封孔技术[推荐]

第一篇：封孔技术[推荐]

聚氨酯封孔、人工送水泥封孔和压气送水泥封孔的封孔深度一般都小于5m，适用于短时间瓦斯抽放钻孔封孔和巷道煤壁破碎带短的瓦斯抽放钻孔封孔；注浆封孔泵封孔的封孔深度能达到20m以上，封孔用的水泥浆水灰质量比达到0.4:1（水:水泥），这种高稠度水泥浆在钻孔内基本不收缩，适用于各类瓦斯抽放钻孔的封孔，是目前普遍采用的瓦斯抽放钻孔封孔方法。

因此，本次主要针对BFZ-10/1.2（2.4）型矿用注浆封孔泵及其封孔工艺进行介绍。2 注浆封孔泵及其封孔的特点

2.1 具有同时搅拌和输送高稠度水泥浆的特点，水灰质量比达到：0.4：1（水：水泥）。

2.2 无须对封孔段进行扩孔和把注浆管送到待封钻孔的底部，而只需把注浆管在待封钻孔的孔口处作适当的固定和封堵即可。2.3 由于具有上述1、2的特点，大大简化了封孔工艺、降低了封孔作业的劳动强度。

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2.4 高稠度水泥浆由于具有基本不收缩性，从而保证了对任何钻孔都能确保封孔的严密性，提高了对钻孔的封孔质量。

常规的瓦斯抽采钻孔封孔技术包括采用有机材料或无机材料直接封堵、封孔器封堵。而直接封堵法包括粘土人工封孔、机械注水泥砂浆封孔、发泡聚合材料封孔。现在研究的很多种封孔放法结合了各种封孔技术优点，采用两种或多种技术组合使用，使封孔效果得到改善。同时从一次封孔研究到二次封孔技术，使封孔技术更加丰富，提高了抽采效率。

1、粘土人工封孔

常用粘土为黄泥或水泥团，粘土封孔法对封孔的材料要求不高,而且所花费的成本也很低,但是对封孔的工艺要求却很高。其受限于钻孔长度和粘土的软硬度,很难将钻孔封的密闭不透气,稍有一个环节的疏忽都可以导致其钻孔封闭不实。粘土封孔方法封孔长度较短，黄泥遇水变软，密实性不好，容易漏气。采用黄泥、水泥团人工封孔，钻孔密封质量差、作业时间长、劳动强度大，现场已很少采用。

2、机械注水泥砂浆封孔

水泥砂浆封孔法是在孔口处安好截止装置后,将水泥砂浆用注浆泵压入钻孔,可以封孔段较长的钻孔。其封孔材料在注入时为液态,等其凝固后为固态,能较好的封闭钻孔周围的一些裂隙和解决粘土法封孔难以解决的一些难题,从而能较好的封实钻孔。用一根回浆管即可检验其封孔长度,操作比较简单省时。

机械注浆虽可大大缩短封孔时间，但是目前的机械注浆设备笨重，加大了工人的劳动强度和搬运时间。对于倾斜钻孔可以保证封孔质量，但是对于近水平或缓倾斜煤层不适用。水泥短时间内不能硬化固结，并且凝固后易收缩导致漏气，从而使封孔后瓦斯浓度衰减比较快。

3、发泡聚合材料封孔

采用发泡聚合材料聚氨酯(马丽散)封孔，由于聚合材料发泡倍数高、质量轻，具有工艺简单、密封可靠、封孔迅速等特点而得到了广泛应用。然而目前化学聚氨酯封孔技术主要是采用徒手封孔，封孔长度只有3～5 m，不能有效封堵钻孔瓦斯抽采松动裂隙带，瓦斯抽采浓度不高，钻孔抽采寿命不长，甚至对操作不熟练的封孔工人，由于聚氨酯发泡反应快，一般在2～4min完成，抽采钻孔往往很难成功封孔而造成废孔。发泡聚合材料封孔其封孔材料成本高，操作要求高。

4、封孔器封孔

封孔器封孔法一般用于岩层致密和服务时间不长的岩孔, 主要包括摩擦式封孔器和水

力膨胀式封孔器两大类。封孔时先将封孔器放入钻孔封孔位置, 再通过留在钻孔外的专门机械机构使内、外管相对运动, 挤压封孔器前端的胶皮胀圈, 使之在径向膨胀进而将钻孔封堵严密。封孔器膨胀系数大, 封孔质量可靠, 还可以重复利用, 是一种理想的封孔装置。但是由于其昂贵的成本和价格, 目前并没有得到普及应用。

5、聚氨酯封孔器封孔

该方法使用三种化学药液,按一定比例进行配比,将配好的药液均匀涂抹在麻袋上,涂抹的同时迅速把麻袋缠绕在封孔器上,再把封孔器送入抽放钻孔孔口内,此时依靠聚胺脂发生化学反应而膨胀,从而达到钻孔封孔的目的。缺点： 药液配比必须适中,一旦配比不适中,将不能实现封孔目的,导致材料的浪费。2 药液发生膨胀需要一定时间,一般在60 min以上,8 h 班最多可完成6个钻孔,不能实现快速封孔,且孔口有残留膨胀物。封孔后受到顶板的挤压易出现裂缝,导致钻孔漏气,降低抽放效果。4 钻孔封孔长度有限,一般封孔器的长度仅为3 m ,封孔段仅为800 mm～1 000 mm。实践证明,封孔段距离应不小于5 m。由于不能实现长距离封孔,导致钻孔抽放负压较低,最大只能达到9.3kPa～10.9kPa。钻孔封孔段易出现导通通道,尤其是全锚支护的巷道。

