低透气性煤层顺层长钻孔两堵带压封孔的应用

第一篇：低透气性煤层顺层长钻孔两堵带压封孔的应用

两堵带压封孔技术在潘一矿东井顺层瓦斯抽采钻孔中的应用

杨 伟

（淮南矿业集团地质勘探工程处 安徽 淮南 232001）

摘要：采用传统钻孔封孔工艺的顺层钻孔抽采的瓦斯浓度偏低、存在漏气等问题进行深入研究，发现煤体受巷道掘进集中应力扰动、钻孔成孔扰动、煤体裂隙泄漏瓦斯，致使抽采浓度低。针对本煤层瓦斯抽采封孔工艺进行改进，结合现有注浆工艺技术，提出本煤层瓦斯抽采注浆封孔技术，提高抽采浓度和效率。

关键词：本煤层；瓦斯抽采；聚氨酯；膨胀水泥；两堵带压注浆

顺层钻孔瓦斯抽采是我国高瓦斯突出工作面回采前瓦斯治理的主要方式，瓦斯预抽效果直接影响工作面接替和矿井的高产高效，瓦斯抽采效果好坏不仅取决于煤层瓦斯生成、赋存条件和工程质量，关键在于封孔效果。目前钻孔封孔主要存钻孔封孔不严、漏气、瓦斯浓度低等现状。常用封孔工艺技术介绍 1.1水泥浆封孔

水泥浆封孔优点是材料便宜，成本低，简便易行等特点。水泥浆凝固后钻孔封孔段空间和周围孔壁煤体裂隙内部容易产生收缩裂纹，影响封孔质量，造成钻孔漏气瓦斯抽采浓度低。1.2 聚氨酯封孔

聚氨酯封孔按一定配比组合发酵后具有不收缩、膨胀性大、粘接力强、密封性好、不燃烧等特点。聚氨酯泡沫具有可塑性，受压变性而不破碎，不受地点和条件限制，降低操作人员劳动强度，各种瓦斯抽采钻孔均可适用等优点。但对于封孔长度要求高的钻孔封孔存在发泡时间短，可操作时间少；封孔时发泡聚氨酯容易流失粘附，造成聚氨酯浪费，存在钻孔封孔不严、漏气等缺点。顺层长钻孔两堵带压封孔原理

顺层长钻孔两堵带压封孔是基于工作面煤壁内存在的集中应力扰动沟通裂隙，利用封孔段两端两堵中间带高压注浆方式来实现瓦斯抽采钻孔周围密封裂隙的目的。该封孔工艺注重处理瓦斯抽采钻孔周围裂隙通道，既考虑了钻孔段封孔材料密封的要求，又考虑了钻孔周围煤体内裂隙沟通，并在现场进行应用。带压封孔技术利用注浆泵高压将浆液压注到瓦斯抽采钻孔封孔段空间和周围孔壁煤体裂隙内部。浆液在高压作用下可以充填孔隙和煤体凹凸面，增大浆液扩散范围，膨胀水泥浆液具有膨胀性、不收缩，待浆液凝固后，并与煤体粘结在一起，彻底密封瓦斯泄漏通道。3 现场应用 3.1工作面概况

淮南矿业集团潘一东矿井1252（1）工作面位于西一（11-2煤）采区内，为矿井首采工作面，也是首采保护层工作面。工作面上限标高为-750m，下限标高为-823m，走向长度1120m，宽度为264m，平均煤厚2.26m。11-2煤实测最大瓦斯压力为4.59MPa，最大瓦斯含量为11.62m3/t，正常瓦斯涌出量2m3/min，煤层透气性差。顺层钻孔从工作面运输、轨道巷沿煤层倾斜方向布置，与工作面巷道夹角85º，钻孔间距5m，运输巷钻孔长度140m，轨道巷钻孔长度135m，压茬10m。

3.2封孔参数确定（1）封孔长度

根据矿井煤层瓦斯地质赋存、煤层透气性、煤层地质及巷道掘进卸压区情况，确定顺层钻孔的封孔长度为16m。（2）钻孔孔径

钻孔直径的大小直接影响到瓦斯抽采的效果，一般直径越大，瓦斯渗透面积越大，抽采效果越好，根据钻孔封孔和钻孔孔深的要求，确定施工钻孔孔径为Ф133mm。（3）封孔注浆压力

为彻底封堵瓦斯泄漏裂隙通道，选择了425号普通硅酸盐水泥+水；425号普通硅酸盐水泥+U型混凝土膨胀剂NEA-II+水；JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂+水三种封孔工艺不同比例进行试验，最终确定选用JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂，并采用水灰质量比为1:1.25的比例现场调制封孔浆，注浆压力不小于4MPa。3.3封孔操作流程 3.3.1 聚氨酯两堵操作流程

（1）先向孔内下矿用PVC-KW1.25 63mm*4.62mm套管，套管长度40m，前20m为花管必须带锥帽，后20m为实管。

（2）聚氨酯封堵段分别位于25~26m（里段）、39~40m（外段）处，封堵段长度2m，两根Ф20mm的软导管均从抗阻燃编织袋内穿过并分别超前捆扎处1m。外段进行封堵时必须分别将3m、12m的Ф15mm注浆管和返浆管一并下入孔内。

