“两堵一压”封孔新技术在盘江矿区的应用

文/旷永华

矿井瓦斯灾害是煤矿五大灾害之一，高效的煤矿瓦斯抽采技术和材料应用对于煤矿安全生产和能源利用有着重要意义。我国西南地区矿井瓦斯治理中，主要存在封孔效果不佳，抽采量小的问题。而通过改进钻孔封孔技术，选用合理的封孔工艺和封孔材料，可以有效地提高钻孔封孔质量及瓦斯抽采效果。贵州盘江精煤股份有限公司在矿井瓦斯治理中，通过开展“两堵一压”新技术、新工艺及新材料的工程实践，有效解决了原来存在抽采效果差、抽采浓度低等问题，取得了明显效果，为矿井安全发展提供了根本保障。

一、传统煤层瓦斯抽采钻孔封孔工艺的缺陷

目前，煤层瓦斯抽采钻孔封孔工艺主要包含水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔等方法。现场应用情况表明，水泥砂浆封孔易产生漏气通道，而聚氨酯封孔受封孔长度及材料强度所限，抽采寿命会因钻孔坍塌、断面收缩变形产生新裂隙而大大缩减。

图1 “两堵一压”平行钻孔封孔示意图

二、“两堵一压”封孔新技术的方法及特点

1.技术方法

“两堵一压”封孔新技术根据瓦斯治理十二字方针中“孔封严、管到底”的要求及各矿煤层贮存情况、地质构造设计封孔的深度，封孔深度不低于20m，封孔注浆段不低于12m，将Φ32mm套管至孔底。具体工艺如下。

（1）首先，将封孔器前端套在封孔管路(Φ50mm实管)距抽放口5cm位置处，平行钻孔回浆管铺设在距后端矿用封孔器里端15m处(钻孔的角度不同，回浆管路的铺设位置不同)，然后铺设前端矿用封孔器(里端)及回浆管路，送入钻孔内，送至12m处再铺设后端矿用封孔器(外端)，最后将抽放管路送至孔中封孔深度不低于20m处，后端矿用封孔器铺设在距孔口不超过8m处，封孔管路距孔口15cm，方便于合茬。

(2）采用ZBQ28/0.5型气动注浆泵，将速凝膨胀封孔剂材料(JDWFK-3型)与水按1：1进行配比，在搅拌桶内进行充分混合，再接入注浆泵进行注浆，注入的浆液先对钻孔两端进行加固，使两端先密封，密封的压力达到1.2MPa，自动爆破阀门自行打开，然后注入密封端以内的空白区和钻孔周围的裂隙区，当空白区和裂隙区完全密封时，预留的排气管路有浑浊液体排出，此时，关闭注浆泵暂停1min后继续注入浆液，当排气管路再次有浑浊浆液排出时，关闭排气管路继续注入浆液，根据煤层的坚固性系数和岩性情况确定注浆压力。当煤层注浆压力不低于0.5MPa，岩性穿层钻孔注浆压力不低于1.0MPa时，停止注浆泵工作，此时表明钻孔内空白区和裂隙区已经得到充分密封。该封孔剂材料具有凝固后微膨胀、不析水、凝固速度快等特点。“两堵一压”平行钻孔封孔示意图工艺实例如图1所示。

2.技术特点

(1）操作简单，节省时间。该工艺采用金鼎安全自主研发的FKJW-50/0.5型矿用封孔器和ZBQ 28/0.5型矿用气动注浆泵，具有体积小、重量轻的特点，可实现钻孔的自动封孔，同时对松软煤层钻孔起到支护作用，简化了操作工序，大大节约了封孔时间。

(2）严堵裂隙，质量优良。封孔器中间部位压注的JD-WFK-3型速凝膨胀封孔剂凝固速度快，无污染不助燃，抗压强度高，同时具有微膨胀效果，能够有效进入钻孔周围微小裂隙中，封堵钻孔漏风通道的同时与松软煤体紧密结合，提高了煤体强度，有利于保护抽采钻孔。

表1 盘江各矿区瓦斯平均抽采浓度数据对比

图2 试验采区瓦斯平均抽采浓度增长倍数

三、矿区应用效果分析

隶属于贵州盘江精煤股份有限公司的七对矿井在煤层顺层瓦斯抽采时，普遍存在抽采效果差、抽采浓度低下等问题。为了解决此问题，盘江股份开展了“两堵一压”新技术、新工艺及新材料的工程实践，采用JD-WFK-3型速凝膨胀封孔剂、FKJW-50/0.5型矿用封孔器、ZBQ 28/0.5型矿用气动注浆泵，在七对矿井的试验采区进行了工业试验，并将现场实际应用效果与原封孔工艺进行对比分析。

实际工作中，将盘江股份旗下7对矿井的2个采区数据进行对比，考察周期均为两个月，取平均浓度，预抽钻孔的负压为13KPa。具体对比分析结果如表1和图2所示。

对比分析结果显示，各个矿井在原工艺条件下，试验采区平均瓦斯抽采浓度为9.5%～24.7%，采用新工艺后试验采区平均瓦斯抽采浓度为39.7%～68.9%。七对矿井在采用新工艺后平均瓦斯抽采浓度均大幅度上升，上升幅度为1.2～4.5倍，其中月亮田煤矿B采区上升幅度最小，但也达到了原始浓度的1.2倍，上升幅度最高的为火铺煤矿B采区，达到原始浓度的4.5倍。

综上所述，采用“两堵一压”新技术，利用囊袋式矿用封孔器(FKJW-50/0.5型)、矿用气动注浆泵(ZBQ 28/0.5型)、速凝膨胀封孔剂(JD-WFK-3型)等新材料，在试验采区开展瓦斯抽采工业试验，体现出瓦斯抽放钻孔密封密实、抽采效果好等优点，提高了抽采负压，缩短了煤层瓦斯的消突时间。

四、结论

针对目前盘江股份旗下所有矿井封孔及抽采存在的问题，结合各矿井(采区)抽放钻孔的封孔深度、封孔段的分析，采用“两堵一压”封孔新工艺、新材料开展瓦斯抽采工业试验，各试验矿井(采区)钻孔瓦斯抽采平均浓度由原来的9.5%～24.7%提高到39.7%～68.9%，与原始平均瓦斯抽采浓度相比均提高了1.2～4.5倍，大大提高了采区瓦斯的抽采浓度，提高了矿井瓦斯治理效果，具有良好的推广应用价值。