6、囊袋式注浆封孔

囊袋式注浆封孔法是考虑到国内现行封孔技术的缺陷,结合国外封孔技术的经验和国内情况提出的一种成本适中、能显著改善抽采效果的封孔方法。它改变了过去人们普遍认为的瓦斯抽采钻孔难以实现注浆封孔的常规看法。同时,这种封孔方法一方面能使钻孔周围的裂隙得到充填,消除开孔时形成的漏气通道(裂隙);另一方面能使钻孔得到可靠的支护,保证钻孔的稳定性,使钻孔周围不再产生新的漏气通道(裂隙)。

囊袋式注浆封孔法的关键技术是孔内一次性囊袋注浆装置。该装置通过2个囊袋封堵1 段钻孔,2个囊袋之间有1段塑料管,塑料管上开设有钻孔注浆口,先向囊袋注浆,通过囊袋膨涨后封堵封孔段钻孔,然后囊袋内的浆液通过钻孔注浆口向2个囊袋之间的钻孔注浆,并形成注浆压力使浆液向钻孔壁渗透。

囊袋式注浆封孔法的装置结构新颖、构思巧妙,能够顺利的进行现场施工,封孔效果较聚氨酯封孔法有显著的提高,是提高煤层瓦斯抽采浓度的有效方法。

7、带压注浆封孔技术 由于煤层内存在大量的构造裂隙,尤其是在受采动影响较大的煤体内,裂隙发育程度更高。同时在钻机打钻的过程中,加剧了煤体的破坏程度,使裂隙贯穿煤帮和钻孔,如果封孔不严实,在负压状态下,空气由煤帮和钻孔周边进入孔内,会导致抽采浓度短期内下降到10%以下。带压注浆封孔技术把钻孔两端堵住,中间一段注入封孔剂,封孔深度可达8m,超过巷道的裂隙带。封孔剂在密闭的空间膨胀时,产生一定的压力,可进入钻孔壁周围的裂隙中,加强了与孔壁的粘合度。为了有效改善封孔质量,提高抽采浓度，中国矿业大学研发了赛瑞封孔剂及配套封孔设备KSZB160-2矿用手动注浆泵。

优点： 在现场使用带压注浆封孔技术比原封孔技术瓦斯抽采浓度平均提高了40%左右，高浓度维持周期长，一次封孔后一般可达2个月，单孔平均多抽瓦斯量约为1036．8m3(按抽2个月算)。带压注浆封孔技术，增加了封孔深度，实现了封孔技术由手工向机械的转换，提高了抽采钻孔的封孔质量，保证了瓦斯抽采效果，延长了钻孔瓦斯抽采期，取得显著的经济效益与社会效益。赛瑞封孔剂的发泡倍数为4～5倍，发泡倍数适中，材料的密实度满足封孔的要求，在不会漏气的情况下又节省材料。赛瑞封孔材料在发泡的过程中可以渗入孔壁的裂隙中，增加封孔的密实性，且赛瑞材料具有良好的柔韧性和抗压能力，可以避免抽采负压作用下封孔管的微量变形造成的影响。增加了封孔深度和长度，有效避开巷道松动圈。6 封孔过程操作简单，工人可以熟练掌握。封孔工艺配套使用的KSZB160-2 矿用手动注浆泵结构简单，重量仅为20 kg，便于移动，使用维护方便。

8、二次封孔

现有的瓦斯抽放钻孔的封孔方法都还局限于一次封孔阶段,未涉及到如何提高后期瓦斯抽放浓度。对于顺层钻孔,即使初期瓦斯抽放浓度较高,但随着大量瓦斯被抽出,煤体的弹性潜能得以释放,将使煤层发生变形、位移和卸压,钻孔周边的孔(裂)隙发育、扩张,在抽放负压的作用下外界空气易从这些孔(裂)隙通道进入孔内,从而导致瓦斯抽放浓度下降,缩短了钻孔的有效抽放寿命。针对该技术难题,借鉴火区封闭堵漏的原理,2007 年中国矿业大学课题组首次提出了二次封孔方法及配套装置,并在山西晋城寺河矿进行了成功应用。

二次封孔方法的应用可划分为2个阶段:第1次封孔阶段和第2次封孔阶段。一次封孔利用马丽散、赛瑞等高分子聚合发泡封孔材料一次封孔。二次封孔瓦斯抽放浓度下降到30%时，利用压缩气源将微细膨胀粉料喷入煤层钻孔内，渗入煤层裂隙区域，堵塞裂隙，浓度上升。

现场试验结果表明,应用二次封孔方法瓦斯抽放后期的浓度可提高25%～50% ,平均延长瓦斯抽放期约3个月,提高了钻孔的利用率,显著改善瓦斯抽放效果。二次封孔方法在我国的煤层钻孔瓦斯抽放封孔中具有重要的推广应用前景。

第二篇：优化钻孔封孔工艺 改进钻孔封孔技术

优化钻孔封孔工艺 改进钻孔封孔技术

――――通风区增收节支趟出了一条新路子

李怀忠

段王煤业集团段王通风区积极推进增收节支措施，努力节本增效，五月份，该区从优化钻孔封孔工艺，改进钻孔封孔技术，采用新材料入手，每个抽放钻孔封孔成本降低约90元，千米回采工作面可节约成本11.88万元，增收节支工作又趟出了一条新路子。

