煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术探讨

董登学

【摘 要】本文通过对钻孔封孔漏气造成瓦斯抽采浓度低的原因分析，提出带压封孔技术工艺，借助注浆泵设备提供一定的注浆压力，以此保证水泥浆在钻孔周围煤岩体裂隙内的渗透扩散，加固充填裂隙，增强煤体强度，同时加入适量的膨胀剂，避免浆体凝固收缩产生空隙，从而达到杜绝钻孔附近煤岩体裂隙和孔壁空隙漏气对钻孔瓦斯抽采的影响。

【关键词】瓦斯;抽采;马丽散;带压封孔

中图分类号： TD712.6 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）08-0177-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.076

【Abstract】By analyzing the reasons of low gas extraction concentration caused by gas leakage from borehole， this paper puts forward the technique of pressure sealing hole， and provides a certain grouting pressure with the aid of injection pump equipment， so as to ensure the penetration and diffusion of cement mud in the crack of coal rock around the borehole. Reinforcing filling fissures， strengthening the strength of coal body， and adding appropriate amount of expansion agent to prevent the slurry from solidifying and contracting to create voids.

【Key words】Gas; Extract; Malisan; Pressure seal

煤矿井下开展采掘活动，瓦斯灾害一直是威胁矿井安全生产的主要灾害之一，虽然国内外学者在瓦斯治理工作方面做了大量的研究工作，但实践效果均差强人意。目前，煤矿瓦斯抽采仍然被认为是预防瓦斯灾害最为有效的方法之一。

抽采瓦斯浓度低成为困扰瓦斯灾害预防的瓶颈，一般来说，造成瓦斯抽采浓度偏低的因素有很多，其中封孔工艺是影响因素之一，也是最重要、最关键的影响因素。近年来，各煤矿采取的煤层瓦斯治理方法主要有底板穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯和煤层条带瓦斯、顶板穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯和煤层条带瓦斯、顺层钻孔预抽煤层条带瓦斯、顺层钻孔预抽回采工作面煤层瓦斯等瓦斯治理措施，但由于钻孔成孔质量、封孔质量等原因造成瓦斯治理达不到预期的效果，采掘过程中常出现瓦斯频繁超限甚至出现煤与瓦斯突出等事故。抽采效果是以瓦斯抽采浓度为首要表现形式，并直接决定了瓦斯抽采进度，因此，如何提高瓦斯抽采浓度就成为煤矿瓦斯治理方面亟待解决的问题。

针对封孔质量差影响钻孔抽采效果问题，本文以威信煤炭公司观音山煤矿由于封孔原因造成瓦斯抽采浓度低为例，总结提出瓦斯抽采钻孔带压封孔技术。观音山煤矿已进入三期工程建设阶段，因复杂瓦斯地质因素的影响，揭露出来的煤比较松软，而作为重要预防措施的本煤层和底板穿层抽采钻孔成孔质量和封孔质量差，抽采瓦斯浓度在10%左右，效果不理想，炮后瓦斯浓度频繁超限，严重影响了矿井安全生产的进度。

1 矿井煤层基本概况

观音山煤矿属于煤与瓦斯突出矿井，煤种为贫煤，矿区断裂构造不发育，内部以隐伏小断层为主，且零星分布，构造复杂程度中等偏简单，矿井瓦斯具有储量大、含量高、压力大的特点。矿井井田为缓倾斜～倾斜煤层，可采煤层为两层：C1和C5，其中C5煤层为主采煤层，最大厚度为9.3m。煤的孔隙率为5.06%，坚固性系数0.17，瓦斯放散初速度△P在35～40间，平均为38;结构破坏类型一般为Ⅱ～Ⅲ类，煤层较松软，煤岩组份以亮煤为主，硬度中等，性脆，易破碎，在地质构造破坏带为强烈破坏煤;透气性系数0.13～4.43（m2/MPa2.d），钻孔瓦斯流量衰减系数介于0.08～1.1d-1之间，属于可以抽放和较难抽放煤层。煤层顶板为炭质泥岩和灰色粉砂质泥岩，底板为灰白色泥岩和粉砂质泥岩，遇水具有明显的软化膨胀性，煤层顶、底板稳定性较差。