（3）将软导管与封孔器、封孔器与压风连接牢固，并把容器下方的输液阀和压风闸阀关闭待命。

（4）把A、B组两种聚氨酯分别装入相对应的两个容器中，两处聚氨酯封堵段黑、白聚氨酯各3kg，盖紧闷板。

（5）准备工作做好后，此时准备封孔。首先打开压风阀，然后同时打开2个输液阀，待聚氨酯完全进入孔内后，及时关闭闸阀，同时在孔口处把软导管折起扎紧，封孔结束。先进行里段封堵，再进行外段封堵。

（6）去掉软导管后，打开输液阀，用压风把容器内残余聚氨酯吹干净。3.3.2 高压注浆操作流程

（1）检查套管、注浆管、返浆管、闸阀连接是否牢固可靠。（2）连接好注浆泵，按比例进行拌浆。

（3）打开注浆闸阀，开启注浆泵，由注浆管向注浆段进行注浆，同时打开返浆管进行排气，待返浆管有浆液流出时，及时关闭返浆管闸阀，继续向孔内注浆。

（4）待注浆泵压力表显示压力超过4Mpa后，及时关闭注浆管闸阀，停注浆泵，注浆结束。

接压风20m4m2m12m注聚氨酯管软导管A药罐B药罐2m返浆管闸阀封孔管闸阀气动注浆泵锥帽花管聚氨酯封堵段膨胀水泥注浆段聚氨酯封堵段注聚氨酯管注浆管

图1 两堵带压封孔示意图

3.4 数据采集及效果分析

通过观察不同封孔方法的瓦斯浓度值，得瓦斯浓度对比图2，如图2所示。

120100浓度（%）***抽采天数789新方法封孔13#新方法封孔17#新方法封孔20#聚氨酯封孔5#聚氨酯封孔8#聚氨酯封孔11#

图2 瓦斯浓度对比图 小结

通过在潘一东矿井1252（1）工作面的应用得出以下结论：

（1）瓦斯抽采率大大提高。在抽采系统、负压不变的情况下，单孔抽出瓦斯浓度在60%以上，抽采浓度增加了2倍以上，保证了瓦斯抽采效果。

（2）解决了以往钻孔封不严、漏气的缺点，孔口抽采负压达到32kpa以上，单孔预抽瓦斯浓度60%以上。参考文献：

[1] 黄喜贵.瓦斯抽放工.煤炭工业出版社，2003 作者简介：杨伟（1977-），男，安徽长丰人，助理工程师，从事煤矿技术管理工作。

第二篇：低透气性煤层顺层长钻孔两堵带压封孔的应用(精)[范文]

两堵带压封孔技术在潘一矿东井顺层瓦斯抽采钻孔中的应用 杨 伟

(淮南矿业集团地质勘探工程处 安徽 淮南 232001 摘要:采用传统钻孔封孔工艺的顺层钻孔抽采的瓦斯浓度偏低、存在漏气等问题进行深入研 究,发现煤体受巷道掘进集中应力扰动、钻孔成孔扰动、煤体裂隙泄漏瓦斯,致使抽采浓度 低。针对本煤层瓦斯抽采封孔工艺进行改进, 结合现有注浆工艺技术, 提出本煤层瓦斯抽采 注浆封孔技术,提高抽采浓度和效率。

关键词:本煤层;瓦斯抽采;聚氨酯;膨胀水泥;两堵带压注浆

顺层钻孔瓦斯抽采是我国高瓦斯突出工作面回采前瓦斯治理的主要方式, 瓦斯预抽效果 直接影响工作面接替和矿井的高产高效, 瓦斯抽采效果好坏不仅取决于煤层瓦斯生成、赋存 条件和工程质量,关键在于封孔效果。目前钻孔封孔主要存钻孔封孔不严、漏气、瓦斯浓度 低等现状。

1常用封孔工艺技术介绍 1.1水泥浆封孔

水泥浆封孔优点是材料便宜, 成本低, 简便易行等特点。水泥浆凝固后钻孔封孔段空间 和周围孔壁煤体裂隙内部容易产生收缩裂纹, 影响封孔质量, 造成钻孔漏气瓦斯抽采浓度低。1.2 聚氨酯封孔

聚氨酯封孔按一定配比组合发酵后具有不收缩、膨胀性大、粘接力强、密封性好、不燃 烧等特点。聚氨酯泡沫具有可塑性, 受压变性而不破碎, 不受地点和条件限制,降低操作人 员劳动强度, 各种瓦斯抽采钻孔均可适用等优点。但对于封孔长度要求高的钻孔封孔存在发 泡时间短, 可操作时间少;封孔时发泡聚氨酯容易流失粘附, 造成聚氨酯浪费,存在钻孔封 孔不严、漏气等缺点。

2顺层长钻孔两堵带压封孔原理

顺层长钻孔两堵带压封孔是基于工作面煤壁内存在的集中应力扰动沟通裂隙, 利用封孔 段两端两堵中间带高压注浆方式来实现瓦斯抽采钻孔周围密封裂隙的目的。该封孔工艺注重 处理瓦斯抽采钻孔周围裂隙通道, 既考虑了钻孔段封孔材料密封的要求, 又考虑了钻孔周围 煤体内裂隙沟通,并在现场进行应用。