钻孔封孔技术是矿井瓦斯抽放工作的重要环节，是抽采瓦斯工程的终端工艺，封孔质量的好坏是决定抽放效果的关键。段王属高瓦斯矿井，抽放效果不好，会引发瓦斯积聚与超限现象，造成安全生产事故。封孔技术的改进，有利于减少负压消耗，减轻抽放管路的负荷，提高抽放效率，提升抽采水平，降低生产成本，提高生产成效。

通风区曾用过黄泥、水泥封孔技术，该封孔法虽封孔工艺简单，材料来源广泛，但劳动强度高，而且黄泥干燥后会出现裂隙，且上部不易充实，封孔质量较差，后来采用新型材料聚胺脂膨化材料8米全程封孔，该方法是化学封孔法，具有封孔质量好，封孔速度快，工人劳动强度低等优点，但封孔材料成本高，且需从外地购进。又属危险品范畴，不便于运输与积存。为此，通风区创新方法，改用了成本比较低，安全性能高的化学密闭波雷因进行封孔，经测试，抽放负压没有变化，抽放浓度提高了，说明封孔是严密的，没有漏气现象，抽放效果得到了检验。这样不但提高封孔质量，还节约了封孔成本。

采用原来的封孔法，每吨胺脂封孔材料72000元，每50kg可封孔20个，每个钻孔封孔材料成本180元；如采用现在的新材料进行封孔，按每13个钻孔用50kg波雷因计算，１吨波雷因可封孔260个，每吨25360元，每个孔的材料成本在98元。同时，抽放队还用ＰＥ管代替铁管做封孔管，每孔可省材料费8－9元，两项创新可为公司节约至少每孔90元。巷道长度1000米的回采工作面，每3米一个本煤层钻孔，进风巷回风巷共600个本煤层钻孔；每70米一个钻场，每个钻场30个高位孔，是420个高位钻孔；再加上回风巷每3米一个穿层钻孔，共计1320个钻孔。那么节约成本在118800元。

利用波雷因封孔，一方面，节约了材料，降低了成本。另一方面，封孔后的钻孔沿程封堵密实，没中空的现象，封泥密度，强度变大。由于钻孔施工完毕后及时对钻孔下封孔管，化学封孔剂通过反应发泡和固化的过程，形成的固体物非常坚硬，抗压力能达到25-38MPa.。在封孔器压力推注下封孔材料还能迅速渗入在应力作用下产生的煤壁裂隙。漏气率也降低了，极大的提高了抽放效率。

第三篇：煤矿封孔技术现状调查

非带压封孔技术

1.1 水泥砂浆封孔

适用性：水泥浆封孔一般用于钻孔长度较长、倾角较大的情况；对近水平、缓倾斜煤层钻孔密封，水泥浆靠自然下沉凝固，容易形成月牙形的孔隙，效果不佳。

作用原理：为避免水泥浆凝固后收缩，常在水泥中添加膨胀剂制成膨胀不收缩水泥封孔材料，孔周围的裂隙得到充填，封堵开孔时形成的孔裂隙漏气通道；另一方面能够对钻孔封孔段形成支撑作用，保证钻孔稳定，钻孔周围不会在后期产生新的漏气通道，避免后期钻孔漏气。

应用情况：膨胀不收缩水泥强度、气密性明显优于化学材料，比化学材料具有更好的封孔效果，但是由于其封孔质量总体较差，目前已被逐步淘汰。

1.2 高分子发泡材料封孔

适用性：高分子发泡材料固化后具有可塑性，微小压力下不易变形，与煤岩体牢固粘结，操作简单，封孔快，早强性好；但这种材料难以抵抗煤层在地应力采掘活动干扰下产生的蠕变，抗压能力有限，不能对钻孔周围形成有效的支护作用。

作用原理：高分子发泡材料封孔使用A，B双组份高分子有机材料，在封孔时通过A，B两种组分材料混合发生化学反应膨胀而填充抽采钻孔裂隙。

应用情况：高分子发泡材料在前几年较广泛使用，由于近年来对封孔质量要求更高，高分子发泡材料封孔技术已逐步被“两堵一注”封孔技术、二次封孔技术取代。

1.3 机械式封孔

机械式封孔一般使用可以重复利用的封孔器密封煤层瓦斯抽采钻孔，主要有机械弹性膨胀体封孔器、水力膨胀式封孔器、充气式封孔器。

实用性：

水力膨胀式封孔器和充气式封孔器在使用过程中需要另外专门敷设一条水管或气管，使得工作量加大，并且会使装置重量增大，操作不便。

机械弹性膨胀体封孔器，利用留在钻孔外面的机械机构使得内外管相对运

动，挤压封孔器前端的橡胶可膨胀圈，使之在径向方向膨胀进而将钻孔严密封堵。该装置适用于岩柱比较完整致密的地质条件，优点是封孔工艺操作过程简单，封孔器可以重复多次使用，能够应用在短时间内的快速封孔。不适用于松软破碎煤岩钻孔和深度较大钻孔，封孔距离短，封孔质量差，瓦斯抽采效率低下，不能保证长效的封孔效果。“两堵一注”带压封孔技术

2.1 有机—无机材料组合封孔

图 2-1 有机—无机材料组合封孔工艺

使用有机材料固化速度快且封孔工艺简单，但有机材料发泡后内部产生孔隙较大的蜂窝多孔状结构，形成相互导通的腔体阵列，有机材料与钻孔壁的结合面不稳定，会在材料与孔壁之间形成漏气通道。

