关于瓦斯抽采钻孔化学注浆封孔技术的运用分析

张涛

摘 要：目前所使用的抽采钻孔封孔技术尚未完善，还存在着封孔较浅、长度不够、封堵的质量比较差等缺点。对此，特提出一种新型封孔技术--化学注浆封孔技术，可以有效解决这些问题，保证封孔的质量，提高瓦斯抽采的效率。将该技术应用于河南省新龙矿业有限公司的煤与瓦斯突出矿井之后，取得了不错的成效。

关键词：瓦斯抽采；钻孔封孔；化学注浆；应用分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.038

1 前言

为了保证煤矿开采安全，必须要抓紧瓦斯防治工作。瓦斯抽采可以有效控制煤矿内瓦斯的浓度，是瓦斯防治的主要措施之一，而瓦斯抽采的关键技术就是钻孔封孔技术。当前所使用的封孔技术有以下几种：水泥封孔技术、发泡材料封孔技术、封孔器封孔技术等。这些封孔技术分别应用于不同的条件下的瓦斯抽采，但是每种在应用时都存在一定的缺陷。针对这些问题，特提出化学注浆封孔技术。

2 矿井的基本概况

河南省新龙矿业隶属于河南神火集团有限公司，矿井地处河南省禹州市南部，矿井设计时的产煤速度为0.9Mt/a，主要开采二叠纪时期遗留下来的山西组二1煤层，最大煤层厚度约11m，平均厚度约为4.5m，倾斜角度为8-15度；该矿井中瓦斯的压力为0.6-2.75MPa，瓦斯的浓度为5.73-13.93m3/t；煤层的硬度在0.2左右，透气度约为0.001-0.045。

3 瓦斯抽采钻孔化学注浆封孔技术的运用

3.1 化学注浆的原理

在对煤层的巷道进行开采以后，巷道附近会发生一定程度的松动，这些松动就会导致某些细小裂缝的出现。而在瓦斯抽采钻孔施工时，钻头会使周围产生较大的应力，从而使得钻孔周围也出现许多裂缝。当这些钻孔产生的裂缝与松动产生的裂缝连通在一起时，就会在孔洞周围形成一条裂缝带，当钻孔封孔完成以后，这条裂缝带就成为泄露的主要通道。所以，对于裂缝带的封堵，才是封孔技术的关键。对此，要求封孔的长度至少要超出松动圈裂缝的范围，同时为了节约施工成本，封孔的长度也不宜过长。在选择了合适的封孔长度以后，需要用到发泡浆料在孔洞内构建一个封闭的空间，如图1。使用化学注浆的方式将发泡浆料注满整个孔洞以后，发泡浆料会逐渐扩散到孔洞附近的裂缝带当中。但是由于不同性质的界面之间存在着界面张力，使得发泡浆料在渗透时只停留在裂缝带的表面，形成一层表面滞留层。这层表面滞留层大大降低了发泡浆料的渗透程度，对浆料渗透造成了很大的阻碍作用，而且这种阻碍作用会受到表面滞留层的颗粒比表面积的影响而产生变化。所以，在发泡浆料渗透进裂缝带时，需要施加一定的压力，才能使发泡浆料突破表面滞留层的阻碍，进入到裂缝带内部。等到发泡浆料在裂缝带内充分反应、膨胀、凝固以后，就可以有效地填充孔洞附近的裂缝，降低瓦斯抽采时漏气的可能性，提高瓦斯抽采的效率[1]。

3.2 化学注浆的相关材料

目前可用于化学注浆的材料主要有水泥、黏土、聚氨酯材料、聚亚胺胶脂材料等，使用这些材料时都会产生一定的问题，比如封孔的长度不够、质量不高、成本高、适用范围小等。

3.3 化学注浆的材料

该矿井所使用的化学注浆材料为赛瑞封孔材料。它在充分反应凝固以后所生成的聚合物抗压性能比较好、不易产生收缩、不易燃烧、结合力强、密封质量高[2]。

3.4 化学注浆封孔技术

（1）在瓦斯抽采管道最前端约0.75m的位置开始往后端均匀地缠绕棉质纱布，缠绕的长度大概是0.5m，缠好之后用铁丝将其捆牢，如果钻孔的方向是向下的，那么可以适当地延长棉质纱布缠绕的长度。

（2）在棉质纱布上涂上一层赛瑞封孔材料，涂抹时要注意均匀性，然后将管道连接起来，将管道送入孔洞内。

（3）把长度大概为2m的注浆管道放入孔洞当中，同时，把涂抹了赛瑞封孔材料的棉质纱布堵在裂缝带的位置。

（4）将赛瑞封孔材料输入到注浆压力泵当中，并通过手动控制开启注浆压力泵，将赛瑞封孔材料注入到已形成密闭空间的孔洞当中去。

（5）在注浆过程结束以后，注浆压力泵不能马上关闭，还需要维持一段时间的压力，使得赛瑞封孔材料能够突破表面滞留层的阻碍，进入到裂缝带内部，直到浆料完全凝固以后，才可以关闭注浆压力泵，撤去压力，并卸载相应的部件，逐一进行清洗、保管[3]。

4 化学注浆封孔技术应用效果

为了验证化学注浆封孔技术的实用性，特将其与棉蘸发泡材料封孔技术进行比较，设计对比实验。在实验场所进行钻孔，两块区域各钻10个孔，计算好材料的用量，然后将相应的设备都准备齐全，开始进行实验。在实验过后，经过两个月的观察测量发现：使用化学注浆封孔技术处理过的实验区域，在一个月后的平均瓦斯抽采浓度还能达到60%，而使用棉蘸发泡材料封孔技术的实验区域，一个月后的平均瓦斯抽采浓度仅为20%左右，由此可见，化学注浆封孔技术的封孔效果远远优于棉蘸发泡材料封孔技术。

5 结束语

实验结果表明，化学注浆封孔技术的应用效果明显优于其他封孔技术，其不仅能够延长封孔的长度，增加封孔的深度，还能够有效填充孔洞附近的裂缝带，降低了瓦斯泄露的可能性，增强了孔洞封堵的密封性，提高了瓦斯抽采的浓度，延长瓦斯抽采的时间，使得瓦斯抽采作业能获得更多的经济效益，促进矿产企业的发展。

参考文献：

[1]王兆丰，武炜.煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析[J].煤炭科学技术，2014，42（06）：31-34+103.

[2]王振锋，周英，孙玉宁，王永龙.新型瓦斯抽采钻孔注浆封孔方法及封堵机理[J].煤炭学报，2015，40（03）：588-595.