2 矿井封孔工艺情况

威信煤炭公司观音山煤矿瓦斯抽采钻孔普遍采用的封孔方法为：一是袋装马丽散分段封孔法，即在封孔管筛管往下0.8m和孔口位置捆绑袋装马丽散封孔;二是“一堵一注”封孔法，即封孔段预埋注浆管，孔口用马丽散封堵，注浆设备采用压风带动的便携式封孔泵，压力在0.5Mpa以下，两种封孔方法的煤孔封孔长度≥8m，岩孔封孔长度≥5m。显然，抽采浓度低与该工艺封孔效果不理想有很大关联，因此，开展带压封孔技术和全程下套管封孔研究是改变本矿煤层瓦斯抽采现状的关键。

观音山煤矿C5煤层透气性系数小，钻孔瓦斯流量衰减系数大，属于可以抽放和较难抽放煤层。构造较复杂，小构造多，煤层较松软，顶、底板为泥岩和粉砂质泥岩，稳定性差，煤层内生裂隙发育，由于煤岩体受采掘活动的影响，且煤岩体本身具有多孔裂隙发育的介质，当钻孔在煤岩体内钻进时，钻孔周围会形成一定范围的松动裂隙，瓦斯气体可以通过这些裂隙解吸逸散，空气可以通过这些裂隙渗透到煤体。另外，封孔方法和封孔材質的选择也易造成封孔材料与孔壁之间形成空气通道，最终造成抽采流量大、浓度低。

3 封孔工艺存在缺陷原因分析

目前煤矿普遍使用的封孔方法有：桶装马丽散封孔段全程封孔法、袋装马丽散分段封孔法、灌水泥浆封孔法等，各种封孔方法都存在一些缺陷。

马丽散或水泥浆封孔存在的缺陷。马丽散是由树脂和催化剂两种成分组成的聚胶脂材料，具有一定的柔韧性，桶装马丽散混合后反应时间短，煤岩体裂隙较小时，马丽散还未压到位就膨胀堵塞裂隙通道，同时马丽散还有一定的黏合性，煤巷里面注马丽散易造成和煤黏合在一起，不便于处理，也不经济。

4 水泥浆带压封孔技术

根据目前普遍使用的抽采钻孔封孔工艺现状分析和空气扩散渗透进入抽采管路的途径，我们可以清楚的知道，要成功提高煤层钻孔抽采浓度，其钻孔封孔段必须具备两个条件：一是抽采钻孔封孔段周围煤岩体裂隙封堵密实，二是封孔段钻孔不能出现空气流通通道。为了实现这一目标，我们提出了煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔和全程下套管封孔技术。

4.1 水泥浆带压封孔原理

水泥浆带压封孔工艺是对用马丽散、水泥浆不带压封孔等封孔工艺的彻底改进，其原理就是在钻孔封孔段两端用马丽散封堵，中间形成气室，然后借助注浆泵设备提供一定的注浆压力往气室内注浆，以此保证水泥浆在钻孔周围煤岩体裂隙内的渗透扩散，加固充填裂隙，增强煤体强度，同时加入适量的膨胀剂，避免浆体凝固收缩产生空隙，从而达到杜绝钻孔附近煤岩体裂隙和孔壁空隙漏气对钻孔瓦斯抽采的影响。

4.2 水泥浆带压封孔实施步骤

带压注浆封孔即可解决封堵钻孔附近煤岩体裂隙的问题，同时又可以解决孔壁存在空隙漏气问题，具体实施步骤如下：

（1）根据煤岩层的完整性情况确定封孔长度，煤岩层硬时，本煤层钻孔封孔长度为10—15m，穿层钻孔封孔长度为6—10米;煤岩层松软时，本煤层钻孔全程下套管，封孔长度为15—20m，穿层钻孔全程下套管，封孔深度到煤层底板。