使用无机材料比如水泥浆封孔时，由于材料分子较小，与煤层有很好的亲和力，比较容易进入并充填孔壁裂隙且改变煤层结构，能够提高煤体的抗压强度，对煤体产生加固作用，但水泥浆凝固后会与煤壁之间形成一层黏结层，且黏结层与钻孔壁会产生裂隙，使得结合面渗透性变差。

通过有机材料与无机材料组合，能够克服各自单独使用时的缺点，既能充填原有裂隙又能防止产生新的漏气通道，从而有效提高瓦斯抽采浓度与效率。

2.1.1 径向膨胀渗透封孔技术(2013)封孔材料

采用膨胀封孔剂为封孔材料，该材料具有初凝时间和强度可调、凝固后不析水、膨胀系数高和膨胀后致密性强、成本较低等特点。

封孔深度

合理封孔深度的设定原则就是最大限度地抽采煤体瓦斯和使煤体卸压，范围为超过巷道松动圈且小于应力集中峰值点。该技术主要通过钻屑量变化来作为确定范围的依据。

封孔工艺

钻孔施工完成后先注入聚氨酯使其在钻孔中形成封孔空腔;将膨胀封孔剂和水按 1∶1 混合倒入注浆泵中，搅拌均匀使之无沉淀;连接注料管，以 2～3 MPa 的压力将浆液注入封孔空腔，注满后维持注料压力 10～15 min。

图 2-2 径向膨胀渗透封孔技术原理示意

效果

采用径向膨胀渗透封孔技术的钻孔瓦斯抽采体积分数提高 21% ～ 32%，平均瓦斯抽采流量提高0.016 m 3 /min。

2.2 赛瑞封孔剂带压封孔

材料及其特性：赛瑞封孔剂属于聚氨酯类高分子聚合材料，是在聚氨酯材料中加入微膨胀颗粒，从而增加其膨胀性与渗透性，比聚氨酯材料具有更强的可塑性与抗压强度，能够与钻孔壁紧密粘结。

工艺：将赛瑞封孔剂涂抹在棉纱上使其在钻孔两端形成封堵段，然后利用用手动注浆泵将赛瑞封孔剂压入密闭空间。

适用性：通过带压注浆使浆液更好的渗入钻孔周围裂隙。赛瑞封孔剂固化后不能保持柔性状态，难以抵抗采动影响产生的钻孔变形，后期容易产生漏气通道。操作过程复杂，工作量大，可能对员工身体有害。

2.3 囊袋式封孔技术

图 2-3 囊袋式注浆封孔工艺示意图

工艺：封孔时使用一个预先制好的成品囊袋，囊袋中有注浆阀，中间有爆破阀，利用高压泵向囊袋注入水泥浆封堵围岩漏气通道并且能减缓钻孔变形速度，减小封孔段岩体的透气性。

实用性：囊袋式封孔比聚氨酯具有更强的支护作用，能够实现任意角度的注浆且封堵效果良好，现场操作简单封孔方便。但使用囊袋封孔时操作可靠性较差，囊袋材料难以回收，且不适用于具有较丰富的裂隙和缝隙的煤层卸压带。2.3.1 气囊延时膨胀带压注浆封孔技术

工艺：气囊延时膨胀带压注浆封孔时利用两端气密性良好的气囊封堵钻孔两端形成密闭空间，气囊中提前加入药剂送入钻孔后药剂与水反应膨胀封堵钻孔周围裂隙，反应时间可通过药剂量控制，药剂成本低且无毒。向密闭空间注入SNZQ－P型无机封孔材料，该材料能够高水灰比的情况下快速凝固，且固化后致密性良好，形成高强度致密体。良好的流动性和渗透性使材料能快速填充裂隙，充分覆盖钻孔周围的松动圈。

实用性：气囊延时膨胀带压封孔技术在神华宁煤集团汝箕沟煤矿、国投河南新能开发有限公司王行庄煤矿等推广使用，瓦斯抽采浓度比原有工艺提高近50～60%，且瓦斯抽采浓度衰减速度明显降低，瓦斯抽采周期明显延长。气囊延时对地质条件适应性差，操作过程瓦斯抽采钻孔需要提前准确计算合适的封孔深度、封孔长度、封孔半径和注浆压力等相关参数，否则就会影响瓦斯抽采浓度。2.3.2 钻屑回填封孔技术

图 2-4 两堵一注封孔装置示意图

原理：该装置的原理是在离孔口位置1m 内有1个1m长的囊袋，在离花管位置1 m 处有1个1m 长的囊袋，2个囊袋所包裹的注浆管段均有1个出浆口。在注浆管中部有1个爆破阀，其作用是在2个囊袋充满浆液固料后，随着注浆管内浆液压力增大而爆破，进而使浆液充满整个抽放钻孔。2.3.3 新型囊袋式封孔装置

图 2-5 囊袋式注浆封孔器示意图

组成：囊袋式注桨封孔装置组件有囊袋、后堵头、前堵头、中部支撑件、出浆控制阀、逆止阀等。

工艺：在前堵头上开管孔，管孔用来穿套瓦斯抽采管，管孔内安装有密封装置，并通过销钉使囊袋式封孔装置与瓦斯抽采管连作一体；出浆控制阀安装在中部支撑件上，出浆控制阀的作用是控制囊袋内浆液向囊袋外出浆的最小出浆压力，保证出浆控制阀出浆之前，囊袋能够充分膨胀并接触钻孔壁；前堵头设有管孔和注浆孔，管孔用来穿套抽采管，注浆孔用来插接注浆管，并在注浆孔内安装逆止阀，注浆管与注浆孔之间采用易剪断注浆压力控制销联结，当注浆压力达到设定数值时，注浆压力控制销自动剪断，注浆管自动与注浆孔脱离。

