加压注浆封孔技术的与应用

收稿日期：2012－06－18

作者简介：魏培瑾（1985—），男，河南焦作人，助理工程师，2005年毕业于河南理工大学，现从事瓦斯治理研究工作。

加压注浆封孔技术的研究与应用

魏培瑾1，郭艳飞1，李会超

2

(1．河南煤业化工集团焦煤公司科研所，河南焦作454002;2．河南煤业化工集团焦煤公司演马庄矿，河南焦作454000)

摘要：为了提高焦作矿区松软煤层瓦斯抽采钻孔封孔质量，延长有效抽采周期，增加抽采量，在分析煤体特征的基础上，提出了加压注浆封孔技术，对封孔工艺和材料设备进行对比选择，并在演马庄矿和九里山矿进行了4个多月的工业性试验。结果表明：加压注浆封孔技术使瓦斯抽采浓度提高了20% 40%，抽采纯量提高了1.13 1.75倍，

有效降低了封孔成本。关键词：瓦斯抽采；封孔工艺；加压注浆中图分类号：TD712．6

文献标志码：A

文章编号：1003－0506（2012）11－0010－04

Research and Application of Pressure Grouting Hole-sealing Technology

Wei Peijin 1，Guo Yanfei 1，Li Huichao 2

（1．Science and Technology Research Institute of Jiaozuo Coal Group Co．，Ltd．，Henan Coal Chemical Industry Group

Co．，Ltd．，Jiaozuo 454002，China ；2．Yanmazhuang Coal Mine ，Jiaozuo Coal Company ，

Henan Coal Chemical Industry Group Co．，Ltd．，Jiaozuo 454000，China ）

Abstract ：To improve the sealing quality of the gas drainage borehole in soft coal seam of Jiaozuo mining area ，and prolong the effective extraction cycle ，increase the amount of gas extraction ，a pressure grouting hole sealing technology was proposed based on analysing the characteristics of the coal body．Comparisons were carried out to select the reasonable hole sealing process ，materials and equipment ，and industrial tests were made for more than 4months in Yanmazhuang Coal Mine and Jiulishan Coal Mine．The results show that ：the appli-cation of pressure grouting hole sealing technology improves gas drainage concentration by 20% 40%，increases extraction of pure quantity by 1.13 1.75times ，

and reduces the cost of borehole sealing effectively．Keywords ：gas drainage ；borehole sealing process ；pressure grouting

瓦斯抽采效果不仅取决于煤层瓦斯生成及赋存条件，而且决定于瓦斯抽采工程质量［1］

。目前，我国约有65%的回采工作面的预抽瓦斯浓度低于

30%，反映出预抽钻孔封孔质量差［2］

。封孔质量直接影响到抽采效果，而封孔的好坏，取决于封孔材料

性能和封孔技术［3］

。当前焦煤公司采用的方法主要是将铝箔袋矿用合成树脂揉搓后送入孔内，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。针对焦作矿区煤层赋存条件，焦煤公司科研所对封孔材料的选择及封孔设备的选型进行了大量

分析试验，提出本煤层加压注浆封孔技术，并在焦煤公司演马庄矿、九里山矿进行了工业性试验。

1加压封孔基本原理

在煤层中掘进巷道，巷道周围产生了松动圈，根

据岩石力学可知，

松动圈的宽度为巷道半径的3 5倍。松动圈内裂隙增多，直接影响封孔效果，为了避

免抽采钻孔漏气，抽采浓度低，利用封孔管两端的聚氨酯作为堵头、中间加压注瓦斯封堵材料的方式来达到改变瓦斯抽采钻孔周围煤体特性和密闭微孔裂隙的目的，以一定的压力将瓦斯封堵材料注入一个相对密闭的封孔空间及钻孔孔壁裂隙内，瓦斯封堵材料在压力的作用下，可以劈裂、扩展孔壁内煤体裂

