马丽散封孔测定瓦斯压力方法的应用研究＊

刘 洋 徐幼平 张萌博

(中国矿业大学安全工程学院,江苏省徐州市,221000)

马丽散封孔测定瓦斯压力方法的应用研究＊

刘 洋 徐幼平 张萌博

(中国矿业大学安全工程学院,江苏省徐州市,221000)

阐述了马丽散作为测压钻孔封孔材料的主要技术参数的性能特点,在磨心坡矿K6和K8煤层瓦斯压力测定中进行了应用研究,结果表明,观测30 d以后,瓦斯压力维持在0.55 M Pa左右,说明了马丽散封孔的致密性是稳定的。

瓦斯治理 瓦斯压力测定 马丽散 封孔

瓦斯压力通常是通过往煤层打钻测得的,而所测瓦斯压力的准确性主要取决于测压钻孔的封孔工艺,所以封孔工艺的创新已成为必然。我国目前普遍采用水泥砂浆注浆式封孔方法,封孔质量有所提高。采用水泥砂浆封孔较以往的方法,具有材料来源充足、价格低廉、操作方便、封孔深度较长、测压效果较好等优点。但对于高地应力的层岩含水钻孔暴露出来一些缺点,诸如水泥砂浆不能完全侵入微小裂隙而靠自然下沉凝固,只能适用于上向或下向钻孔,对水平钻孔无效;当钻孔含水较多时,水泥浆凝固时间相对较长。另外水泥凝固后塑性较差,当钻孔发生应力变形的时候可能会造成局部压碎而漏气。因此有必要对封孔工艺进行创新,弥补已有封孔方式的不足。重庆天府矿业集团磨心坡矿在对本矿K6和K8煤层的测压过程中采用一种基于树脂催化剂的封孔方法,取得了良好的效果。

1 矿井概况

磨心坡煤矿位于重庆市西北部,矿区煤系地层岩性主要为石灰岩、硅质石灰岩、泥岩、粘土岩、砂岩、炭质泥岩和煤层。地层总厚约142.39 m,含煤10层,矿井采用机械抽出式通风,通风方式为中央并列式。矿井主采的K2煤层有煤与瓦斯突出危险,煤层相对瓦斯含量为40～42 m3/t,瓦斯含量系数为6.54,煤层最大瓦斯压力为13.9 M Pa。据渝经煤安〔2008〕131号2008年度矿井瓦斯等级鉴定结果的批复,矿井相对瓦斯涌出量为

2010年磨心坡矿对K6和K8煤层进行封孔测压,前期采用水泥砂浆封孔出现了孔口渗水严重、压力表数值明显偏低情况,经考察分析,确定造成压力测定不准确的原因是:层岩缝隙密布,水泥渗透性不佳,密封不严;孔内渗水严重,影响水泥砂浆的凝固效果;地应力大,地压冲击,钻孔变形致使凝固的水泥出现变形粉碎和细小缝隙,测压室与孔壁和外界连通。

2 马丽散技术参数

马丽散是一种由树脂和催化剂两种成分组成的聚亚胺酯产品,具有较高的粘合力和较好的机械性能,在压力的作用下能够保持低黏度液体状态渗透到细小裂隙之中,1 m in左右的时间树脂和催化剂开始反应发泡,发泡时间持续约1 min,发泡结束后形成致密的隔水层,从而起到堵水的作用。采用高压灌注进行封孔时,树脂和催化剂充分混合后发生催化反应,生成多元网状致密固体。当受到被高压挤压的时候,又因为其低粘度特性,能够注入到煤岩层或混凝土裂缝中,压力较大时可沿煤岩层或混凝土裂缝延展直到将所有裂隙(包括微裂隙及在高压作用下重新张开的裂隙)充填。在不含水条件反应的膨胀倍数为2～4倍,成品抗压强度25～38 M Pa;在遇水后时产生关联反应,膨胀倍数为20～25倍,成品抗压强度15～25 M Pa,其抗压强度完全可满足测压的要求。马丽散主要技术参数见表1和表2。

表1 马丽散基本成分技术参数

表2 不同温度下马丽散聚合产品技术参数

马丽散目前主要应用于井下需要的地层加固设计,在煤矿主要应用在石门揭开、巷道顶板加固、松软煤层加固、煤仓堵水、竖井堵水及加固井壁等方面。经过上述考察,马丽散的各项指标均满足于磨心坡矿的瓦斯测压钻孔的封孔技术要求。

3 测压过程

3.1 地点选择及钻孔参数

根据《防治煤与瓦斯突出规定》的要求,测定地点的分布和选择应能有效代表待鉴定采掘范围的煤层,每个地质单元内在走向和倾向方向布置测压点,测点要符合下列条件:

(1)测定地点应优先选择在石门或岩巷中,选择岩性致密的地点,且无断层和裂隙地质构造处布置测点,其瓦斯赋存状况要有代表性;

