻孔分为砂性土、粘性土、非可溶岩、可溶岩孔段。
2.0.3 各孔段封孔应符合下列要求：(1)砂性土孔段宜回填。
(2)涉及堤防的一般粘性土孔段应封填，其它一般粘性土孔段可回填。
(3)老粘土宜封填；(4)基岩孔段宜封填。
2.0.4地质人员应在封孔前下达钻探封孔要求，说明地层结构、封孔方法等。
2.0.5钻机班机长负责按照本技术要求规定的方法进行封孔。
现场钻探技术管理人员负责对封孔过程进行控制。
地质人员应负责对封孔进行监督。
2.0.6封孔完成后，应将钻孔孔口地面恢复原貌。
2.0.7封孔机组应按附表1～附表３认真做好封孔记录，钻机班机长、现场钻探技术管理人员及地质人员应签名确认。
2.0.8 封孔记录应与钻探班报一并归档。
三、钻孔回填技术要求3.0.1将钻探取出的岩芯按顺序依次投放入钻孔中并捣实，每次回填不宜超过2m。
矿井瓦斯抽采钻孔封孔方法
钻孔封孔方法1、扩孔水泥封孔法，封长6m以上。
适合上行孔。
2、水泥袋式封孔法，封长6m以上。
适合所有角度孔。
3、聚胺脂缠绕封孔法，封长3m。
适合所有角度孔。
麻袋片＋聚胺脂麻袋片＋聚胺脂4、封孔质量也直接影响抽放效果的好坏，在实际抽放过程中常出现钻孔封孔长度不够、封孔不严密，造成通孔漏气现象。
因此必须切实改进封孔方式和方法，有效提高抽放效果。
下一步我们将改进封孔的方法，采用聚胺脂和注浆泵注水泥砂浆封孔，切实提高封孔质量，减少钻孔漏气现象。
改进后的裂隙带和本煤层封孔方法见下图：（1）施工本煤层钻孔中夹钻问题。
由于煤层松软，在施工钻孔时常常出现夹钻现象。
针对这一问题经过摸索研究采用矿井压风代替静压水排渣进行抽放钻孔施工，改进后，较利用静压水施工每班工作量提高50—80m，同时有效地防止了施工过程中出现夹钻杆、断钻杆事故，提高了施工效率。
2）抽放钻孔封孔漏气问题。
经过分析认为：出现漏气的原因为本煤层抽放孔采用原封孔灌注水泥封孔工艺,注进水泥浆后，在导流管、导气管或钻孔上部始终有一定的沉淀水存在，沉淀水被煤吸干后形成缝隙，在抽放时，就会出现漏气。
为了进一步解决抽放钻孔封孔问题，尝试灌注聚胺脂封孔，见下图，经过试验，封孔后打压可达到0.05—0.3MPa，抽放时瓦斯浓度为55—60%，最高可达到80%以上，而灌注水泥浆封孔的钻孔在抽放时瓦斯浓度为35—40%，通过以上结果对比证明采用灌注聚胺脂封孔工艺效果较好，初步解决了低透气松软煤层封孔问题。
）4、聚胺脂袋式封孔法，封长3m以上。
适合所有角度孔。
5、套管封孔法，封长30m以上，套管50m以上。
适合上行孔。
见图6所示为钻孔下套管和封孔工艺图。
这种钻孔的优点是钻机机械性能要求一般，象国产SGZ—ⅢA钻机就可满足要求，另外使用灵活方便，对井下钻场没有特殊要求，机动性较强，在钻孔下套管技术采用后大大提高了抽放效果和质量，也是井下煤层气开发的主要技术方法。
图6钻孔下套管和封孔工艺图2.3.5 顶板瓦斯道法6、机械压缩橡胶封孔法，封长3m以上。
瓦斯抽放队封孔工艺标准及流程
瓦斯抽放队封孔工艺流程及标准为了规范钻孔的封孔工艺，提高封孔工作效率及质量，现将本队各种封孔的具体工艺流程及标准制定如下：一、瓦斯抽放钻孔封孔工艺流程及标准（1）在直径为50mm的PE抽放管上捆扎注返浆管（注：①若封堵钻孔为上行孔，则将返浆管下到距内侧马丽散50cm处，注浆管下放到孔口马丽散内侧50cm处。
②若封堵钻孔为下行孔或水平孔，则将注浆管下到距内侧马丽散50cm处，返浆管下放到孔口马丽散内侧10cm处。
平行孔注浆时，应将返浆管外口固定在孔口上方50-100cm处，防止孔内气体及其他物质溅出伤人）。
（2）在PE管上捆扎马丽散；保证马丽散在PE管上成对向布置，其中内侧封堵材料距离内侧PE管末端30-50cm为最佳，并在封堵材料内侧捆扎大布，防止马丽散进入PE管内，造成PE管堵塞，外侧马丽散距PE管外端50cm为最佳。
（3）下放φ50PE管；快速将（1）（2）步准备好的PE 管下放到抽放钻孔内，φ50PE管外露30cm为最佳。
