“一堵一注”瓦斯抽采钻孔封孔工艺研究与应用

李田龙

摘要： 瓦斯抽采钻孔“一堵一注”封孔工艺采用孔口封堵聚氨酯，孔内注水泥浆的方法，它可以有效封堵钻孔周围裂隙，使在抽采过程中不漏气，提高瓦斯抽采负压和抽采浓度。

Abstract： The process of "one block and one injection" for gas drainage drilling adopts the method of sealing polyurethane through ostiole and injecting cement slurry into hole， which can effectively block the fracture around the borehole， so that the gas leakage can be avoided during the extraction process， so that the negative pressure and the extraction concentration of the gas are improved.

关键词： “一堵一注”；瓦斯抽采；封孔工艺

Key words： "one block and one injection"；gas extraction；sealing process

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）19-0115-02

0 引言

我国大多数矿井是瓦斯矿井，瓦斯灾害是最严重的矿井自然灾害之一。当前矿井瓦斯治理的一项有效手段是瓦斯抽采，然而在实际的瓦斯抽采期间经常面临各种问题，比如瓦斯抽采浓度低、预抽时间长、抽采效果差等。这些问题的出现使得瓦斯抽采效果大打折扣，抽采钻孔的封孔工艺和封孔质量对瓦斯抽采效果影响最大。

陶二煤矿作为高突矿井，在矿井深部突出危险区内，地应力、瓦斯含量和瓦斯压力较高，瓦斯抽采是矿井瓦斯治理的主要手段。在矿井瓦斯治理工作中同样存在瓦斯抽采浓度低，抽采效果差，预抽时间长等问题。为了提高矿井瓦斯抽采效果，现场工程技术人员经过大量的分析研究改进了封孔工艺，提出了全程下套管、“一堵一注”封深孔的瓦斯抽采钻孔封孔工艺。这对于有效封堵钻孔周围裂隙、提高瓦斯抽采负压和抽采浓度、缩短瓦斯抽采达标所需要的时间，大大减少瓦斯事故的发生，提高采掘工作面单进水平，缓解采掘接替紧张的局面具有重要意义。

1 性质用途

陶二煤矿是高突矿井，瓦斯抽采是矿井进行瓦斯治理最主要手段，封孔质量的好坏直接影响瓦斯抽采效果。在底抽巷上斜穿层钻孔封孔时采用“一堵一注”封孔工艺能够保证钻孔在抽采过程中不漏气，提高瓦斯抽采负压和抽采浓度，进而缩短瓦斯抽采达标所需要的时间，大大减少瓦斯事故的发生，提高采掘工作面单进水平，缓解采掘接替紧张的局面。

2 适用范围

瓦斯抽采钻孔封孔质量是影响煤矿瓦斯抽采效果的重要因素之一。瓦斯抽采钻孔“一堵一注”封孔工艺采用孔口封堵聚氨酯，孔内注水泥浆的方法，它可以有效封堵钻孔周围裂隙，使在抽采过程中不漏气，提高瓦斯抽采负压和抽采浓度，进而缩短瓦斯抽采达标所需要的时间，提高采掘工作面单进水平，缓解采掘接替紧张的局面。该封孔工艺对于上斜瓦斯抽采钻孔的封孔具有良好的效果。

3 技术原理阐述

瓦斯抽采钻孔孔口抽采负压和抽采浓度在封孔工艺没有改进之前，下降的速度比较快。造成这个现象产生的原因可能是因为在抽放管路的某个环节漏气而造成的。在对现有可能造成漏气的环节进行多次封堵之后，发现封堵后的效果依然未得到明显改善。经过多方论证分析发现，原因在于忽略了煤岩体受掘进影响产生的裂隙。

在底板岩巷施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯时，钻孔均为上斜钻孔，其封孔原理为：完成钻孔施工后，采用全程下套管（20m以里为花管），然后利用聚氨酯加白布带在孔口封一段约1m长封堵段，同时在该1m段下入1根2m长4分钢管用于注水泥浆。待聚氨酯凝固后，将水泥浆通过4分钢管注入孔内，至水泥浆从里段带眼双抗管返出为止。由于封孔段达到20m，利用水泥浆的重力作用渗入钻孔周围裂隙，可使周围的裂隙和钻孔隔离开，如此在抽采瓦斯时可确保钻孔不会漏气，大大提升了抽采效果。

4 新技术创新点

改进封孔工艺前，封孔工艺比较简单，对于顺煤层钻孔，下管深度12m，封孔深度8m；对于穿层钻孔，下管深度8m，封孔深度5m。这种封孔方式封孔效果和封孔质量较差，瓦斯抽采钻孔孔口抽采负压和抽采浓度下降很快，瓦斯抽采效果较差。

经过分析研究和现场试验，改原来的单一封孔方式为“一堵一注”封孔工艺，即在孔口用聚氨酯封堵1m，待聚氨酯凝固后再进行注水泥浆，水泥浆利用自重沉降，封堵钻孔周围的裂隙。这种封孔工艺采用全程下套管，封孔深度达到20m，对于岩孔段长度不足20m的，封孔深度为整个岩孔段。