带压封孔技术利用注浆泵高压将浆液压注到瓦斯抽采钻孔封孔段空间和周围孔壁煤体 裂隙内部。浆液在高压作用下可以充填孔隙和煤体凹凸面, 增大浆液扩散范围, 膨胀水泥浆 液具有膨胀性、不收缩,待浆液凝固后,并与煤体粘结在一起,彻底密封瓦斯泄漏通道。3现场应用

3.1工作面概况

淮南矿业集团潘一东矿井 1252(1工作面位于西一(11-2煤采区内,为矿井首采工 作面,也是首采保护层工作面。工作面上限标高为-750m ,下限标高为-823m ,走向长度 1120m ,宽度为 264m ,平均煤厚 2.26m。11-2煤实测最大瓦斯压力为 4.59MPa ,最大瓦斯含 量为 11.62m 3/t,正常瓦斯涌出量 2m 3/min,煤层透气性差。顺层钻孔从工作面运输、轨道巷 沿煤层倾斜方向布置,与工作面巷道夹角 85º,钻孔间距 5m ,运输巷钻孔长度 140m ,轨道 巷钻孔长度 135m ,压茬 10m。

3.2封孔参数确定(1封孔长度

根据矿井煤层瓦斯地质赋存、煤层透气性、煤层地质及巷道掘进卸压区情况, 确定顺层 钻孔的封孔长度为 16m。

(2钻孔孔径

钻孔直径的大小直接影响到瓦斯抽采的效果, 一般直径越大, 瓦斯渗透面积越大, 抽采 效果越好,根据钻孔封孔和钻孔孔深的要求,确定施工钻孔孔径为 Ф133mm。

(3封孔注浆压力

为彻底封堵瓦斯泄漏裂隙通道,选择了 425号普通硅酸盐水泥 +水;425号普通硅酸盐 水泥 +U型混凝土膨胀剂 NEA-II+水;JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂 +水三种封孔工艺不同比 例进行试验, 最终确定选用 JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂, 并采用水灰质量比为 1:1.25的比 例现场调制封孔浆,注浆压力不小于 4MPa。

3.3封孔操作流程 3.3.1 聚氨酯两堵操作流程

(1先向孔内下矿用 PVC-KW1.25 63mm*4.62mm套管,套管长度 40m ,前 20m 为花 管必须带锥帽,后 20m 为实管。

(2聚氨酯封堵段分别位于 25~26m(里段、39~40m(外段处,封堵段长度 2m , 两根 Ф20mm 的软导管均从抗阻燃编织袋内穿过并分别超前捆扎处 1m。外段进行封堵时必

须分别将 3m、12m 的 Ф15mm 注浆管和返浆管一并下入孔内。

(3将软导管与封孔器、封孔器与压风连接牢固,并把容器下方的输液阀和压风闸阀 关闭待命。

(4把 A、B 组两种聚氨酯分别装入相对应的两个容器中,两处聚氨酯封堵段黑、白 聚氨酯各 3kg ,盖紧闷板。

(5准备工作做好后,此时准备封孔。首先打开压风阀,然后同时打开 2个输液阀, 待聚氨酯完全进入孔内后,及时关闭闸阀,同时在孔口处把软导管折起扎紧,封孔结束。先 进行里段封堵,再进行外段封堵。

(6去掉软导管后,打开输液阀,用压风把容器内残余聚氨酯吹干净。3.3.2 高压注浆操作流程

(1检查套管、注浆管、返浆管、闸阀连接是否牢固可靠。

(2连接好注浆泵,按比例进行拌浆。

(3打开注浆闸阀,开启注浆泵,由注浆管向注浆段进行注浆,同时打开返浆管进行 排气,待返浆管有浆液流出时,及时关闭返浆管闸阀,继续向孔内注浆。

(4待注浆泵压力表显示压力超过 4Mpa 后,及时关闭注浆管闸阀,停注浆泵,注浆 结束。

图 1 两堵带压封孔示意图 3.4数据采集及效果分析

通过观察不同封孔方法的瓦斯浓度值,得瓦斯浓度对比图 2,如图 2所示。

图 2 瓦斯浓度对比图 4小结

通过在潘一东矿井 1252(1工作面的应用得出以下结论:(1 瓦斯抽采率大大提高。在抽采系统、负压不变的情况下, 单孔抽出瓦斯浓度在 60%以上,抽采浓度增加了 2倍以上,保证了瓦斯抽采效果。

(2解决了以往钻孔封不严、漏气的缺点,孔口抽采负压达到 32kpa 以上,单孔预抽瓦 斯浓度 60%以上。

参考文献: [1] 黄喜贵.瓦斯抽放工.煤炭工业出版社, 2003 作者简介:杨伟(1977-,男,安徽长丰人,助理工程师,从事煤矿技术管理工作。

第三篇：本煤层抽放钻孔封孔工艺改进及应用

本煤层抽放钻孔封孔技改进及应用

邢 磊

【摘 要】介绍了梁北矿本煤层钻孔原有封孔工艺存在的问题，应用PD水泥封孔材料，通过改进封孔工艺和方式，大大提高了封孔质量，即保证了煤层区域措施预抽效果，提高抽采浓度和抽采量，降低煤体瓦斯含量，又实现了高浓度瓦斯的抽采与利用，取得了显著效果。