实用性：囊袋式注浆封孔经过长期抽采还可以保持较高的瓦斯浓度，比聚氨酯有持久高效抽采效果，证明囊袋式注浆封孔技术适合长时间的瓦斯抽采，减少瓦斯抽采周期，加快工作面回采，并对工作面安全高效生产提供了技术支持。

2.3.4 基于PD密封材料的钻孔封孔技术

材料：PD密封材料以微胶囊化技术为技术基础，胶囊平均粒径为 1～5 000 μm，为平滑的球状，体积膨胀倍数为1.29。PD材料是将膨胀水泥与高水材料配方有机结合并加入若干种增稠、保水材料而形成的新型无机膨胀材料，其具有水泥砂浆的强度，同时又具有聚氨酯的膨胀性能。

PD 在初成时溶液稀释，容易注浆。浆液注入钻孔后向钻孔周边裂隙高强度地渗透，使得材料与煤体或岩体紧密粘合在一起，1～2 h 后逐渐变稠，体积不断膨胀，强度逐渐增加，4～8 h 后浆液凝固为具有一定韧性的柔软固体，因而能够避免钻孔密封后密封材料因自身原因或者在地压作用下产生新的裂隙，并在此状态上能够保持较长时间

工艺：封孔时，先将封孔器两端的囊袋充满聚氨酯或者其他浆液，利用其膨胀固化效应，在钻孔两端起到暂时封堵作用，然后对中间段实施 2 次带压注水泥砂浆充填封堵。

使用专用封孔囊袋将封孔管前后端套住并各自密闭绑扎，使用自制的压风充填容器将混合后的聚氨酯液先充填至封孔段的两端，使其在密闭的封孔囊袋内发泡膨胀，将两端充填并固定。接着使用注浆泵将混合好的水泥砂浆向封孔段中间部位进行充填。返浆后，停止注浆，间隔约2h，待水泥浆沉淀收缩，再加注第2次，保持注浆压力在4～6MPa，此时暂时密闭返浆管口，在泵压作用下浆液不断地渗透到钻孔周围煤、岩层的各个裂隙里面，同时含PD材料的浆体强度不断增加至柔软的固体程度，并与煤、岩紧密结合，形成一体，泵压稳定在6MPa直至注浆结束。

实用性：基于 PD 密封材料的“两堵一注”二次带压加注水泥砂浆封孔技术的实质是在传统“两堵一注”水泥砂浆封孔工艺中增加了 PD 密封材料，带压注浆，同时增加了一次带压注浆过程，强化了裂隙封堵效果。2.3.5 预制粉料充填封孔技术

图 2-6 封孔系统构成示意图

原理：预制充填具有“封 － 固”二重功效颗粒。预制充填封孔技术主要基于裂隙分级条件对应的粉料贝雷法级配。根据煤岩结构中的孔隙－裂隙分布，选取材料级配设计方案，完成孔隙－裂隙的有效填充;为保证充填封闭完整性，采用膨胀材料完成裂隙内颗粒的混合固结，实现结构重构，将材料颗粒与煤岩融为一体，实现高效密封，并有效加固钻孔结构。

工艺：填充材料粒度级配选取是根据具体的煤岩特性和钻孔施工条件配制，填充材料为混合物，主要包含具备膨胀、黏结特性的无机材料和支撑剂。在施工钻孔后，完成封孔系统安装，采用聚氨酯完成固定封闭后，开启高压风管和抽放泵的“高压吹送 － 负压抽采”联合模式，将预制粉料输入目标孔段;继而将浓度适当的泥浆泵泵入，当抽采孔反水，或抽采负压显著提高后，封孔技术达标。

图 2-7 封孔效果示意图

图 2-8 封孔流程示意图

实用性：可以进一步提高封孔效果，尤其对于孔外漏气难题具有较好的适用性。预制充填式封孔较传统水泥砂浆封孔效果明显提高，可有效提高瓦斯抽采浓度，降低煤层损害。

2.3.6 钻孔自适应动态密封技术

图 2-9 封孔器设计原理示意图

原理：该技术以“固封液”和“液封气”系统为基础，充分利用封孔器固体封孔段壁面良好的柔软性、弹性和充胀后的承压性，使封孔器不但能适应钻孔表面各凹凸不平的形状，而且对钻孔后续发生形变、缩径与塌孔都具有很好的自适应带压密封效果，保证空腔内注入的高压密封液向周围煤体内渗入，从而在钻孔径向方向形成渗流圈，充填各应力作用形成的漏风圈裂隙，达到单个钻孔的最佳密封效果。

图 2-10 抽采钻孔粘液扩散示意图

实用性：根据煤层条件、钻孔有效抽采半径等参数合理布置钻孔结构，使每个钻孔渗流密封圈相交并持续扩散，最终在钻孔周围煤体内形成一堵固液耦合的立体壁式封面，从而实现对巷道与钻孔采动松动圈裂隙的密封有效阻止了高负压下巷道空气的漏入和煤层中瓦斯向巷道空间的涌出，保证抽采瓦斯的浓度及良好的工作环境，防止钻孔失效等因素带来的瓦斯抽采遗留带，增加煤层回采的安全保障，为实现矿井瓦斯高效抽采及利用提供了有力途径。

图 2-11 单一封孔效果图

2.4 “强弱强”封孔技术

图 2-12 “强弱强”封孔示意图

工艺：该工艺选用高强度的 PD 浆液、弱强度的果冻状胶体，以及高强度的吸水高分子材料对钻孔进行三层封堵，浆液在煤体孔隙裂隙中形成的致密固化体能增加煤体强度从而减小煤体渗透性。

