漏气抽采钻孔的二次封孔技术

王 磊

(山西大平煤业有限公司，山西 长治 046200)

随着我国煤矿开采深度的延伸，煤层瓦斯压力、瓦斯含量逐步增大，导致矿井瓦斯涌出量增多，瓦斯灾害事故频发。解决矿井瓦斯最根本的手段是对煤层进行瓦斯抽采作业，降低煤层瓦斯含量，减少煤层瓦斯向采掘作业空间的涌出。

目前，突出矿井、高瓦斯矿井均建设有矿井瓦斯抽采系统，对煤层瓦斯进行抽采。在抽采系统中对抽采效果起决定性作用的是抽采钻孔的封孔质量，封孔质量的好坏直接影响瓦斯抽采效果[1].我国瓦斯抽采钻孔封孔技术先后经历了黄泥封孔、水泥封孔[2]、聚氨酯封孔[3]、胶囊封孔器封孔[4-5]、“两堵一注”封孔等[6-7]，现阶段煤矿企业普遍应用的是“两堵一注”封孔工艺。该工艺在现场操作相对简单，流程便于统一管理，封孔质量相对较好。但是，随着“两堵一注”封孔工艺的推广应用，发现经过一段时期抽采后，钻孔抽采瓦斯浓度衰减快，对瓦斯抽采产生不利影响。鉴于此，提出对“两堵一注”封孔抽采钻孔进行二次封孔的方法，并在山西大平煤业有限公司进行应用。

1 矿井抽采概况

2013年8月15日,山西大平煤业有限公司地面瓦斯抽采泵站投入运行，泵站安装有2BEC-72型水环式真空泵4台，单台泵的最大抽采量460 m3/min，功率560 kW.两用两备，采用高、低负压两趟系统分别抽采井下各地点瓦斯。瓦斯抽采主管路经回风立井敷设在总回风大巷，瓦斯抽采主管路d530 mm.瓦斯抽采支管路分别敷设在工作面两顺槽，瓦斯抽采支管路d325 mm.

矿井配备有型号ZDY3500 L(Q)一体式履带钻机进行打钻施工，采用“两堵一注”封孔工艺进行封孔，具体封孔工艺见图1.

图1 “两堵一注”封孔工艺图

具体操作流程：钻孔施工完毕后，下入封孔管，封孔管的长度根据巷道破坏圈的大小决定，封孔长度要超过煤壁破裂带。在封孔管上提前固定好两个囊袋，将注浆管随封孔管一起下入钻孔内。待封孔管下到指定位置后，将注浆管与注浆泵相连接，利用搅拌桶把一定比例的水和封孔专用膨胀水泥混合均匀，通过注浆泵向注浆管里输送带有压力的水泥浆。随着水泥浆压力的增大，囊袋中的1号和2号爆破单向阀最先打开(爆破压力0.05 MPa)，囊袋开始膨胀，当囊袋与煤壁紧密接触并达到一定压力后，3号爆破单向阀打开(爆破压力0.5 MPa)，水泥浆流向两个囊袋之间相对封闭的空间。随着水泥浆的不断进入，两个囊袋之间的水泥浆慢慢有了压力，由于空间相对封闭，水泥浆随着压力的不断升高，一部分水泥浆就会进入到煤体的缝隙中。当注浆泵的压力达到2 MPa后，停止注浆，等待水泥浆凝固8 h后将钻孔并网抽采。

利用此方法对抽采钻孔进行封孔作业，初期效果比较好，抽采瓦斯浓度普遍能够达到50%以上。但是随着抽采时间的延长，抽采瓦斯浓度衰减得很快，抽采45天之后瓦斯抽采浓度减少一半左右。经过一段时间的抽采，钻孔附近的煤体会发生变形和位移，导致煤体裂隙发育、延伸，与外部空间导通，致使抽采瓦斯浓度快速衰减。

2 二次加压注浆封孔工艺

为了有效解决抽采钻孔抽采瓦斯浓度快速衰减问题，增加钻孔有效抽采时间，结合作业现场实际情况，提出二次加压注浆封孔方法。具体施工工艺见图2.

图2 二次加压注浆封孔方法工艺图

具体操作方法：在第一次封孔的基础上，孔口另外再安设一个囊袋以及注浆管。待抽采钻孔抽采瓦斯浓度降低到原抽采浓度的1/2时，利用注浆泵向孔口囊袋注入搅拌好的膨胀水泥。水泥浆压力先是将5号爆破单向阀打开(爆破压力0.05 MPa)，囊袋开始膨胀，当囊袋与煤壁紧密接触并达到一定压力后,4号爆破单向阀打开(爆破压力0.5 MPa)，水泥浆流向新旧两个囊袋之间相对封闭的空间。随着水泥浆的不断进入，两个囊袋之间的水泥浆慢慢有了压力，由于空间相对封闭，水泥浆随着压力的不断升高，高压水泥浆就会进入到煤体的缝隙中，堵塞钻孔与外部空间的裂隙通道。当注浆泵的压力达到3 MPa后，停止注浆，等待水泥浆凝固8 h后将钻孔并网抽采。

3 现场应用情况

山西大平煤业有限公司3113运输顺槽2020年应用此二次加压注浆封孔工艺开展了6个月的工业试验。88#、89#、91#、92#钻孔抽采瓦斯浓度数据见表1.

表1 钻孔抽采瓦斯浓度表

由表1可知：

1)88#、89#、91#、92#四个钻孔经过第一次“两堵一注”封孔后，封孔质量较好，抽采瓦斯浓度在50%～80%，抽采瓦斯浓度较高，抽采效果良好。

2)88#、89#、91#、92#四个抽采钻孔经过近50天的抽采后，由于抽采瓦斯导致煤体结构发生变化，裂隙增大、延伸。抽采瓦斯浓度分别降低到原有浓度的53.7%、59.6%、55.6%、56.6%，出现明显衰减现象。

3)采取二次加压注浆封堵漏气钻孔。二次注浆的水泥在高压作用下进入煤体裂隙内部，堵塞煤体裂隙与外部空间的联系，提高抽采钻孔的气密性。经过二次加压注浆处理后，88#、89#、91#、92#四个抽采钻孔抽采瓦斯浓度分别提高了47.2%、45.2%、60%、55.8%.

4)经过二次加压注浆封堵的漏气钻孔，由于堵塞了煤体因抽采瓦斯而二次发育的裂隙，所以后期抽采瓦斯过程中煤体裂隙再发育的阶段会比较缓慢，钻孔抽采瓦斯浓度衰减速率减缓，有效抽采瓦斯时间就会大大提高。从4个钻孔的观测数据可以看出，瓦斯有效抽采时间延长了约4个月。

4 结 论

1)提出利用二次加压注浆的方法处理“两堵一注”封孔的漏气钻孔。基本工艺为利用注浆泵将膨胀水泥浆注入到封孔管孔口新增的囊袋和第一次注浆时的囊袋之间，水泥浆在注浆高压力的作用下进入到煤体因抽采瓦斯而产生的裂隙内，堵塞煤体裂隙，隔断钻孔与外部空间的联系，提高钻孔密闭性，提高瓦斯抽采浓度和延长瓦斯有效抽采时间。

2)现场试验表明，通过采取二次加压注浆的方法处理的漏气钻孔，抽采瓦斯浓度可提高45%～60%，钻孔有效抽采时间增加约4个月,提高了钻孔利用率，增强了瓦斯抽采效果。二次加压注浆封孔的方法在我国煤层抽采瓦斯漏气钻孔处理中具有广阔的应用前景。