（2）钻孔采用Ф94mm钻头施工，封孔前利用压风或高压水冲净孔内钻屑;

（3）挑选无裂缝封孔管，并在封孔管筛孔往下0.8m和孔口以里1.2m位置捆绑袋装马丽散，将封孔管放入孔内，同时预埋Φ22mm注浆管和排气管;

（4）待马丽散膨胀凝固后，将水泥和水按1：2比例搅拌均匀，同时为防止水泥浆凝固后收缩产生裂隙，在水泥浆中加入水泥用量12%的膨胀剂，用注浆泵从注浆管内一次连续将水泥浆注入封孔气室内。水泥浆凝固后进行连管抽采。

4.3 安全技术要求

水泥浆带压封孔技术实施质量与钻孔施工质量、注浆压力、注浆量等因数有关，要确保封孔质量及施工期间的安全，提出以下要求：

（1）煤岩层松软易塌孔的施钻地点开钻前，先施工注浆孔并往煤岩体内注浆，保证在钻孔封孔段一定范围内形成人造外壳，确保施钻期间不塌孔，并填充封孔段煤岩内裂隙;

（2）煤巷钻孔布置间距大于0.8m，岩巷钻孔间距大于0.5m，方位符合设计要求，保证钻孔之间互不串通漏气，且能够承受注浆压力;

（3）钻孔采用Φ94mm以上的钻头施工，封孔前采用压风或清水清洗干净孔内钻屑。袋装马丽散安设位置正确，捆绑牢固，根据马丽散的膨胀和受压情况确定封堵段马丽散用量，并在封孔管上马丽散两端缠上略比钻孔直径小的破布或棉纱，控制马丽散向封孔段前后方向膨胀。封孔段既要确保水泥浆封孔气室长度，同时也要满足注浆压力要求;

（4）钻孔一次封孔完毕后及时组织二次注浆封孔，防止施工其它钻孔时，由于震动造成封孔段钻孔煤岩壁垮落堵塞注浆气室;

（5）水泥浆必须搅拌均匀，配比符合要求。开始注浆时，先打开排气管，缓慢增加注浆压力，待排气管返浆后，关闭排气管上安装的控制阀门，一次性连续加压注浆到预定深度，且注浆压力稳定在2Mpa以上;

（6）注浆期间，注浆管用丝扣或高压快速接头连接并安上控制阀门，注浆地点离孔口距离大于5m，人员不能正对钻孔，缓慢增加注浆压力，防止因漏浆等原因造成伤人事故。

5 结论

水泥浆带压封孔技术是对以前“两堵一注”封孔技术的改进，优点在于先根据煤岩层完整性情况注浆加固封孔段煤岩体，便于施钻和确保封孔质量。其次，带压注浆封孔既可以封堵煤岩体内裂隙，又可以封堵因材质问题导致的封孔材料和孔壁之间的空隙。通过现场在观音山煤矿二井E06底抽巷和一井W1101工作面本煤层封孔实践，穿层钻孔抽采浓度从30%以下提高到45%—85%之间，本煤层钻孔浓度从25%以下提高到30%—75%之间，结合以前“两堵一注”或“一堵一注”封孔实施的考察结果，水泥浆带压封孔技术是可行的，运用好此技术，在确保钻孔真实性和有效性的前提下，在钻孔不出现严重塌孔、串孔以及与其它裂隙导通的情况下，瓦斯抽采浓度将会有质的提升。

【参考文献】

[1]采礦工程设计手册.

[2]煤与瓦斯突出防治技术手册.

[3]瓦斯灾害防治技术.

[4]煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册.

[5]防治煤与瓦斯突出规定.