5 应用实践情况及效果分析

5.1 “一堵一注”封孔工藝流程

5.1.1 封孔材料和设备

2寸花管、2寸双抗管、4分钢管、白布袋、注浆泵、水泥、聚氨酯。

5.1.2 封孔工艺流程

①封孔工艺。钻孔采用全程下管进行抽放，对于见煤深度大于20m的钻孔，其封孔深度为20m，里面为花管，对于见煤深度小于20m的钻孔，其封孔深度为岩孔段，煤孔段为花管。孔口用聚氨酯+白布袋封堵，长度为1m。同时下一根2m长的4分管用于注浆，如图1所示。

②钻孔封孔步骤。

Ⅰ、在正式封孔前，检查钻孔中是否存在异物，若存在采取措施清除。

Ⅱ、钻孔封孔要求全程下管，封孔长度要根据施工完毕后的钻孔见煤深度来确定，对于见煤深度大于20m的钻孔，其封孔深度为20m，里面为花管，对于见煤深度小于20m的钻孔，其封孔深度为岩孔段，煤孔段为花管。

Ⅲ、在孔口用聚氨酯封1m，并下一根4分管用于注水泥浆。水泥浆比例为水灰比为0.7∶1（质量比）。

Ⅳ、将注浆泵与注浆管相连接。通过注浆管将水泥浆注入到钻孔内，直到孔口返浆为止。

现场施工情况表明：由于钻孔煤孔段塌孔严重，多数钻孔封孔管不能下到孔底，但都能下到煤孔段。

5.2 应用效果分析

5.2.1 改进封孔工艺前

2217下巷预抽钻孔没有改进工艺前，瓦斯抽采负压迅速衰减，瓦斯抽采效果差，要想达到瓦斯抽采达标需要进行长时间的瓦斯抽采工作。

5.2.2 改进封孔工艺后

在2217下底板岩巷采用全程下套管、“一堵一注”封深孔的封孔工艺后，大大提高了瓦斯抽采效果。从2013年9月1日至2014年3月7个月的时间里瓦斯抽采浓度一直保持在50%以上，最大值达到95%以上。可见，2217下底板岩巷采用封孔新工艺后，在开始的几个月里，瓦斯抽采浓度一直保持在50%以上，最大值达到95%以上，并且可以长时间的保持这个抽采效果。瓦斯抽采负压一直保持在15kPa以上，最大抽采负压达到30kPa以上，满足了抽采需要。

6 与原事物比较主要效益（经济和社会效益）指标

6.1 经济效益

采用“一堵一注”封孔工艺后，提高了瓦斯抽采负压和抽采浓度，提高了瓦斯抽采效果，缩短了消突时间，提高了掘进速度。由于抽采效率的提高，煤层中的瓦斯压力和含量下降较快，有效地消除了突出危险，从而加快了掘进进度。陶二矿煤巷掘进速度由原来的单月进尺60m，现提高到90m。项目实施前，每月掘进60m，每班出勤10人，则一个月用工900个，每工工资180元，需人工费16.2万元；该项目实施后，月单进平均提高30m，等于节省人工费用8.1万元，全年节省97.2万元。陶二煤矿有6个掘进队伍，则每年可节约583.2万元。

6.2 社会效益

①有效的降低了矿井瓦斯的含量，消除了突出危险性，避免了发生瓦斯突出等恶性事故的发生，确保了矿井生产安全。②该项目实施后，缩短了消突时间，提高了煤的掘进速度，缓解了突出矿井采掘衔接紧张的问题，保证了矿井稳定发展。

7 根据现有类似成果评价本成果的总体水平

陶二煤矿是煤与瓦斯突出矿井，瓦斯抽采是矿井治理瓦斯的主要技术手段，采用瓦斯抽采钻孔“一堵一注”封孔工艺后，实现了抽采钻孔全程下套管，封深孔的目标，钻孔封孔深度达到15m～20m。瓦斯抽采负压和抽采浓度、抽采纯量都得到了较大提高，大大缩短了瓦斯抽采达标所需时间，消除了突出危险性，基本实现了瓦斯零超限，杜绝了瓦斯事故。该技术达到了煤炭行业领先水平。

8 推广应用前景

钻孔封孔质量一直是影响瓦斯抽采效果的重要因素之一。该项目针对瓦斯抽采过程中出现的瓦斯抽采浓度低，抽采效果差，预抽时间长等问题进行了研究和现场试验，提出了瓦斯抽采钻孔“一堵一注”封孔工艺。

瓦斯抽采钻孔“一堵一注”封孔工艺的研究大大提高了瓦斯封孔质量，解决钻孔抽采工程中的漏气问题，进一步加大了矿井瓦斯抽采力度，提高瓦斯抽采效果，缩短煤层瓦斯预抽时间，提高工作面掘进速度和单进水平。该技术可以广泛应用于上斜瓦斯抽采钻孔的封孔工作中，具有广泛的推广应用价值。

9 存在的问题及改进意见

钻孔封孔注浆时，由于水泥浆在注浆过程中容易发生沉淀，导致水泥浆不均匀，往往使得注进钻孔的浆液浓度低于预计浓度。因此，在注浆过程中，要安排专人不停地进行搅拌，尽量保证水泥浆均匀。

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