【关键词】本煤层钻孔 封孔技术 瓦斯抽放

一、概况

梁北矿属于煤与瓦斯突出矿井，瓦斯治理工作一直都是日常工作中的重中之重，为了杜绝瓦斯事故，保证安全生产，必须采取有效的煤层抽采措施，降低煤体中的瓦斯含量，并实现瓦斯抽采利用，变废为宝。

梁北矿煤层赋存稳定，平均煤厚4.2m，一般3－6m，煤层倾角11°～13°，平均12.5°，其直接顶为沙质泥岩及细砂岩，直接底板为沙质泥岩和细砂岩，瓦斯含量4.91－13.97m3/t，煤层瓦斯压力1.0－3.65Mpa，煤的坚固性系数0.15-0.3，煤层透气性系数0.0011—0.0454m2/Mpa2.d。为了有效治理瓦斯，采煤工作面采取本煤层顺层抽采钻孔措施，煤巷掘进工作面采取挂耳钻场预抽及卸压钻孔措施，对煤体瓦斯进行抽采及利用。本煤层钻孔均采用Φ94mm钻头，钻孔深度视情况而定，一般都在60m以上，钻孔倾角沿煤层顶板设计，可分为上行孔、下行孔、平孔三种类型。

二、各类钻孔封孔工艺

1、本煤层抽放钻孔上行孔： ⑴封孔工艺：

梁北矿本煤层瓦斯抽放孔上行孔，倾角12°，孔深不一，孔径94mm，为煤孔，封孔步骤为：

①钻孔施工完毕退钻杆时，退至孔内剩余钻杆约20m时，开启压风，将钻孔内煤粉吹出一部分；

②钻杆完全退出后，使用钻孔煤粉处理管送入孔内15-20m，开启压风，将剩余煤粉吹出钻孔；

③准备封孔管：采用Φ32mm×13m聚乙烯封孔管一根，一端有1m长集气孔段，封孔长度10-12m。孔口预埋一根Φ20mm×3m聚乙烯管作为注浆管。在聚乙烯封孔管管口段和集气孔段后部约0.5～0.8m处，用扎丝各捆扎封孔毛巾（集气孔段后部用整条毛巾），并在毛巾前后增

本煤层瓦斯抽放孔下行孔，倾角-12°，孔深不一，孔径94mm，为煤孔，封孔步骤为： ①钻孔施工完毕退钻杆时，退至孔内剩余钻杆约20m时，开启压风，将钻孔内煤粉吹出一部分；

②钻杆完全退出后，使用钻孔煤粉处理管送入孔内15-20m，开启压风，将剩余煤粉冲出钻孔；

③准备封孔管：采用Φ32mm×13m聚乙烯封孔管一根，一端有1m长集气孔段，封孔长度10-12m。聚乙烯封孔管集气孔后部约0.5-0.8m处，用扎丝捆扎长1.4m的整条封孔毛巾，并在毛巾前后增加挡圈（挡圈可用棉纱缠绕，防止封孔药液膨胀时在孔内乱流堵塞集气孔段的吸气小孔。），挡圈宽度为50mm左右，直径75～80mm；

④将两套封孔药液（两黑两白）在专用容器内搅拌至均匀泛白；

⑤在毛巾上倒上两套聚氨脂封孔药液（两黑两白），并迅速将毛巾缠绕在封孔管上，用扎丝将毛巾捆扎牢固并快速送入孔内；

⑥配制水泥浆：水泥砂浆按照PD材料：水泥：水=1：3：2（体积比）的比例混合，并搅拌均匀；

⑦注浆时，使用一根较长的注浆软管插入孔底，开启注浆泵，在浆液由孔底向孔口升高直至注满钻孔以后，拉出注浆软管，孔口用黄泥或水泥封堵，达到封孔目的。

如图2所示：

钻孔煤壁13米Φ32聚乙烯封孔管1.4米聚氨酯封孔段（前后有挡圈）挡圈吸气孔段0.5-0.8m

图2 下行孔封孔工艺示意图

⑵注意事项：

①为保证封孔效果，封孔前必须对钻孔内煤粉清理；

②封孔管集气孔段一定要保证被纱窗全部缠绕，并用扎丝穿孔扎紧；

③孔底聚氨脂封堵必须使用整条毛巾，聚氨脂封孔药用两套（四瓶，两黑两白），保证孔底封堵严密，防止水泥砂浆向钻孔深部泄露。

3、本煤层抽放钻孔平行孔：

第四篇：梁北矿原始二1煤层测压钻孔设计及封孔方案

梁北矿二1煤层瓦斯压力测定技术

程子华

摘要：结合井下采掘分布情况，对11、21采区采掘范围内二1煤层原始瓦斯压力等瓦斯基本参数进行钻孔测定，以更好的指导矿井瓦斯治理工作。

关键词：煤层原始瓦斯压力；测压钻孔；卸压影响范围；测压管

前言

煤层瓦斯基本参数测定是掌握煤层瓦斯赋存情况的基本途径，通过对瓦斯基本参数的测定，可以准确掌握煤层的瓦斯压力、瓦斯含量、煤的相关物理性质和煤吸附瓦斯的一些情况，从而为煤层的瓦斯抽放可行性论证，煤与瓦斯突出防治措施的制定，瓦斯综合治理方案的确定以及瓦斯抽采和综合利用，瓦斯地质图的编绘等提供依据和基础数据。

