煤层瓦斯抽放封孔工艺研究与应用

煤层瓦斯抽放封孔工艺研究与应用

发表时间：2014-11-18T13:34:13.763Z 来源：《价值工程》2014年第1月上旬供稿作者：刘瑞涛[导读] 固体材料封孔工艺最常用的固体材料封孔法是水泥砂浆封孔法。

Research and Application of Hole Sealing Process for Coal Seam Gas Drainage刘瑞涛LIU Rui-tao曰王旭锦WANG Xu-jin（神华乌海能源天荣煤炭有限责任公司，阿拉善盟750329）（Shenhua Wuhai Energy Tianrong Coal Co.，Ltd.，Alxa League 750329，China）摘要院针对突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔现场存在的技术难题，以钻孔封孔技术理论为指导。以天荣一矿为研究背景，比较和研究了几种常见的封孔工艺，在井下现场实施过程中，进一步优化了封孔施工工艺。研究结果表明：保证了封孔质量，有效提高了瓦斯抽放浓度。

Abstract: In view of the technical problem in outburst coal seam gas extraction drilling and sealing site, guided by drilling and sealingtechnology theory, and taking Tianrong No.1 Mine as the research background, some common hole sealing techniques are compared andstudied in this paper. In downhole site implementation process, the sealing construction technology is further improved. The research resultsshow that the sealing quality is ensured and the gas drainage concentration is effectively improved.关键词院煤与瓦斯突出；煤层；瓦斯；封孔工艺；抽放浓度Key words: coal and gas outburst；coal seam；gas；hole sealing process；drainage concentration中图分类号院TD712 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）01-0125-020 引言严重影响煤矿生产安全的一个很重要的因素就是煤与瓦斯突出。神华乌海能源天荣煤炭有限责任公司一矿是煤与瓦斯突出矿井，在工作面的掘进和回采之前都必须对工作面进行区域瓦斯治理。通过利用底板巷实施穿层钻孔对工作面进行预抽，从2010 年初到2012 年2 月利用底板巷共向2101 工作面、2012 工作面施工钻孔1026 个。因为进行了长期的带抽，到2009 年10 月底，一般情况下，这些钻孔的抽放浓度都保持在3豫-9豫，按照相关法律条文的规定，一旦预抽瓦斯浓度低于30豫的时候，为了提高封孔的质量，应该对其采取封孔的措施。通过分析论证，决定对已有钻孔进行检查评估，增大联网孔径，改变了封孔工艺，进而提高抽放浓度。鉴于此，文中比较研究了常见瓦斯抽放封孔工艺，并结合现场条件改进了封孔工艺，使其适用于天荣一矿。

1 抽放钻孔的常见封孔工艺介绍抽放钻孔的封孔质量在很大程度上决定了煤层瓦斯的预抽效果，一个封闭致密的钻孔的抽放效率要远远高于一个封闭不完全的钻孔的抽放效率。现阶段比较常用的封孔方法有三种，分别是固体材料封孔法、聚氨酯（马丽散）封孔法和封孔器封孔法。

1.1 固体材料封孔工艺最常用的固体材料封孔法是水泥砂浆封孔法。其均是在距离煤层一定距离的岩巷中实施钻孔，钻孔打穿煤层并进入顶（底）板0援5m，清除孔内杂物后封孔。水泥砂浆封孔法是在孔口处安好截止装置后，将水泥砂浆用注浆泵压入钻孔，可以封孔段较长的钻孔。

其封孔材料在注入时为液态，等其凝固后为固态，能较好的封闭钻孔周围的一些裂隙，从而能较好的封实钻孔。其检验封孔长度的时候只需要用一根回浆管即可，操作既简单又节省时间。

1.2 聚氨酯（马丽散）封孔工艺该技术是基于“固体封液体，液体封气体”的原理，采用在封孔管的两端包裹麻袋并浇注天固或马丽散，封孔管孔口段压设注浆管，将封孔管塞入钻孔之后，用水泥注浆泵从注浆管向封孔管与孔壁之间注天固或马丽散。这种方法的特点是粘结力高，密封性好，能让封孔更加的严密，有着非常可观的普及前景，是一种很值得推广的封孔方式。