实用性：能够适用于各种地质条件的煤层瓦斯抽采钻孔封孔，能有效的提高瓦斯抽采浓度，提升矿井瓦斯抽采率。但封孔过程繁琐，装置连接复杂，封孔效率低，注浆材料成本较高，制备繁琐，市场购买不方便。

2.5 注气式主动封孔技术(2017)材料：柔性膏体

1．钻孔2.弹性气囊3.外堵头4.注浆管5.压力表6.注气泵 7.注气管8.气阀9.瓦斯抽采管10.注浆管11.浆液12.内堵头

图 2-13 注气式主动封孔技术示意图

工艺：通过注浆管向内堵头和外堵头之间的钻孔空间内注入无机封孔材料与水混合反应而成的浆液，待回浆管出现回浆时，停止注浆并关闭注浆管和回浆管的阀门；使用手动注气泵通过注气管向弹性气囊内充气，待压力表示数为 0.5 MPa时，停止充气，关闭气阀，气体通过挤压弹性气囊外壁将浆液挤压进钻孔深部裂隙中，提高封堵效果；5 min后，打开气阀放出弹性气囊内的空气，关闭气阀，继续通过注浆管向内堵头和外堵头之间的钻孔空间内注入浆液，待回浆管出现回浆时，停止注浆并关闭注浆管和回浆管的阀门；重复注气注浆多次，每重复一次提高充气气压 0.1 MPa，当注浆管不能顺利向内堵头和外堵头之间的钻孔空间内注入浆液时，停止注浆并关闭注浆管和回浆管的阀门；使用手动注气泵通过注气管向弹性气囊内充气，待压力表示数为1MPa时，停止充气，关闭气阀，完成封孔工作。

原理：多次气体挤压气囊壁、气囊壁挤压浆液的方式，将浆液挤压至钻孔周围深部裂隙中，有效封堵深部裂隙，并使浆液长期保持带压状态，能够封堵因钻孔动态变形和浆液失水产生的新生裂隙。

实用性：采用注气式主动封孔技术与柔性膏体封孔材料联合封孔的钻孔，瓦斯抽采浓度和持久性均高于只采用柔性膏体无机封孔材料封孔的钻孔，表明注气式主动封孔技术在节省了封孔材料的同时，由于其独特的膨胀主动封孔特性，导致瓦斯抽采浓度衰减速率也小于只采用柔性膏体无机封孔材料封孔的钻孔，经济和效率均大幅增加。二次封孔技术

3.1 聚氨酯—粉料二次封孔技术

图 3-1 聚氨酯—粉料二次封孔示意图

工艺：第一阶段利用聚氨酯封堵钻孔中部，钻孔口利用速凝水泥封堵；第二阶段是在抽采一段时间后瓦斯抽采浓度下降利用风压将微细粉料吹入钻孔。

原理：第一阶段使用的速凝水泥能迅速封堵孔口并且对钻孔孔口形成一定力的支撑，防止塌孔现象发生。第二阶段使用的微细粉料能够在抽采负压作用下高效的渗入钻孔裂隙中，增加裂隙内气体的流动阻力，封堵外部空气进入钻孔的通道。

实用性：具有良好的封孔效果，能够有效减小后期瓦斯浓度衰减速度，有效延长瓦斯抽采时间，适用于各类变质程度的煤层钻孔，有较强的实用性与适应性。但封孔过程繁琐复杂，人工影响因素多，操作时间较长且封孔成本高。

3.2 囊袋二次封孔技术

图 3-2 囊袋式二次封孔示意图

工艺：囊袋式二次封孔使用三个囊袋进行钻孔封堵，囊袋内部设置有单向逆止阀，第二三囊袋之间设置有爆破阀，第一二囊袋之间设置有二次注浆管。初次封孔和二次封孔，均可以利用注浆泵来实现，初次封孔使用膨胀水泥来使囊袋膨胀。

实用性：适应性较强，能适应松软煤层中的顺层钻孔、穿层钻孔等各种瓦斯抽采钻孔，能够实现定点定长度封孔。优化了封孔工艺和处置后期漏气有效封堵钻孔裂隙，大大提高了瓦斯抽采浓度。但囊袋的膨胀程度确切无法掌握，没有返浆提示，操作过程较繁琐，封孔持续时间较长，成本高。

3.3 注气式主动封孔技术

材料：柔性膏体

1．钻孔2.弹性气囊3.外堵头4.注浆管5.压力表6.注气泵 7.注气管8.气阀9.瓦斯抽采管10.注浆管11.浆液12.内堵头

图 3-3 注气式主动封孔技术示意图

原理：多次气体挤压气囊壁、气囊壁挤压浆液的方式，将浆液挤压至钻孔周围深部裂隙中，有效封堵深部裂隙，并使浆液长期保持带压状态，能够封堵因钻孔动态变形和浆液失水产生的新生裂隙。

第四篇：瓦斯抽采封孔技术比较

安全新技术

《煤层瓦斯抽放钻孔封孔技术研究》

学号：js12120002 姓名：李海鉴

煤层瓦斯抽放钻孔封孔技术研究

李海鉴

(中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221008)

摘要：瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本性措施。本文比较和研究了目前煤矿封孔工艺，为提高瓦斯抽采效果提供了依据。关键词：矿井瓦斯；抽放；封孔 中图分类号: TD