1、测压方法

本次煤层瓦斯压力测定采用穿层上向钻孔、水泥浆封孔的井下被动式直接测定煤层瓦斯压力法。选择适宜地点布置测压钻孔，钻孔直径75mm，测压孔施工结束后，将测压管安装在钻孔中预定的封孔深度，并安好注浆管，孔口用木楔固定测压管及注浆管。根据封孔深度确定水泥的数量，并按一定比例配制成水泥浆，用注浆泵一次连续将水泥浆注入孔内，经24h凝固，然后上压力表。上表后即开始每天观察并记录表值的变化，直到表压值稳定5～7天方可卸压力表，结束测压工作。

2、测压钻孔布置及施工（1）测压钻孔的布置原则

测定地点应优先选择在石门或岩巷中，选择岩性致密的地点，且无断层、裂隙等地质构造处布置测点，其瓦斯赋存状况要具有代表性。应避开含水层、溶洞，并保证测压钻孔与其距离不小于50m；应避开采动、瓦斯抽采及其它人为卸压影响范围，并保证测压钻孔与其距离不小于50m；应保证测压钻孔有足够的封孔深度，采用注浆封孔的上向测压钻孔倾角应不小于5°。同一地点应设置两个测压钻孔，其终孔见煤点或测压气室应在相互影响范围外，其距离（除石门测压外）应不小于20m。（2）测压钻孔位置分布

根据《煤矿安全规程》、行业标准《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》的有关规定，11采区瓦斯压力测点分别布置在11采区西翼轨道上山的3#钻场、7#钻场和11141底板抽放巷上帮3#钻场；21采区瓦斯压力测点布置在21采区辅助总回风措施巷和21采区皮带下山。测压钻孔参数（3）测压钻孔施工

钻孔施工采用西安煤科院生产的MKD-4S全液压钻机进行钻孔的施工，采用地锚稳固方法固定钻机。钻孔先用113mm钻头开孔，施工10米后，下入108mm套管6-8米，并对下入套管采用聚氨酯和水泥沙浆进行固孔，以便于安装和连接孔口防喷装置，后钻孔改用75mm钻头继续施工，直至终孔并进入煤层顶板0.5米。

钻孔在岩孔段采用压水进行冲洗岩粉，进入煤层底板后，改用压风排粉孔口除尘。

钻孔在穿煤前必须安装连接好孔口防喷装置，使用抽放管路对钻孔进行抽放，抽放负压不低于18KPa，并有专人负责穿煤期间防喷装置的清渣工作。（4）测压钻孔封孔深度

注浆封孔测压法的测压钻孔封孔深度应满足下式：

L封L1Dctg

式中：L封——钻孔封孔深度，m；，m； L1——钻孔所需最小封孔深度（有效封孔段长度）D——钻孔的直径，m；

——钻孔的倾角，º，5º90º

根据以上公式计算，钻孔倾角按30 º施工，钻孔施工深度为52m，封孔深度不小于12.16m。

3、钻孔封孔要求

提高封孔质量是确保钻孔准确测定煤层瓦斯参数的重要因素。为了提高封孔质量，采用水泥浆封孔，封孔深度为封至煤层底板。封孔在钻孔施工完成后1天内完成。封孔前需制定相关安全技术措施。

（1）封孔前期准备

调整封孔泵的位置，尽量水平放置，保证其稳定性，放置在安全位置，不严重影响巷道行人。接引水路，正常供水。封孔材料准备齐全。

（2）向钻孔送测压管

每个钻孔采用2根筛孔管，筛孔管在最前端（第一根筛孔管前端要打扁，两根筛孔管都要用纱窗布缠紧，以防止煤渣堵塞筛孔管），依次连接测压管，并用管子钳上紧，逐步送入钻孔内。在连接测压管过程中，管接头处要缠生料带以加强气密性。在送入测压管的过程中，既要保证管路连接正常，又要注意安全，防止测压管沿钻孔掉下伤人、损坏设备等。

当全部管路送入钻孔后，用钻杆或木条等支撑住孔口木塞，地面用木板垫实。支撑钻杆或木条要维持到水泥浆凝固后方可撤去，其间不要随意移动。

按照设计，同一地点施工两个测压钻孔，可两个钻孔同时封孔，先将两个钻孔的测压管输送完毕后再注浆。

***1－煤层 2－筛孔管 3－纱窗 4－岩层 5－水泥浆 6－测压管 7－木楔 8－压力表 9－注浆泵 10－闸阀 11－注浆管 12－测压室

图1 上向测压钻孔封孔示意图

(3)注浆

在搅拌桶中将足量水泥、“U”型膨胀剂与清水均匀混合（水泥与水的质量比约为2：1），搅拌成糊状，“U”型膨胀剂的用量为水泥的10％左右。

在注浆过程中应注意观察测压管孔口情况，若出现水泥浆溢出的情况说明水泥浆已注到预定深度。

4、注意事项

（1）测压钻孔在位置选择时，必须选择在未受采动影响和在测压期间不受采动影响的地点施工。（2）在测压钻孔施工时，必须严格按照钻孔设计参数进行施工，在进行钻孔穿煤时，必须穿透全煤层并在起钻时，及时对岩孔段进行冲洗，以更好的封孔。