(2)测压钻孔应避开含水层、溶洞,保证测压钻孔与其距离不小于50 m;

(3)对于测定煤层原始瓦斯压力的测压钻孔应避开采动、瓦斯抽采及其它人为卸压影响范围,并保证测压钻孔与其距离不小于50 m;

(4)选择测压点应保证测压钻孔有足够的封孔深度。

根据磨心坡煤矿的现场实际条件,经深入井下分析地质构造、煤层赋存条件、巷道掘进情况后,决定在磨心坡煤矿标高-220 m水平南区三石门区域K9煤层鉴定巷多点测定K8和K6煤层瓦斯压力。

3.2 钻孔参数

由于K6和K8煤层均为急倾斜煤层,平均倾角60°,故采用上行封孔方式,钻孔布置见图1,钻孔参数见表3。

图1 上行孔封孔示意图

3.3 施工工艺

封孔工艺流程见图2,可概括为如下6个步骤:

图2 封孔工艺示意图

(1)准备好劳动防护用品(橡胶手套),将封孔所需要材料运送到现场,材料包括马丽散A料和B料、微型胶囊、ø6 mm尼龙管、白铁管、球阀、接头和毛巾;

(2)插入测压管,将胶囊和回浆管送入深处,用手动试水泵将胶囊注水至0.5 M Pa,然后送入注浆管至2 m处;

(3)在孔口处用少量马丽散浸泡的毛巾或棉纱封堵,封堵长度约1 m左右;

(4)待孔口马丽散反应完毕,将气动注浆泵接风,两根吸浆管分别插入马丽散树脂和催化剂料桶,注射枪接注浆管,开启注浆泵至最大输出功率并保持至注浆结束;

(5)回浆管有料涌出即停泵,关闭注浆管球阀,用清水冲洗注浆泵,回浆管停止回浆的时候关闭回浆管球阀;

(6)安装压力表,清理现场,观测数据。由于马丽散凝固较快,在注浆完成后即可安装压力表,为测试煤层压力节省了宝贵时间。

表3 钻孔参数

3.4 效果考察

封孔完毕后每天按时读取压力表数据,连续观察20 d。与之前水泥砂浆封孔方式对比发现,对于同一煤层相近位置的两种方式的压力数据,新技术封孔方式压力上升速度较快,到达的峰值较高,持续稳定时间长。现选取K6煤层的部分数据进行对比,见图3。

从图3可以看出,由于磨心坡矿的不良地质条件,采用水泥封孔方式均出现了漏气、压力偏低的问题,而采用马丽散封孔的两个孔都达到了理想效果。观测30 d以后,瓦斯压力维持在0.55 M Pa左右,说明马丽散封孔的致密性是稳定的,此封孔工艺是可行的。

图3 两种封孔效果对比图

4 结语

(1)瓦斯压力测定成功的关键在于选择合适的测压位置。测定地点应选择在进风巷道中来往人员少且便于安设保护栅栏的地方,应保证该地点有足够的封孔深度。见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道、采动及抽放等的影响范围。钻孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围。

(2)封孔质量和封孔长度是影响压力测定是否成功的决定性因素。由于高分子化合物马丽散具有渗透性强、凝固时间短、强度大等特点,在测压条件恶劣的封孔条件下与水泥封孔相比具有较强的优势,是一种有效可行的封孔工艺。

(3)本次现场应用对马丽散与水反应状态下的膨胀率、渗透性没有进行更深入地探讨,因此尚不能很好地控制注入量和其注入压力,需要进一步开展研究。

[1] 黄旭超,何清等.复杂地质条件下测压钻孔的几种封孔工艺[J].能源技术与管理,2009(1)

[2] 周林锋.马丽散F封孔胶在提高瓦斯抽采效果中的应用[J].中国高新技术企业,2009(21)

[3] 煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法[M].北京:科学出版社,2007

Research and application of gas pressure measurement by borehole sealing with Malisan

Liu Yang,Xu Youping,Zhang Mengbo

(Schoolof Safety Engineering,China University of mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221000,China)

The main parameters of Malisan were discussed as borehole sealing material for gas pressure measurement,which was applied to K6 and K8 coal seams of Moxinpo Coal Mine to measure the gas pressure.The results showed that the gas pressure was always keptat 0.55 M Pa after 30 days,suggesting stable sealing effect of Malisan.

gas control,gas pressure measurement,Malisan,borehole sealing

TD713

A

国家重点基础研究发展计划资助(973计划)(2011CB201205);中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题(SKLCRSM 08X03);中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放研究基金资助项目(09KF09);国家科技支撑计划项目(2007BA K00168-1)

刘洋(1986-),男,山东济南人,中国矿业大学安全学院在读研究生,主要从事矿井瓦斯防治方面的研究工作。

(责任编辑 梁子荣)