（4）等待半个小时之后再通过注浆管进行注浆；注浆过程中应时刻观察返浆管返浆情况，返浆管均匀连续出浆时可判断为注浆结束。
（5）检查注浆泵以及压风装置，连接好气路。
（6）将水泥与水按1：2.5比例混合倒入搅拌器具内，并均匀搅拌。
（7）开动压风装置，进行注浆。
（8）注浆完毕后，用清水将注浆机泵清洗干净，确保不被堵塞。
二、测压孔封堵工艺流程及标准（1）在4分镀锌管上捆扎注返浆管（注：①若封堵钻孔为上行孔，则将返浆管下到距内侧马丽散50cm处，注浆管下放到孔口马丽散内侧50cm处。
②若封堵钻孔为下行孔或水平孔，则将注浆管下到距内侧马丽散50cm处，返浆管下放到孔口马丽散内侧10cm处。
平行孔注浆时，应将返浆管外口固定在孔口上方50-100cm处，防止孔内气体及其他物质溅出伤人）。
（2）在4分镀锌管上捆扎马丽散；保证马丽散在4分镀锌管成对向布置，其中内侧封堵材料距离内侧4分镀锌管末端30cm为最佳，并在封堵材料内侧捆扎大布，防止马丽散进入4分镀锌管，造成4分镀锌管堵塞，外侧马丽散距4分镀锌管外端50cm为最佳。
顺层钻孔封孔
1.顺层钻孔封孔工艺
⑴封孔深度
我矿根据巷道松动圈范围大小，初步确定顺层钻孔封孔长度15m。
⑵封孔工序
①钻孔施工结束后吹净孔内钻渣，以利于顺利下PE管。
②封孔管为整根15m×φ50mm的PE管。
③首先用6m×φ350mm专用双抗封孔编织袋将封孔管套住，里端留2m防止聚氨酯混合液膨胀进入封孔管。
④插入注聚氨酯软管：上行孔，软管插至袋子里端；下行孔，软管插入袋子外端即可，并将袋子两端捆绑严实。
⑤将封孔管下入孔内后，用压风封孔器注入聚氨酯黑白液，使其在封闭的编织袋内充分混合反应，减少聚氨酯混合液泄漏。
由于编织袋具有透气性，少量聚氨酯混合液在袋内膨胀时会渗出，并与煤壁溶合，这样更加提高了封孔效果，确保封孔质量。
⑥为防止PE管晃动产生裂隙影响抽采效果，可在封孔管外段孔口部分用少量海绵混合聚氨酯固定或采用孔口稳固挡板套住封孔管固定。
此种封孔方式，可以达到顺层钻孔所需求的各种封孔深度，尤其是松软煤层封孔，空编织袋和封孔管送入孔内几乎和封孔管直径相似，可任意送入孔内深度。
图3 注浆封孔示意图。
两堵一注
“两堵一注”封孔工艺指导意见根据郑煤集团公司“一通三防”管理手册第三十一条（一）、（二）要求，抽采钻孔封孔段长度为15～18m；护孔管长度顺层钻孔应伸入煤层不少于钻孔深度的二分之一，穿层钻孔应超过煤岩交结处至少1 m以上，为保证封孔质量要求采取“两堵一注”封孔工艺。
一、钻孔封孔工艺流程：（一）测量成孔后瓦斯浓度、清孔（二）下护孔管和注浆管（三）进行“两堵一注”注浆1、单液注浆：（1）水灰比的选择根据浆液混合后水灰反应充分程度，为避免多余水分被煤、岩体吸收后空腔的存在，要求水灰比选择：1：1.5和1：2。
（2）浆液注入量的确定①.浆液比重的确定：d=1+﹛1/(水灰比×3+1)﹜×2②.浆液量的确定：Q=d×0.25×3.14(D2－d2)×h ×1.2×1.1其中：D——钻孔直径d——封孔管直径h——封孔段长度1.1——钻孔直径不规则系数1.05——浆液可利用系数③.钻孔配浆量表水灰配比表单位：kg/m（3）应用范围①．钻孔通过的煤层、岩层层位均匀一致，倾角大于15度时。
②. 钻孔施工过程中无塌孔、无卡钻等异常现象，倾角大于15度时。
③.单液注浆适应于多轮次注浆工艺。
2、双液注浆（1）水灰比的选择根据浆液混合后水灰反应充分程度，为避免多余水分被煤、岩体吸收后空腔的存在，要求水灰比选择：1：1：0.01～0.05、1：1.5：0.01～0.05和1：2：0.01～0.05。
（2）浆液注入量的确定水灰配比表单位：kg/m（3）应用范围①.钻孔遇破碎带、卸压带（区）时要选用水泥—水玻璃双液注浆。
②.断层泥带，当裂隙宽度（或粒径）小于1mm，或渗透系数K≥1×10-5m/s时，加固压浆优先选用水泥—水玻璃双液注浆。
③.断层破碎带各砂卵石地层，当裂隙宽度（或粒径）大于1 mm，或渗透系数K≥5×10-4m/s时，堵水注浆。