（3）钻孔在起钻前，应提前准备封孔材料及工具，起完钻杆后，必须在8h内对钻孔下管和封孔结束，保证钻孔测压效果。在下入测压管时，必须保证筛孔管下入煤层不少于2米，各测压管必须连接紧密、不漏气。

（4）钻孔在封孔注浆时，必须保证钻孔的有效封孔深度，使钻孔岩孔段封满填实，使钻孔正常返浆，封孔注浆结束凝固24h后必须进行耐压试验，耐压试验压力不小于6MPa。

5、结论

煤层瓦斯压力测定是矿井瓦斯治理的一项重要基础工作，对矿井瓦斯地质图的编绘等提供依据和基础数据，为矿井煤与瓦斯突出防治措施的制定，瓦斯综合治理方案的确定以及瓦斯抽采和综合利用等有重要意义，为矿井瓦斯治理提供科学指导。

第五篇：白龙山煤矿两堵一注、带压封技术应用研究

“两堵一注”带压封孔技术在白龙山煤

矿的应用研究

我国大部分煤与瓦斯突出矿井采用钻孔预抽煤层瓦斯的区域综合防突措施，但是目前我国瓦斯抽采钻孔的预抽瓦斯体积分数低，瓦斯抽采钻孔封孔效果不佳，抽采浓度低，抽采瓦斯量小，导致大多矿井瓦斯抽采量不达标。煤层瓦斯抽采效果的影响因素包括煤层原始瓦斯含量、原始瓦斯压力、地质构造、煤层透气性系数、衰减系数、煤的坚固性系数等煤层赋存特性，及抽采钻孔施工参数、封孔工艺等施工参数。煤层瓦斯抽采过程包括钻孔设计、施工、封孔以及合茬连抽等多道工序，其中抽采钻孔封孔质量的好坏直接影响到煤层瓦斯抽采效果，通过改进钻孔封孔技术，选用合理的封孔工艺和封孔材料，可以提高钻孔封孔质量，从而提高煤层瓦斯抽采效果。

目前国内外用于抽采钻孔封孔的技术主要有机械注水泥砂浆封孔、发泡聚合材料封孔、封孔器封孔等。但是这些封孔技术受到了钻孔方式、封孔成本和封孔效果等因素的影响，均不能很好的满足白龙山煤矿一井现场的要求。针对白龙山煤矿一井特有的地质构造、煤层瓦斯赋存、煤层结构和构造特点，为了提高封孔质量，改善封孔效果，在对现有的高分子发泡材料和水泥砂浆封孔技术进行总结分析的基础上，提出了新型的“两堵一注”带压封孔技术，并在云南白龙山煤矿一井进行了现场试验。1 “两堵一注”带压封孔原理

“两堵一注”带压封孔工艺的原理是：在钻孔孔口一定距离的抽采管（实管）两端布置囊袋A和囊袋B，通过注浆管向两个囊袋注入速凝膨胀封孔注浆液，使囊袋膨胀后在封孔段两端对孔壁形成压力，当注浆压力达到一定值后，使得中央爆破阀开启，注浆液开始填充两个囊袋中间封孔段空间，当排气管返回注浆液时说明钻孔封孔段已充满，关闭排气管后继续向封孔段注浆加压，最后达到带压封孔要求，“两堵一注”带压封孔原理如图1所示。

带压封孔使用的速凝膨胀封孔注浆液封孔材料具有凝固膨胀后不析水、微膨胀的特点，因此在钻孔封孔段充满注浆液后，在注浆液的凝固过程中，封孔材料将不会收缩并继续膨胀，充填封孔段周围已有的裂隙，提高封孔质量，从而达到密封钻孔的目的。

1—囊袋A；2—囊袋B；3—单向逆止阀； 4—注浆管；5—中央爆破阀；6—塑料堵头； 7—抽采管（筛孔管）；8—速凝膨胀封孔材料；

9—排气管；10—抽采管（实管）图1 “两堵一注”带压封孔原理示意图 “两堵一注”带压封孔过程

“两堵一注”带压封孔技术封孔过程如图 2所示，具体封孔步骤如下： ①送入抽采管及封孔装置

首先将抽采管（实管）和抽采管（筛孔管）送入钻孔孔底，在钻孔孔口一定距离的抽采管（实管）两端布置囊袋A和囊袋B。

②注浆囊袋膨胀 将速凝膨胀封孔材料与水按1：1比例混合均匀后，启动风动注浆泵通过注浆管向两端囊袋A和B注入速凝膨胀封孔材料浆液，使囊袋膨胀后在封孔段两端对孔壁形成压力，达到密封钻孔封孔段两端的作用。

③封孔段注浆

当注浆压力达到0.6～0.8MPa后，注浆管的中央爆破阀门自动开启，速凝膨胀封孔注浆液开始填充囊袋A和囊袋B中间的封孔段空间，当排气管返回注浆液时说明钻孔封孔段已充满。