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隙［4］，充填封孔段及孔壁的裂隙。瓦斯封堵材料不仅沿钻孔横向产生加压效应，在纵向上也会产生加压效应，前者可以增加瓦斯封孔封堵材料的致密性，后者可以充分进入钻孔周围的裂隙中，提高了钻孔的密封性，该技术对各种要求封孔深度均可以使用［3］。具体工艺为：抽采钻孔施工完成后，用压风将孔内的残余煤屑吹干净，然后将帆布袋套在抽采管上（帆布袋内预留注聚氨酯管）两端用管卡固定，抽采管下至预定的封孔深度后，将聚氨酯通过预留注浆管送至预定的封孔位置。利用聚氨酯的膨胀特性，在封孔段内形成一个相对密闭的注浆空间。待聚氨酯完全固化后，再通过孔口预留的注浆管，用双液注浆泵将瓦斯封堵材料注进封孔段内相对密闭的空间内，待瓦斯封堵材料凝固后方可连接抽采系统。在实验室内针对聚氨酯发泡后不同时间固化后的抗压强度及承压强度，做了大量的分析试验，试验表明聚氨酯在发泡30min后，可以承受0.5 1.2MPa 的压力，为开展加压注浆封孔试验奠定了基础。帆布袋聚氨酯+瓦斯封堵材料封孔如图1所示

。

图1帆布袋聚氨酯和瓦斯封堵材料封孔示意

加压注浆封孔工艺流程：利用压风将钻孔内残余煤屑吹干净→帆布袋套在抽采管上→里段帆布袋两端用喉箍固定牢（帆布袋里预埋注聚氨酯管）→预埋注浆管→外段帆布袋两端用喉箍固定牢（帆布袋里预埋注聚氨酯管）→注里段帆布袋聚氨酯→注外段帆布袋聚氨酯→聚氨酯完全固化→注瓦斯封堵材料→瓦斯封堵材料凝固后连接抽采系统。

2封孔设备及材料

（1）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2种介质也可单独输送1种介质，具有性能稳定、结构紧凑、质量轻、移动操作维护方便的优点。

（2）注浆管选用市场上常见的铝塑管。

（3）选用散装聚氨酯，其发泡时间为2 3min，发泡倍数8 15倍。

（4）选用瓦斯封堵材料封孔，其主要性能为：①水灰比大。使用时水灰比按1.0ʒ1.0 2.0ʒ1.0控制。②凝结硬化快。凝结时间30 60min，并可根据不同的使用要求调整。③细度细。比表面积大于600cm2/g，具有较好的流动性和填缝效果。④固化体微膨胀，膨胀率≥0.02%，堵漏抗渗性好。⑤满足抽采需要快。1ʒ1水灰比时2h强度可达1MPa以上，24h强度可达3MPa以上，后期强度持续增长，2 h即可接管实施瓦斯抽采。⑥具有“裂隙修复”功能，该封孔材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工业性试验

3.1试验地点概况

演马庄矿27131运输巷工作面上部为27111工作面（正在回采），下部为未采区，工作面左侧为F147断层，走向N69ʎE—N79ʎE，倾向南，落差16m，右侧为F204-1断层，走向N116ʎE，倾向北，落差10m左右，2条断层均为正断层。煤层厚度平均4.07m，煤层倾角最小为7ʎ，最大为13ʎ，瓦斯含量为13.88 16.45m3/t，煤层透气性系数为0.300 0.457 m2/（MPa2·d），煤层硬度f值为0.5 1.5。该工作面属煤与瓦斯突出危险工作面，煤尘无爆炸性，煤层不自燃，煤层层理节理较发育，绝对瓦斯涌出量为2 m3/min。

九里山矿16031运输巷煤层平均厚5.07m，瓦斯含量为15.15 33.19m3/t，煤层透气性系数为0.200 0.457m2/（MPa2·d）。该地区上部临近马坊泉断层，上部工作面顶板相对破碎。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。

3.2封孔试验

演马庄矿27131运输巷自2011年12月16日至2012年1月12日共封35个抽采孔，两端1.5m 帆布袋聚氨酯中间注瓦斯封堵材料的封孔12个，合成树脂封孔10个，封孔段注15m波雷因封孔13个。根据地测科探煤记录，该试验段处于薄煤带，煤厚约3m。试验钻孔基本参数为：215#、217#、218#、219#、221#、223#、224#、226#、228#钻孔深70m，216#孔深50m，225#孔深60m；钻孔倾角－11ʎ；封孔深度15m。

九里山矿16031运输巷2012年1月16—19日

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