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钻孔封孔工艺
一、下管流程
方法一：
1、将速封式注浆囊袋(8m)整体套入第二根Φ75mmPVC封孔管外（孔内第二根）。
2、缓慢向钻孔内推送第一根Φ75mmPVC封孔管直到第一根Φ75mmPVC封孔管末端所剩距离突出孔外100cm处开始对接第二根套入8m囊袋的Φ75mmPVC封孔管。
3、在第一根Φ75mmPVC封孔管的末端均匀涂抹胶水，然后迅速的将第二根套入8m囊袋的Φ75mmPVC封孔管与第一根相连接。
用3个管卡把囊袋固定在第一根Φ75mmPVC封孔管末端0.5m处，人工均匀用力向钻孔内推入固定好囊袋的两根Φ75mmPVC封孔管并把8m囊袋缓慢的向钻孔外端移动。
直到第二根套入8m囊袋的Φ75mmPVC封孔管末端所剩距离突出孔外100cm。
4、在第二根套入8m囊袋的Φ75mmPVC封孔管的末端均匀涂抹胶水，将第三根Φ75mmPVC封孔管与第二根Φ75mmPVC封孔管末端对接，两根管对接好后把囊袋向第三根管外侧移动同时把囊袋和PVC封孔管向孔内推送直到8m囊袋充分展开，人工均匀用力将3根PVC管推入钻孔内并将囊袋用3个管卡固定，严禁强塞。
5、根据防喷孔装置段直径确定囊袋尾部固定位置。
（1）防喷孔装置段直径≤200mm，则囊袋端头固定位置距孔口300mm 处；
（2）防喷孔装置段直径＞200mm，则囊袋端头固定在孔径≤200mm 往里100mm 处。
方法二：
1、取三根完好的Φ75mmPVC封孔管，并且管内无杂物。
2、将三根Φ75mmPVC首尾相连，首尾连接处内部均匀涂抹胶水，外部用胶带缠好。
3、把速封式注浆囊袋(8m)套在Φ75mmPVC封孔管上充分展开，囊袋首部用3个管卡把固定在第一根PVC封孔管末端0.5m处，囊袋尾部用3个管卡把固定在第三根Φ75mmPVC封孔管末端0.5m处。
4、人工均匀用力将封孔囊袋送入钻孔内，严禁强塞。
5、根据防喷孔装置段直径确定囊袋尾部固定位置。
（1）防喷孔装置段直径≤200mm，则囊袋端头固定位置距孔口300mm 处；
（2）防喷孔装置段直径＞200mm，则囊袋端头固定在孔径≤200mm 往里100mm 处。
二、注浆流程
1、检查注浆泵，风管，注浆管等现场设备是否完好.
2、向注浆泵搅拌箱内注入少许清水。
开启搅拌器调试搅拌叶——打开控制开关，搅拌叶随着开关调控大小力度旋转为正常；再开启注浆泵调试注浆效果——打开控制开关，调控开关打出清水就为正常。
3、试运转正常后，开启搅拌机与注浆泵（注意缓慢开启，不要
溅出液体）。
向搅拌箱内倒入瓦斯封孔专用材料（水：料=1:1），倒入瓦斯封孔专用材料时要高抬避免包装袋被转动的搅拌叶绞入桶内。
4、搅拌3-5分钟之后，观察封孔材料与水的混合液体是否达到浓稠状态达到注浆所需浓度标准。
严禁用其他物体进行搅拌。
5、浓度达到后开启注浆泵控制开关，开始注浆。
打开控制开关，调控开关打出试泵剩余清水直到流出浓稠浆液时关闭控制开关。
把气动封孔泵出浆头快接与速封式注浆囊袋注浆头连接，开始匀速注浆。
6、注浆时，前期注浆泵频率保持在每分钟40-50 下；待孔内渗水量减少时，注浆泵频率调整为每分钟30 下左右；孔口囊袋膨胀至基本无渗水时，频率调整为每分钟10-20 下。
囊袋外侧膨胀基本无水渗出，注浆结束。
7、接大量清水冲洗注浆泵直到出浆管流出清水为止。
洗完机器后要及时关上总风阀门，并开启泄压阀把气动封孔泵内的余气排出，直到搅拌叶不转排净所有剩下余气后才能拔出U型卡卸下风带。
8、钻孔注浆并网后保持1/3 负压带抽，24h 后全负压带抽。
9、全负压带抽后，单孔瓦斯浓度低于50%，施工队组扩孔重新注浆封孔，材料仅结算一次。
10、施工队组指定现场注浆负责人，并到抽采队进行备案。
抽采部对责任人进行重点帮扶。
11、抽采队建立钻孔注浆电子台账，详细记录钻孔封孔水泥用量、队组注浆人员、抽采队验收人员。