④注浆液填充钻孔孔壁裂隙

关闭排气管路后继续向封孔段注浆，注浆液在注浆泵压力作用下不断填充钻孔孔壁周围裂隙，对已有的裂隙进行封堵。

⑤封孔完成

当注浆压力达到1.5MPa，表明钻孔孔壁周围裂隙已得到充分填充，达到密封钻孔的要求，此时停止注浆，封孔完成。

（a）送入抽采管及封孔装置

（b）注浆囊袋膨胀

（c）封孔段注浆

（d）注浆液填充钻孔孔壁裂隙

图2 “两堵一注”带压封孔封孔过程示意图 地面试验及结果分析

在进行煤矿井下封孔对比试验前，在地面进行了带压封孔模拟试验：用直径100mm的铁管模拟井下抽采钻孔，按照“两堵一注”带压封孔过程进行注浆封孔12h后，将铁管沿截面切开，可以得到模拟钻孔的剖面，如图3所示。

图3 “两堵一注”带压封孔模拟钻孔剖面

从图3中可以看出，模拟钻孔内有瓦斯抽采管、注浆管以及封孔段凝固的封孔材料，其中经过12h后封孔材料已完全凝固，没有出现收缩现象，同时瓦斯抽采管无受压变形现象，说明该封孔材料能够有效的密封钻孔。井下试验及应用效果分析 4.1 煤层赋存条件及钻孔布置

白龙山煤矿一井C2煤层首采工作面煤巷掘进期间，沿C8+1煤层布置底板瓦斯抽采巷（C8+1煤层上距C7+8煤层6～10m，下距C9煤层6～12m），施工穿层钻孔对C2煤层煤巷掘进运输顺槽和回风顺槽及两帮15m范围内提前进行卸压瓦斯条带预抽。底板穿层钻孔抽采半径设计为2.5m，钻孔沿煤层走向每间隔5m设计施工一排，沿煤层倾向成扇形布置，每排设计7个钻孔。由于C8+1煤层底抽巷距离C2煤层距离较长，平均50～70m，中间依次穿过C7+

8、C4、C3三层松软突出煤层，且煤层顶底板地质构造复杂，断层较多、裂隙较为发育，对抽采钻孔的封孔质量要求较高。

本次井下封孔试验地点选择在岩层赋存条件稳定、无构造影响的一采区C7+8煤层底板岩石回风大巷，沿煤层走向每间隔5m设计施工7排抽采钻孔，钻孔排号为166~172排，每排设计7个钻孔。抽采钻孔直径为108mm，钻孔长度设计平均为50～70m，抽采管直径为50mm。

由于C8+1煤层上距C7+8煤层6～10m，且C7+8煤层厚度达3.1m，煤质松软、破碎且煤层瓦斯含量大，为消除C7+8煤层对C2煤层抽采的影响，设计钻孔封孔段需将C7+8煤层段全部封实，因此设计抽采管总长度22m，其中实管16m，筛孔管6m，封孔段长度达到15m。“两堵一注”带压封孔钻孔布置如图4所示。

抽采钻孔采用“两堵一注”进行带压封孔注浆3h后，将抽采管连接矿井抽采系统进行瓦斯抽采，并连续观测抽采钻孔的抽采参数。

1515C2煤层首采面回风巷07C2060504030201C3C4抽采管（筛孔管）囊袋B封孔段C7+8囊袋AC8+1回风大巷13.5

图4 “两堵一注”带压封孔钻孔布置示意图

4.2 封孔效果分析

通过对采用“两堵一注”带压封孔工艺进行封孔的C7+8煤层底板岩石回风大巷166~172排共7排抽采钻孔进行连续观测，从中选取第166排和169排抽采钻孔具体进行研究，第166排抽采钻孔单孔瓦斯抽采浓度见表1，第169排抽采钻孔单孔瓦斯抽采浓度见表2。

表1 166排钻孔单孔瓦斯抽采浓度统计表

单位：（%）

抽采

时间（d）

钻孔编号

1# 72.4 67.2 71.4 50.4 65.3 49.8 47.4 81.0 52.0 70.0

2# 81.0 89.0 80.0 50.6 63.4 50.0 36.8 46.8 60.8 78.0

3# 84.5 62.4 50.2 67.4 58.8 67.4 42.4 55.4 56.2 70.0

4# 55.0 36.0 53.0 37.8 62.4 79.6 35.6 55.2 72.0 67.5

5# 76.8 79.3 72.8 71.0---

6# 38.0 41.0 40.0 47.0 41.0 60.8 51.2 72.4 56.4 72.8

7# 72.0 64.0 73.0 66.0 74.0 54.3 46.8 85.6 56.2 70.4 0 30 40 50 60 70 80 120 140 190

