几种瓦斯抽放钻孔封孔技术对比分析

几种瓦斯抽放钻孔封孔技术对比分析

王永存

河南煤化集团永煤公司车集煤矿河南永城 476600 摘要：近年来瓦斯抽采技术得到了很大发展，钻孔封孔技术由原先的聚氨酯封孔发展到了水泥填充、气囊封孔等技术。由于煤矿地质条件、煤层瓦斯透气性、瓦斯含量、瓦斯压力等条件的不同选择封孔方式也不一样。这里就目前煤矿钻孔封孔的各种方法做一个简述。并提出一种新的加压注浆封孔法。

关键词：瓦斯抽采钻孔封孔分析

1 引言

瓦斯做为一种可燃气体是一种洁净能源，我国瓦斯（煤层气）资源相当丰富。纯瓦斯的热值大于33000kJ/m3，同常规天然气相当，是通用煤气的3倍左右，且燃烧后很少产生污染物，属优质洁净气体能源。因此开发利用煤层瓦斯资源，对于充分利用洁净能源，优化我国能源结构，改善煤矿安全生产条件以及减少大气污染，都具有重大的经济和社会效益[1]。

瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的根本措施和主要途径，可以使瓦斯变害为宝（发电、供应煤气公司、汽车燃料等），对于煤矿安全、环境保护和资源利用均具有重要的意义。

所以提高瓦斯抽采浓度是现在国内矿井需要解决的一个重要问题。

2：煤矿封孔技术

2.1聚氨酯封孔技术

国内本煤层钻孔普遍采用“高分子发泡材料”，其中以聚氨酯材料为主要材料，根据配方配料的差异又有很多名称的叫法。封孔时将双组分“高分子发泡材料”混合搅拌后，用棉纱、棉布、毛巾等织物浸泽缠绕在封孔管的某个长度上，然后插入钻孔10米左右的深处，“高分子发泡材料”发泡膨胀，将钻孔封堵[2]。

图1.1高分子发泡材料封孔法漏气通道扩张示意图

1．封孔时发泡材料体积膨胀 2.封孔初期钻孔周围裂隙漏气通道 3.封孔抽采管

4.封孔后期发泡材料压缩体积变大

5.封孔后期钻孔周围裂隙漏气通道变大

由于高分子发泡材料需要有较高的发泡倍数才能将钻孔封闭，高分子发泡材料发泡之后具有两个致命缺陷：第一，抗压强度低；第二，可压缩两很大。高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井往往采深较大，相应的地应力也较大，加之煤层强度普遍较低，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（漏气通道）。如图：

2.2机械弹性封孔技术

常用的机械弹性封孔技术有两种：螺旋弹性胀圈式封孔器、弹性串球式封孔器，这两种封孔器的结构如图1.1和图1.2所示，其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。

上述两种封孔器，用在采煤工作面临时性封孔，钻孔深度前（5-10米），主要抽采工作面前方松动区内的瓦斯，在距离孔口1-2米封孔，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。

2.3 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[3]。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图1.2 螺旋式封孔器示意图 1：接头 2：螺母 3：手柄 4：垫板 5：定向销 6：套管 7：螺杆 8：传力垫 9：外套 10：内管 11：托盘 12：胶桶 13：螺帽 14：手柄

图1.3串球式封孔器 1：内套 2：橡胶球 3：挤压板 4：挤压外套

将气囊塞进钻孔里实现封孔，主要在孔口1米范围内封孔；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。两者的效果几乎是一样的，只能做为临时性封孔。

2.4 水力膨胀式封孔器

水力膨胀式封孔器的原理是：压力水进入封孔器后，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，但对于本煤层长效抽采来讲是不可行，原因有二：第一，成本较高；第二，封孔器的微泄漏不能保证长效封孔的效果。

3 新型加压注浆封孔法

3.1封孔原理

加压注浆封孔法主要原理是由于树脂膨胀量比较大而且材质坚硬，通过树脂包在钻孔中两端膨胀封堵，在中间的空隙中通过单向阀注入水泥。树脂包的封堵可以承受一定的水泥压力。这种封孔方法一方面能使钻孔周围的裂隙得到充填，消除开孔时形成的漏气通道（裂隙），即消除初期漏气通道；另一方面能使钻孔得到可靠的支护，保证钻孔的稳定，使钻孔周围不再产生新的漏气通道（裂隙），即避免后期漏气通道的产生和发展[4]。

图1.4 加压注浆封孔法

1：瓦斯抽采管2：钻孔3：树脂包4：PE管5：单向阀6：水泥填充区这种方法简单，适合各种地质情况的钻孔。特别适合于钻孔倾角大、封孔深度深的上向或下向孔封孔。先在抽采管首端距管口150 mm处安装一比扩孔直径略小的圆盘，在管前端150 mm位置捆扎少量棉纱并加入膨胀树脂，并将抽采管插入孔内，以固定抽采管和防止漏浆，将1：2.5的水泥、砂浆倒入抽采管和钻孔之间

的环形空间即可封孔，待砂浆凝固后即可进行抽采，在砂浆中加入少量速凝剂，可加速凝固。

4：结论

通过以上钻孔封孔技术的对比可知，加压注浆封孔法封孔方便，同时可以支护钻孔防止漏气带的形成。适用于各种钻孔。

参考文献:

[1]崔景昆;一种有效的封孔方法[J];河北建筑科技学院学报;2003年02期

[2]陈杰,金龙哲;关于聚氨酯封孔可提高瓦斯抽放效果的研究[J];煤炭工程;2003年08期

[3]曲来民;采用新材料新工艺封孔提高钻孔抽放质量[J];矿业安全与环保;2001年S1期

[4] 孙玉宁. 囊袋式注浆封孔装置及其封孔方法[P].中国: E21B33/138;E21F7/00, 2007-10-10.