瓦斯抽采钻孔新型封孔方法的研究与应用

赵鑫磊

（霍州煤电集团李雅庄煤矿综采准备队，山西 霍州 031400）

1 原封孔方法存在的问题

李雅庄煤矿瓦斯治理过程中，抽采钻孔使用聚氨酯封孔较为常见，封孔一般包括三个工序：坐底、孔口封堵及注浆。坐底工序相对复杂，主要方法有倒聚氨酯法、吹聚氨酯法及抽拉式坐底法。传统的坐底方法存在问题如下：

（1）倒聚氨酯法。存在聚氨酯膨胀时间无法控制，经常出现聚氨酯已膨胀而抽采管未下到预定位置现象；

（2）吹聚氨酯法。若孔内有水，聚氨酯遇水膨胀率低或不膨胀；

（3）抽拉式坐底法。聚氨酯在孔底黑白药混合不充分，膨胀率低，效果较差。

由于工序相同，又存在共同的不足：

（1）三个工序分开进行，程序较复杂；

（2）聚氨酯坐底成功与否，效果如何，无法知晓，经常出现坐底不实而造成整个钻孔被堵实现象；

（3）聚氨酯坐底需要根据孔壁岩性情况确定聚氨酯用量，往往很难掌握；

（4）聚氨酯膨胀时发出大量的热量，可能造成煤炭自燃或封孔套管变形。

因此，根据现场需要研发了一款新型的囊袋带压注浆式封孔器，可以解决上述存在的问题。

2 囊袋带压注浆式封孔器结构及原理

2.1 封孔器结构

囊袋带压注浆式封孔器结构见图1所示。它由注浆管、返浆管、单向阀、爆破阀及两个囊袋组成。注浆管从两个囊袋中间穿过，并连成一体，其出口在孔底囊袋，在孔口囊袋中有一个单向阀，在两个囊袋中间有一个爆破阀。返浆管仅穿过孔口囊袋，在其返浆出口有过滤器。如果注浆管或返浆管需要加长，可以通过直通进行连接，抽采管从囊袋中间穿过。

2.2 封孔原理

囊袋带压注浆式封孔器封孔原理为：先下入两个囊袋到指定位置，通过连接在囊袋上的注浆管注浆，将囊袋腔体内注满水泥，注浆压力达到爆破阀爆破压力后爆破阀爆破，水泥进入两个囊袋间环状间隙，继续注浆注满环状间隙达到封孔目的。注浆水泥的初凝时间为10～12min，爆破阀爆破压力为1.5～2.0MPa。

图1 囊袋带压注浆式封孔器结构图

3 囊袋带压注浆式封孔器使用方法

（1）根据要求的封孔深度，准备好注浆管、直通等封孔材料。

（2）打开封孔器的孔底囊袋，将抽采套管套入囊袋内，两端用细铁丝扎紧。

（3）继续下入抽采套管、4分注浆胶管（注浆管之间用直通连接）至封孔深度以浅2～3m处。

（4）打开封孔器孔口囊袋，将孔口的抽采套管套入囊袋，将孔内注浆管与孔口囊袋注浆管用直通连接好后，一起下入孔内，孔口囊袋外端离孔口300mm左右。

（5）按0.7∶1的水灰比配制浆液，并搅拌均匀。

（6）注浆管与注浆泵相连后，采用注浆泵向孔内注浆。浆液通过注浆管在孔底囊袋内的出口及孔口囊袋内的单向阀进入两个囊袋。随着注浆压力的升高，囊袋逐步膨胀直至完全抵住孔壁，达到坐底的作用，当压力继续升高达到一定值后，爆破阀打开，此时浆液进入钻孔与抽采管之间的环状间隙，达到封孔的目的。

（7）返浆管先后返浊水、清水及浆液，当返浆管返浆液时，将返浆管折弯并用铁丝扎紧，待注浆压力稳定在1.5MPa及以上时，注浆结束。

（8）把注浆管及返浆管折弯入孔内，孔口用水泥浆液抹平。

4 效果分析

为了考察囊袋带压注浆式封孔器封孔效果，分别在李雅庄煤矿中央区及李雅庄煤矿1414（3）运顺揭煤区进行了试用，使用效果较好。

4.1 中央区使用情况

使用地点在东进风井、回风井井筒揭8煤，设计共632个下向钻孔，使用Φ63.5/73mm肋骨钻杆配合Φ113mm复合片钻头施工，钻进过程中全程压风排渣；钻孔穿过8煤层底板1m，钻孔施工到位后，采用压风吹出钻屑保持孔内通透。钻孔采用全程下护孔套管，孔口一根采用2寸铁管，其余为1.5寸套管。

先期约50个钻孔使用普通方式封孔，孔内有水时，聚氨酯坐底不稳定，钻孔内瓦斯浓度低，只有5%左右。有的钻孔漏浆，造成钻孔报废。后更改为全部使用囊袋带压注浆式封孔器，不受孔内积水影响，钻孔通过水泥注浆将套管与孔壁之间积水排出，用速凝水泥充填，钻孔及周边裂隙封闭严实，封孔质量明显提高，干管瓦斯浓度最大47.4%，且未出现钻孔报废现象。

4.2 1414（3）运顺揭煤区使用情况

使用地点为顾桥矿南区1414（3）运顺揭煤钻孔，设计232个孔，钻孔采用直径113mm钻头施工，岩石段采用清水排渣工艺施工，预见13-l煤前3m改用压风排渣工艺施工直至穿过13-1煤层进入顶板1m。钻孔孔口往里依次下一根2寸铁管，一根2寸PVC实管，然后通过变头连接l寸PVC实管到见13-1煤前lm，最后下花管直至孔底。

钻孔施工初期采用普通封孔方式封孔，因该孔围岩破碎，孔内有水，封孔效果不佳，干管瓦斯浓度为2%，经多次注浆后只能提升至10%。针对钻孔施工中遇到的问题，改用囊袋带压注浆式封孔器，囊袋带压注浆式封孔器注浆水泥能够在水中膨胀、凝结，针对钻孔周围的破碎围岩、孔内出水情况有很好的效果。使用囊袋带压注浆式封孔器后，干管瓦斯浓度为35%，单孔浓度最高达95%。

4.3 效果分析

通过现场使用，囊袋带压注浆式封孔器取得了较好的效果。

（1）囊袋带压注浆式封孔器操作简单，稳定性好，减少现场封孔因人为因素影响封孔质量情况的出现。

（2）普通封孔方式封孔需要1.5～2h时间，囊袋带压注浆式封孔器封孔需要约20min。与普通封孔方式比较，囊袋带压注浆式封孔器封孔时间短，效率高。

（3）囊袋带压注浆式封孔器使用的水泥性能好，凝固后不收缩，封孔质量好。

（4）囊袋带压注浆式封孔器适用范围广，穿层孔、顺层孔等均可使用，只需根据孔深计算注浆管、返浆管长度即可。

（5）囊袋带压注浆式封孔器空间密闭，能够有效防止钻孔有水时封孔不严。

5 总结

新型囊袋带压注浆式封孔器实践应用效果比较理想，但在使用过程中还存在以下问题，需在以后的应用过程中进一步改进。

（1）注浆管、返浆管使用PVC材质套管，耐压能力差，带压注浆时易造成注浆管、返浆管破裂；

（2）速凝水泥成本较高，单个钻孔花费大，需根据不同钻孔类型选用。