带压封孔技术在1890煤矿的应用

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1、带压封孔技术在1890煤矿的应用　　【关键词】针对1890煤矿封孔质量差、单孔瓦斯抽采浓度较低的技术难题，提出了带压封孔技术。经试验，带压封孔技术的应用可明显提高钻孔的封孔质量，增加钻孔的瓦斯抽采浓度。　　【关键词】带压封孔裂隙圈注浆返浆　　1引言　　煤矿企业在瓦斯综合治理中主要依靠通风和抽采两种方法，其中瓦斯抽采是降低煤层瓦斯含量、压力和减少瓦斯涌出量的根本性技术措施之一。衡量瓦斯抽采效果的指标主要有瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采量等参数，而这两个主要指标又受到抽采负压和封孔质量优劣等因素的影响。因此，要提高

2、矿井瓦斯抽采效果，必须从抽采负压和封孔质量等根本措施上进行治理。　　目前，我国煤层瓦斯抽采钻孔有多种封孔技术，主要为常压封孔和带压封孔两大类型。1890煤矿常年应用常压封孔技术，钻孔的封孔质量较差，单孔瓦斯浓度较低，因此，迫切需要改进钻孔的封孔工艺，提高瓦斯抽采率。　　2带压封孔的技术原理　　2.1钻孔轴向“三区”的划分5　　在受采掘影响前，煤体处于应力平衡状态。当受到采掘影响以后，应力平衡随即遭到破坏，采场周围应力的大小和方向将发生较大的改变。在巷道周边将产生应力集中区。根据煤体力学状态的不同，可以将

3、其分为3个区域：卸压区、应力集中区和原始应力区。卸压区的煤体抗拉强度很差，当拉伸应变超过破坏应变时，径向将产生裂隙，形成裂隙圈。抽采钻孔封孔以后，如果裂隙圈的深度超过封孔的深度，裂隙圈内裂隙将会与抽采钻孔沟通，构成了钻孔短路风流的通道，这些通道影响了抽采钻孔的气密性，导致抽采浓度下降。如图1所示。　　2.2带压封孔技术　　带压封孔就是用注浆泵将注浆材料填充到封孔段及封孔段周围的矿体裂隙中，切断空气向钻孔的流入通道，避免在抽采负压的作用下出现“抽采循环”，进而提高钻孔的抽采浓度和抽采负压。　　带压封孔技术

4、的主要步骤及理论依据是：（1）通过实验、考察的方法确定钻孔的封孔长度，在封孔段内利用膨胀材料构筑密闭空间并预埋注浆、返浆管；（2）利用注浆泵通过注浆管将封孔材料压入封孔段的密闭空间中；（3）封孔材料将封孔段注满后（判断依据为返浆管返出封孔材料），关闭返浆管阀门，继续带压注浆；（4）一定时间后，停止注浆并关闭注浆管阀门，封孔结束。由于封孔材料注入到密闭空间后，在压力的作用下向钻孔封孔段周围的矿体裂隙渗透，封孔材料凝固后，即可将矿体裂隙封堵，隔绝了空气流入钻孔的通道，提高了钻孔瓦斯抽采效率。　　3带压封孔技

5、术　　3.1封孔长度　　封孔长度的确定主要是要明确钻孔轴向的卸压带范围。卸压带的范围可通过三种方法来确定：公式计算法、钻屑量法和经验法。5（1）公式法由于要使用大量的参数进行计算，计算结果比较理想化，所以只能作为一种辅助方法，进行参考；（2）钻屑量法的原理是不同应力区的煤体由于受力强度的不同在钻进过程中煤屑的排出量也不同，以此来确定应力区的划分；（3）经验法：一般认为巷道的卸压范围为巷道宽度的3-5倍。1890煤矿的巷道宽度一般为3m左右，所以，卸压区的范围为9-15m。综合考察，1890煤矿可以确定封

6、孔深度为10m。　　3.2注浆泵压力　　注浆压力的确定对带压封孔的封孔效果影响很大。压力过小，则卸压区裂隙不能有效填充，不能达到带压封孔的效果。压力过大，容易将前后封堵材料压裂，造成封孔失败。所以要选择合适的注浆压力。　　经试验，在封孔材料选择425#普通硅酸盐水泥，水灰质量比1.2：1调制水泥浆，封孔套管直径50mm，钻孔直径94mm，封孔长度10m的前提下，可以确定注浆压力为0.6-1.5Mpa。　　3.3注浆量计算　　开始注浆前，要对注浆量进行计算，并预留富裕量，以避免材料的浪费或不足。注浆量可用

7、下式进行计算：　　W=250π（D2-d2）L/a　　式中：W――注浆量，L；　　D――钻孔直径，m；　　d――封孔套管直径，m；　　L――注浆段长度，m；　　a――注浆材料膨胀倍数，取1.1。　　3.4带压封孔流程5　　3.4.1清孔　　封孔前须清除孔内的钻屑和积水（主要为下向钻孔），保证封孔套管能顺利塞入孔中。清孔可采用两种方法：（1）钻孔施工完毕后，利用排渣水对钻孔进行冲刷，直至孔口返出清水为止。卸下供水管，加上压风管进行压风，将孔内积水排出，待积水呈间歇状喷出时停止；（2）封孔前，向孔内塞入一根

8、10-12m长的铁管，利用快速接头接入压风管，对孔内进行压风，待积水呈间歇状喷出时停止。　　3.4.2下管　　将直径50mm长12m的封孔套管前后端绑上膨胀材料，充分混合后塞入孔内，同时将长1.5m和9.5m的注浆管和返浆管一并塞入孔内。上向孔注浆管长1.5m，返浆管长度确定为从孔口至距钻孔里端膨胀材料封堵段0.5m处；下向孔注浆管长度确定为从孔口至钻孔里端聚氨酯封堵段3-4m处，返浆管长1.5m；近水平钻孔注浆管长5m，返浆管长1.5m。