1.3 封孔器封孔工艺一般会在岩层致密和服务时间不长的岩孔中采用封孔器封孔法，封孔器主要包括两大类，分别是摩擦式封孔器和水力膨胀式封孔器。具体操作是先把封孔器放在钻孔封孔的位置，再使用钻孔外的专门机械让内外管产生相对运动，挤压封孔器前端的胶皮胀罔，使之在径向膨胀进而将钻孔封堵严密。封孔器膨胀系数大，封孔质量可靠，还可以重复利用，是一种理想的封孔装置。

然而它的设计成本比较高，出售价格也比较昂贵，在现阶段并没有实现大力的推广和普及，无法在大范围内应用。

2 现场实验区概况神华乌海能源有限责任公司天荣矿业有限责任公司一矿（以下简称“天荣一矿”）位于内蒙古阿拉善左旗巴彦浩特镇（巴音）东北部，距巴彦浩特镇约60km。矿井目前正在改扩建，改扩建后设计生产能力30 万t/a，为煤与瓦斯突出矿井，天荣一矿目前主采二1、二2 煤层，属无烟煤，以太西煤最为著名。开采深度：由+1850耀+1450m 标高，二道岭矿区位于宁蒙分界的贺兰山分水岭西侧，为典型的山区地貌，山势陡峭，沟谷发育，地势东高西低，海拔高程一般在2020m耀2160m 之间，相对高差约140m。矿区地势西北低、东南高，最高点位于ZK28 号钻孔东南约1000m 处，海拔标高2201.20m，最低点位于矿区西部的沟谷中，海拔标高2012.80m，矿区最大高差188.40m。

2008 年3 月份和11 月份，煤炭科学研究总院沈阳研究院（原煤科总院抚顺分院，以下简称“沈阳院”）对天荣一矿二1、二2 煤层+1577水平以上和一、二1、二2 煤层+1577耀+1527 水平进行了突出危险性鉴定，结论为：一煤层在+1577耀+1527 水平之间具有突出危险性；二1 煤层在+1577 水平以上无突出危险性，在+1577耀+1527 水平之间具有突出危险性；二2 煤层在+1527 水平以上具有突出危险性。因此211 工作面具备突出危险性。为了能够顺利使2101 工作面进行生产，必须在采掘过程中采取有效措施防止煤与瓦斯突出，以消除2101 工作面突出危险性。

3 封孔材料的选择和封孔流程3.1 支管路改造2101 运输顺槽瓦斯抽放管路进行了改造，支管路由原来的议160 管路改为议219 管路，增大了管径；钻孔联网后连入该管路进行抽放，流量增大、总量增多。

3.2 封孔管改造对原来使用的2 寸焊管封孔、改为4寸焊管进行封孔，每个钻孔先采用议94 钻头钻进、终孔后，再采用议133、议153钻头进行了扩孔，岩孔段为5 米，煤孔段为8 米，符合抽放要求。

3.3 封孔工序原封孔采用人工手动注浆泵注马丽散封孔，通过联网后发现孔口有漏气现象，再次采用在封孔管的两端包裹麻袋并浇注马丽散，封孔管孔口段压设注浆管，将封孔管塞入钻孔之后，用水泥注浆泵从注浆管向封孔管与孔壁之间注水泥砂浆。采用水泥砂浆封孔，降低了封孔的成本。

3.4 集管器、管网的改造每站设计施工17 个钻孔，联网在一个议159mm 集管器上，钻孔与集管器采用2.5 寸弹簧管与议160 支管路连接，孔与集管器、放水器之间用2寸球阀连接，每站安设放水器。现将每站一个集管器变为2 个议300mm 集管器，每个集管器用6 寸弹簧管与议219 管路四通连接。每个集管器安设7-9 个单孔联网接头，单孔用4 寸弹簧管、蝶阀与集管器连接。现单站、单孔能够随时测量浓度、流量、负压、温度。