煤与瓦斯突出是严重影响煤矿生产安全的重大因素之一，瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理与利用的根本措施和主要途径,钻孔瓦斯抽采效果的好坏,除了钻孔的合理布置,主要是钻孔孔口的封孔质量。

常规的瓦斯抽采钻孔封孔技术包括采用有机材料或无机材料直接封堵、封孔器封堵。而直接封堵法包括粘土人工封孔、机械注水泥砂浆封孔、发泡聚合材料封孔。现在研究的很多种封孔放法结合了各种封孔技术优点，采用两种或多种技术组合使用，使封孔效果得到改善。同时从一次封孔研究到二次封孔技术，使封孔技术更加丰富，提高了抽采效率。

1、粘土人工封孔

常用粘土为黄泥或水泥团，粘土封孔法对封孔的材料要求不高,而且所花费的成本也很低,但是对封孔的工艺要求却很高。其受限于钻孔长度和粘土的软硬度,很难将钻孔封的密闭不透气,稍有一个环节的疏忽都可以导致其钻孔封闭不实。粘土封孔方法封孔长度较短，黄泥遇水变软，密实性不好，容易漏气。采用黄泥、水泥团人工封孔，钻孔密封质量差、作业时间长、劳动强度大，现场已很少采用。

2、机械注水泥砂浆封孔

水泥砂浆封孔法是在孔口处安好截止装置后,将水泥砂浆用注浆泵压入钻孔,可以封孔段较长的钻孔。其封孔材料在注入时为液态,等其凝固后为固态,能较好的封闭钻孔周围的一些裂隙和解决粘土法封孔难以解决的一些难题,从而能较好的封实钻孔。用一根回浆管即可检验其封孔长度,操作比较简单省时。

机械注浆虽可大大缩短封孔时间，但是目前的机械注浆设备笨重，加大了工人的劳动强度和搬运时间。对于倾斜钻孔可以保证封孔质量，但是对于近水平或缓倾斜煤层不适用。水泥短时间内不能硬化固结，并且凝固后易收缩导致漏气，从而使封孔后瓦斯浓度衰减比较快。

3、发泡聚合材料封孔

采用发泡聚合材料聚氨酯(马丽散)封孔，由于聚合材料发泡倍数高、质量轻，具有工艺简单、密封可靠、封孔迅速等特点而得到了广泛应用。然而目前化学聚氨酯封孔技术主要是采用徒手封孔，封孔长度只有3～5 m，不能有效封堵钻孔瓦斯抽采松动裂隙带，瓦斯抽采浓度不高，钻孔抽采寿命不长，甚至对操作不熟练的封孔工人，由于聚氨酯发泡反应快，一般在2～4min完成，抽采钻孔往往很难成功封孔而造成废孔。发泡聚合材料封孔其封孔材料成本高，操作要求高。

4、封孔器封孔

封孔器封孔法一般用于岩层致密和服务时间不长的岩孔, 主要包括摩擦式封孔器和水

力膨胀式封孔器两大类。封孔时先将封孔器放入钻孔封孔位置, 再通过留在钻孔外的专门机械机构使内、外管相对运动, 挤压封孔器前端的胶皮胀圈, 使之在径向膨胀进而将钻孔封堵严密。封孔器膨胀系数大, 封孔质量可靠, 还可以重复利用, 是一种理想的封孔装置。但是由于其昂贵的成本和价格, 目前并没有得到普及应用。

5、聚氨酯封孔器封孔

该方法使用三种化学药液,按一定比例进行配比,将配好的药液均匀涂抹在麻袋上,涂抹的同时迅速把麻袋缠绕在封孔器上,再把封孔器送入抽放钻孔孔口内,此时依靠聚胺脂发生化学反应而膨胀,从而达到钻孔封孔的目的。

缺点： 药液配比必须适中,一旦配比不适中,将不能实现封孔目的,导致材料的浪费。2 药液发生膨胀需要一定时间,一般在60 min以上,8 h 班最多可完成6个钻孔,不能实现快速封孔,且孔口有残留膨胀物。封孔后受到顶板的挤压易出现裂缝,导致钻孔漏气,降低抽放效果。钻孔封孔长度有限,一般封孔器的长度仅为3 m ,封孔段仅为800 mm～1 000 mm。实践证明,封孔段距离应不小于5 m。由于不能实现长距离封孔,导致钻孔抽放负压较低,最大只能达到9.3kPa～10.9kPa。钻孔封孔段易出现导通通道,尤其是全锚支护的巷道。

6、囊袋式注浆封孔

囊袋式注浆封孔法是考虑到国内现行封孔技术的缺陷,结合国外封孔技术的经验和国内情况提出的一种成本适中、能显著改善抽采效果的封孔方法。它改变了过去人们普遍认为的瓦斯抽采钻孔难以实现注浆封孔的常规看法。同时,这种封孔方法一方面能使钻孔周围的裂隙得到充填,消除开孔时形成的漏气通道(裂隙);另一方面能使钻孔得到可靠的支护,保证钻孔的稳定性,使钻孔周围不再产生新的漏气通道(裂隙)。

囊袋式注浆封孔法的关键技术是孔内一次性囊袋注浆装置。该装置通过2个囊袋封堵1 段钻孔,2个囊袋之间有1段塑料管,塑料管上开设有钻孔注浆口,先向囊袋注浆,通过囊袋膨涨后封堵封孔段钻孔,然后囊袋内的浆液通过钻孔注浆口向2个囊袋之间的钻孔注浆,并形成注浆压力使浆液向钻孔壁渗透。