表2 169排钻孔单孔瓦斯抽采浓度统计表

单位：（%）

抽采

时间（d）

钻孔编号

1# 45.0 46.2 78.0 78.4 33.4 41.3 63.4 86.0 78.0 89.0

2# 60.0 70.0 82.0 74.6 65.0 37.0 49.6 85.0 76.2 81.6

3# 52.0 38.4 76.0 42.0 70.4 49.0 63.0 83.0 70.0 72.2

4# 57.0 62.0 75.0 73.6 61.6 52.4 48.5 81.0 65.8 72.6

5# 60.0 62.0 76.0 62.4 63.8 68.0 54.0 83.0 60.0 83.0

6# 62.0 59.0 58.0 58.0 58.4 43.6 51.0 86.0 63.0 75.0

7# 60.0 75.0 70.0 66.2 63.0 67.3 72.5 84.0 45.0 76.4 0 30 40 50 60 70 80 120 140 190 从表1和表2可以看出，采用“两堵一注”带压封孔的第166排和第169排抽采钻孔与原有采用玛丽散封孔的对比钻孔相比较，抽采钻孔的单孔瓦斯抽采浓度提高30%。在抽采负压达32kPa的条件下，经过190d的连续抽采，第166排和第169排抽采钻孔的单孔瓦斯抽采浓度仍然维持在30%以上。

通过对采用“两堵一注”带压封孔工艺进行封孔的C7+8煤层底板岩石回风大巷166~172排共7排抽采钻孔进行连续观测，在抽采负压达20kPa的条件下，每排钻孔的平均抽采浓度变化规律如图5所示。

从图5可以看出，采用原有封孔工艺进行封孔的钻孔平均抽采浓度维持在20%~30%，而采用“两堵一注”带压封孔工艺进行封孔的166-172排钻孔的平均抽采浓度均维持在50%~80%，提高了2~3倍。同时166-172排钻孔在190d的连续抽采下，抽采浓度未见明显衰减，表明采用了“两堵一注”带压封孔工艺后，钻孔封孔效果得到明显提高，使得瓦斯抽采的持续时间得到大大增加。

100908070抽采浓度(%)***080120160200 对比钻孔 166排钻孔 167排钻孔抽采天数(d)

（a）166~167排钻孔

100908070抽采浓度(%)***080120160200 对比钻孔 168排钻孔 169排钻孔抽采天数(d)

（b）168~169排钻孔

100908070抽采浓度(%)***080120160200 对比钻孔 170排钻孔 171排钻孔 172排钻孔抽采天数(d)（c）170~172排钻孔

图5 166~172排钻孔平均抽采浓度变化规律

C7+8煤层底板岩石回风大巷抽采钻孔的瓦斯抽采浓度在连续抽采后下降相对较为缓慢，没有随着抽采时间的延长而逐渐降低，这与抽采钻孔的封孔质量得到大大提高有关。原有采用的聚氨酯封孔材料与钻孔孔壁壁面之间不能很好结合，使得封孔后钻孔围岩存在缝隙，同时普通水泥浆在凝固后会干裂、产生收缩变形而形成裂隙。而“两堵一注”带压封孔工艺可以使囊袋对钻孔孔壁产生压力，同时新型封孔材料速凝膨胀封孔材料具有微膨胀性，其凝固后的收缩特征表现不明显，不易随着抽采时间的增长而形成再生裂隙，从而提高钻孔的封孔质量，进而大大增加抽采钻孔的瓦斯抽采浓度。

4.3 封孔技术推广应用

通过井下C7+8煤层底板岩石回风大巷进行“两堵一注”带压封孔试验获得很好的抽采效果后，继续在C7+8煤层底板岩石回风大巷、C7+8煤层底板胶运大巷及辅运大巷等地点进行大面积推广使用。矿井目前采用“两堵一注”带压封孔工艺进行抽采钻孔封孔的数量已经达到960个，在抽采负压达20kPa的条件下，进行90d的连续抽采，钻孔的平均抽采浓度均达到50%以上。

由于白龙山煤矿一井C2煤层为3号无烟煤，煤质松软、破碎，煤层透气性低且吸附性极强，抽采钻孔的单孔流量相对较低（1～1.3L/min），钻孔瓦斯衰减不明显，有利于煤层瓦斯的长时间连续抽采，矿井将进一步研究先进的松软低透气性煤层瓦斯抽采增透措施，在此基础上进一步提高白龙山煤矿一井的瓦斯抽采效果。结论

（1）“两堵一注”带压封孔工艺是通过在抽采管两端布置囊袋并注入速凝膨胀封孔材料，使囊袋膨胀后在封孔段两端对孔壁形成压力，当注浆压力达到一定值后开始填充两个囊袋中间封孔段空间，并在钻孔封孔段充满后继续向封孔段注浆加压，使得钻孔孔壁周围裂隙能够得到有效封堵，进而达到带压封孔要求，有效提高钻孔封孔质量。

（2）地面及井下试验结果表明：与原有封孔工艺相比，采用“两堵一注”带压封孔的每排抽采钻孔平均抽采浓度为50%~80%，提高了2~3倍，在190d的连续抽采下，抽采浓度未见明显衰减；抽采钻孔的单孔瓦斯抽采浓度提高了30%，经过190d的连续抽采单孔瓦斯抽采浓度仍然维持在30%以上。

（3）通过采用“两堵一注”带压封孔技术，有效解决了白龙山煤矿一井松软低透煤层瓦斯抽采浓度低、抽采效果差的问题，为矿井瓦斯治理及安全生产提供了可靠保障。