囊袋式两堵一注封孔装置在顺层钻孔瓦斯抽采中的应用.pdf

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1、2013年第11期煤炭工程doi：10．11799／ce201311020囊袋式两堵一注封孔装置在顺层钻孔瓦斯抽采中的应用张福旺，范付恒，秦汝祥’(1．平顶山天安煤业股份有限公司勘探工程处，河南平顶山4670~；2．安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001；3．安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽淮南232~1)摘要：针对当前顺层钻孔封孔工艺复杂、封孔时间长、封孔质量差、封孔后有效抽采时间短等问题，提出了囊袋式两堵一注封孔装置及封孔方法，阐述了该封孔装置的结构及封孔原理，并介绍了其封孔工艺，现场试

2、验表明：新型封孔装置操作简单、快捷，单孔封孔操作时间小于25min；封孔30d内，钻孔平均瓦斯抽采浓度达到33％，且50d后仍在30％以上，是试验地点对比孔浓度的(聚氨酯封孔，50d内平均浓度10．6％)3倍，有效提高了煤层瓦斯抽采效果。关键词：封孔装置；顺层钻孔；抽采浓度；封孔工艺；单孔封孔中图分类号：TD712．63文献标识码：B文章编号：1671—0959(2013)l1-()057-()3瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的根本措施和主要途径⋯。有一层厚度1．0～2．4m夹矸，戊。煤层厚1．2～1．5m之间，据统计我国约有65％的

3、采煤工作面顺层钻孔预抽瓦斯浓度平均1．3m左右，煤层倾角8。左右，工作面顺层钻孔布置低于30％2-3]，导致这一结果的主要原因之一是顺层钻孔如图1所示。封孔质量低下。目前国内外现有封孔技术主要有：黄泥封孔、水泥浆封孔、聚氨酯封孔和封孔器封孔等。。黄泥封孔简便易行，但粘土材料必须软硬适当，太软容易粘在孔壁上，黄泥送不到位，过硬钻孔则会出现裂缝，导致漏气，其封孔长度也受到很大限制；水泥浆封孔能承受较高压力，但封孔操作复杂，且水泥浆凝固后易收缩，高压下会发生脆性破坏，形成裂隙，导致钻孔密封质量下降；聚氨酯封孑L密封可靠，但聚氨酯发泡

4、反应快，人工操作影响因素多，难以保证设计封孔参数，导致钻孔抽采寿命短、2瓦斯抽采浓度低，有时甚至封孔失败；封孔器由于结构复杂、成本高，难以推广应用。为此，论文研制了一种囊袋式带压封孔装置，该封孔图1戊8一-20230工作面顺层钻孑L布置示意图装置结构简单，操作方便。应用表明，该装置封孔速度快，顺层钻孔封孔质量高，加快了工作面瓦斯抽采进程。2囊袋式带压封孔装置结构及封孔原理l试验地点概况2．1囊袋式带压封孔装置结构平煤集团十矿戊。一一20230工作面是戊组二水平东翼囊袋式带压封孔装置主要由胶囊、单向阀、爆破阀和第六区段，东到采区

5、边界，西到二水平专用回风下山保护注浆管组成，封孔装置结构如图2所示，连接实物如图3煤柱，南与已经回采结束的戊一20210工作面相邻，北所示。部为尚未开采的实体煤。工作面所采煤层是戊一。煤层，构1)爆破阀。爆破阀是新型封孔装置的最关键部件。主造比较简单，戊煤层厚度0．8—1．0m，其下与戊。煤之间要起着控制胶囊充填压力的作用。爆破阀开启压力过高，收稿日期：2013—01—08作者简介：张福旺(1968一)，男，河南叶县人，教授级高级工程师，毕业于河南理工大学安全技术及工程专业，现在平顶山天安煤业股份有限公司勘探工程处从事煤矿安全

6、技术及管理工作。57煤炭工程2013年第11期瓦斯抽采管胶囊堵头接头爆破单向阀抽采花管体流动通道，从而实现高效封孔。3封孔方案及封孔工艺3．1封孔方案图2囊袋式封孔装置结构示意图在戊一20230机巷采取相同的封孔长度和封孔深度，并用“聚氨酯封孑L口+封孔材料封孑L”和“新型封孔装置+封孔材料封孔”两种封孔方法进行现场对比试验。为了避免地质条件等因素变化对钻孔封孔效果造成影响，两种封孔方法在封孔试验中相互交叉使用。封孔时考虑到巷道破碎圈的存在，若全程封孔，钻孔图3囊袋式封孔装置实物图外口注浆封堵不严，而且浪费封孔注浆材料，因此，

7、封孔时采用钻孔孔口外7～15m之间的8m范围作为注浆封孑L会导致胶囊充填压力过大，甚至出现胶囊爆破的现象；爆段。破阀开启压力过低，会导致胶囊未能完全膨胀，在钻孔中3．2封孔工艺不能形成有效封堵，从而出现封孔段浆液从胶囊与钻孑L壁1)扫孔。钻孔成孔后，退出钻杆，采用压风清扫钻面泄漏的现象，导致封孔失败。爆破阀的开启压力需要考孔，排除钻孔中残余煤(岩)屑。虑胶囊的有效封堵压力、胶囊的极限压力，现场应用中需2)下抽采套管及封孔装置。按封孔方案，向钻孔中下要根据封孑L压力需求进行适当调节。抽采花管，在下2m的抽采套管后，再下捆绑了新型

8、封孔装2)单向阀。单向阀是封孔装置中仅次于爆破阀的第二置的抽采管，封孔装置边连接边下管(两胶囊之间8m，封关键部件，单向阀逆流闭锁的有效性对封孔装置的成功与孔段外端7m注浆管)，直至整个封孔装置全部进入钻孔。否起着决定性作用。单向阀是实现并保持胶囊压力的保障，一旦单向阀逆流闭