硅谷杂志：瓦斯抽放钻孔二次封孔技术在兴隆煤矿应用 |
| 2012-12-12 11:33 作者：吕福海 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网12月12日文】据《硅谷》杂志2012年第18期刊文，高突矿井瓦斯抽放效果受钻孔封孔工艺制约，瓦斯抽采效果欠佳，高成本的单孔投入并未换来理想的瓦斯抽采效果。而二次封孔新技术的应用，可大幅提高瓦斯抽放浓度，延长有效抽放期，提高钻孔的利用率。
1项目背景
矿井瓦斯长期以来一直威胁着煤矿的安全生产，制约着矿井的经济效益。目前瓦斯的治理主要还是依靠对煤层瓦斯的抽采。兴隆煤矿C8煤具有煤与瓦斯突出危险性，属于松软、难以抽放煤层。瓦斯抽采钻孔在采用传统封孔工艺时，开始阶段抽瓦斯浓度比较高，但待抽采一段时间后，由于孔口周围产生裂隙，巷道中空气开始由钻孔周围的破碎区大量进入孔底，抽采瓦斯浓度迅速衰减到5%以下，造成抽放效率低下。为了解决这一技术难题，兴隆煤矿不断加大资金投入，积极进行研究和探索，不断尝试新的封孔工艺。在经过大量收集相关资料，现场勘查和充分论证的基础上，于2011年10月引入瓦斯抽放的二次封孔技术项目，并进行现试验研究。
2项目实施过程
2.1二次封孔技术原理
二次封孔技术原理：在第一次钻孔封孔顺利实施并保证封孔质量的基础上，利用带压气体以一定压力将微细膨胀粉料送入煤层钻孔内，微细膨胀粉料在抽采负压的作用下渗入煤层周围的网状裂隙内，增加了裂隙内气体的流动阻力，有效阻隔外界空气进入抽采钻孔的通道，使钻孔内漏风量显著减少，大大提高瓦斯抽采浓度和抽采效果，延长有效抽采期，确保抽采系统安全。
2.2项目实施地点选取
经现场考察决定，本次试验地点选取C8煤层的1803工作面煤仓绕道。试验钻孔布置两组，共24个（新工艺封孔、原封孔工艺每组各12个），均为为扇形钻孔。
2.3封孔试验过程
2.3.1第一次封孔
巷道周围形成的裂隙圈半径约为3～5m，考虑到其它一些影响因素，封孔位置应避开松动圈，因此封孔位置应在距孔口5～7m处，封孔长度3～5m。封孔位置和封孔长度的确定，可使封孔段有效避开裂隙圈，提高封孔效果，减少封孔材料的使用量。封孔材料使用赛瑞材料。在工作面煤体实施顺层钻孔，直至达到设计深度后插入抽放管并在L1段两端缠上棉纱，引一根注赛瑞封孔材料的胶管进入L1（3～5m）段，注浆发泡封孔。注浆后，赛瑞封孔材料膨胀，将钻孔L1段密封堵住，此时打开抽放管上的阀门即可实施瓦斯抽放，第一次封孔阶段结束。L2为预留的第二次封孔空间，一般为2～3m。封孔工艺如图1所示。
图1第一次封孔原理示意图
1-煤层钻孔，2-抽采管，3-阀门，4-赛瑞材料，5-裂隙群，6-煤体，7-孔口
2.3.2第二次封孔
第一次封孔阶段结束后，经过一定时期的瓦斯抽采，煤层开始收缩变形，透气系数增高，钻孔周边煤层的裂隙迅速扩张、发育，此时外界的空气就会通过裂隙网进入抽采钻孔内，导致瓦斯抽采浓度明显下降，缩短了有效抽采期。为了大幅度提高瓦斯抽采浓度，延长抽采钻孔的有效抽采期，提高钻孔的利用率，还需要实施第二次封孔技术的研究。
第二次封孔原理是在第一次封孔阶段达到良好效果的基础上，利用一定压力的气体将微细膨胀粉料送入煤层钻孔内，微细膨胀粉料在瓦斯抽采系统负压的作用下渗入煤层周围的裂隙区域，微细粉料进入裂隙后，增加裂隙内气体的流动阻力，阻隔外界空气进入钻孔的通道，使钻孔内的漏风量明显减少，从而大幅度提高钻孔内瓦斯抽采的浓度，显著改善瓦斯抽采效果，确保瓦斯抽采系统的安全性。
封孔工艺如图2所示，首先将抽采孔周围的报废钻孔等用浇上赛瑞封孔材料的棉纱团封堵，再用与压气管路相连的粉料输送管插入煤层钻孔内，使其接近第一次封孔阶段赛瑞材料的封孔处，然后打开阀门，使高压空气以0.2～0.3MPa的压力将微细膨胀粉料吹入钻孔内，当微细膨胀粉料充满煤层钻孔时会停止进风，最后用棉纱将进风口堵住。微细膨胀粉料在瓦斯抽采系统负压的作用下渗入煤层周围的网状裂隙群内，增加了裂隙内气体的流动阻力，有效阻隔外界空气进入抽采钻孔。
图2第二次封孔阶段示意图
1-煤层钻孔，2-抽采管，3-阀门，4-赛瑞材料，5-微细膨胀粉料，6-裂隙群，7-煤体，
8-孔口，9-粉料输送管
二次封孔结束以后观察抽采效果，对有需要有条件的抽采孔可进行多次吹粉料封孔，以取得更佳的瓦斯抽放效果。
2.4数据分析
1803煤仓绕道于2012年3月2日到5日实施封孔，每组各12个钻孔，两组共计封孔24个。通过对试验孔封孔后抽采浓度、负压等进行观察、记录，绘制钻孔瓦斯平均抽采浓度对比变化曲线如图3所示：
图3钻孔瓦斯平均抽采浓度对比变化曲线
由上图可以看出，原封孔工艺的钻孔瓦斯浓度衰减很快，瓦斯抽采效率较低，平均浓度均在20%左右，不利于瓦斯的抽放。二次封孔新工艺封孔的钻孔浓度提高明显，各孔的瓦斯浓度平均提高25%，单孔最高增加60%，在二次封孔后近一个月的时间里，实验组钻孔单孔浓度平均维持在40%左右，提高了抽放浓度，加速了瓦斯的抽出，可见二次封孔效果显著。
3结论
通过对两种封孔方式抽放效果的比较，证明了二次封孔技术在兴隆煤矿的应用取得了良好的效果，体现在以下几个方面：
1）在封孔后近3个月的时间里，各钻孔浓度提高很明显，封孔效果显著。孔内瓦斯浓度平均提高25%，单孔最高增加60%，加速了瓦斯的抽出；
2）单孔的有效钻孔得到提高，废孔率大幅降低；
3）单孔实际封孔成本由原来的140元降至100元左右，而且由于抽放半径的增大，钻孔终孔间距增加，从而减少了打孔数量，大大降低了瓦斯抽采成本；
4）钻孔能够较长时间保证瓦斯抽放浓度，使所抽放的瓦斯能够更好地被地面瓦斯发电项目利用，创造了良好经济和社会效益；
5）在一定程度上提高了煤层瓦斯的抽出率，缩短了瓦斯抽放周期，有效降低了工作面的回采过程中瓦斯超限频率，有效保障了工作面回采接续。
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