囊袋式注浆封孔法的装置结构新颖、构思巧妙,能够顺利的进行现场施工,封孔效果较聚氨酯封孔法有显著的提高,是提高煤层瓦斯抽采浓度的有效方法。

7、带压注浆封孔技术

由于煤层内存在大量的构造裂隙,尤其是在受采动影响较大的煤体内,裂隙发育程度更高。同时在钻机打钻的过程中,加剧了煤体的破坏程度,使裂隙贯穿煤帮和钻孔,如果封孔不严实,在负压状态下,空气由煤帮和钻孔周边进入孔内,会导致抽采浓度短期内下降到10%以下。带压注浆封孔技术把钻孔两端堵住,中间一段注入封孔剂,封孔深度可达8m,超过巷道的裂隙带。封孔剂在密闭的空间膨胀时,产生一定的压力,可进入钻孔壁周围的裂隙中,加强了与孔壁的粘合度。

为了有效改善封孔质量,提高抽采浓度，中国矿业大学研发了赛瑞封孔剂及配套封孔设备KSZB160-2矿用手动注浆泵。

优点： 在现场使用带压注浆封孔技术比原封孔技术瓦斯抽采浓度平均提高了40%左右，高浓度维持周期长，一次封孔后一般可达2个月，单孔平均多抽瓦斯量约为1036．8m3(按抽2个月算)。带压注浆封孔技术，增加了封孔深度，实现了封孔技术由手工向机械的转换，提高了抽采钻孔的封孔质量，保证了瓦斯抽采效果，延长了钻孔瓦斯抽采期，取得显著的经济效益与社会效益。赛瑞封孔剂的发泡倍数为4～5倍，发泡倍数适中，材料的密实度满足封孔的要求，在不会漏气的情况下又节省材料。赛瑞封孔材料在发泡的过程中可以渗入孔壁的裂隙中，增加封孔的密实性，且赛瑞材料具有良好的柔韧性和抗压能力，可以避免抽采负压作用下封孔管的微量变形造成的影响。增加了封孔深度和长度，有效避开巷道松动圈。6 封孔过程操作简单，工人可以熟练掌握。封孔工艺配套使用的KSZB160-2 矿用手动注浆泵结构简单，重量仅为20 kg，便于移动，使用维护方便。

8、二次封孔

现有的瓦斯抽放钻孔的封孔方法都还局限于一次封孔阶段,未涉及到如何提高后期瓦斯抽放浓度。对于顺层钻孔,即使初期瓦斯抽放浓度较高,但随着大量瓦斯被抽出,煤体的弹性潜能得以释放,将使煤层发生变形、位移和卸压,钻孔周边的孔(裂)隙发育、扩张,在抽放负压的作用下外界空气易从这些孔(裂)隙通道进入孔内,从而导致瓦斯抽放浓度下降,缩短了钻孔的有效抽放寿命。针对该技术难题,借鉴火区封闭堵漏的原理,2007 年中国矿业大学课题组首次提出了二次封孔方法及配套装置,并在山西晋城寺河矿进行了成功应用。

二次封孔方法的应用可划分为2个阶段:第1次封孔阶段和第2次封孔阶段。一次封孔利用马丽散、赛瑞等高分子聚合发泡封孔材料一次封孔。二次封孔瓦斯抽放浓度下降到30%时，利用压缩气源将微细膨胀粉料喷入煤层钻孔内，渗入煤层裂隙区域，堵塞裂隙，浓度上升。

现场试验结果表明,应用二次封孔方法瓦斯抽放后期的浓度可提高25%～50% ,平均延长瓦斯抽放期约3个月,提高了钻孔的利用率,显著改善瓦斯抽放效果。二次封孔方法在我国的煤层钻孔瓦斯抽放封孔中具有重要的推广应用前景。

参考文献： ［1］ 殷文韬，刘明举，温志辉，孟全生.煤层瓦斯抽放封孔工艺研究与应用［J］.煤炭工程，2011,（2）:31～32.［2］ ［3］ 吴水平.囊袋式注浆封孔法在煤矿瓦斯抽采封孔中的应用［J］.中国煤炭，2010,36（6）:99～99.张长远,陈建,宋小林,熊伟, 周福宝.带压注浆封孔技术的研究应用［J］.煤炭工程，2011,（3）:40～41.［4］ ［5］ 吴水平.囊袋式注浆封孔法在煤矿瓦斯抽采封孔中的应用［J］.中国煤炭，2010,36（6）:99～99.周福宝, 李金海, 昃 玺, 刘应科, 张仁贵, 沈思骏.煤层瓦斯抽放钻孔的二次封孔方法研究［J］.3

中国矿业大学学报，2009，36（6）：765～767.

第五篇：钻孔封孔管理办法

穿层钻孔封孔管理办法

为增加风巷穿层钻孔瓦斯抽放率，规范和改进穿层钻孔封孔工芝，提高封孔质量，提高抽放浓度和抽放量，特制定如下管理办法。

一、技术要求

1、钻孔达到预定深度后，钻机空转5分钟，排净孔内岩、煤粉后方可封孔。

2、封孔乙烯管长度为20米，直径为50mm,筛管段长度为7米，封孔深度为13米。

3、直径为15mm, 筛孔间距为500mm,封孔管末端用纱网进行包裹，防止岩、煤块进入堵塞管路。

4、防止筛孔和封孔管末端被煤粉堵塞影响透气性，封孔后，要用1寸胶管接入压风吹孔3分钟以上。

5、外口用水泥进行封堵，封堵长度在1m以上。

通防部

2012年4月