提高单一煤层极复杂条件下瓦斯抽采效果技术及装备研究

潘要创

(平禹煤电公司 方山分公司白庙矿，河南 禹州 461070)

1 立项背景和目的意义

2004年8月，经煤科总院重庆分院鉴定，白庙矿二1 煤层为煤与瓦斯突出煤层，白庙矿为煤与瓦斯突出矿井。2005年矿井委托河南理工大学进行突出危险性区域划分，依据2005年河南理工大学对矿井突出危险性区域的划分及平煤办（2006）57 号《关于对白庙煤矿突出危险性区域划分》的批复，矿井-145m 水平以上为无突出危险区域，-145m 水平以下为突出危险区域。目前矿井采掘活动已经步入突出危险区域，根据《防治煤与瓦斯突出规定》第六条规定：“突出矿井采掘工作做到不掘突出头，不采突出面。未按要求采取区域综合防突措施的，严禁进行采掘作业。”及《国家安全监督管理总局等四部委关于印发＜煤矿与瓦斯抽采达标暂行规定＞的通知》第三条规定：“应当进行瓦斯抽采的煤层必须先抽采瓦斯； 抽采效果达到标准要求方可安排采掘作业。”

由于我矿煤层地质条件复杂多变、煤层透气性差、封孔效果不良等原因，使得我矿的瓦斯抽采存在诸多问题，主要表现在：钻孔漏气现象严重，瓦斯抽采浓度过低。由于钻孔漏气现象严重，使得矿井瓦斯抽采浓度达不到抽采要求。鉴于此，本项目针对瓦斯抽采封孔问题进行了深入细致的研究，从封孔器材和封堵材料入手，提出了一种全新的封孔方法，较以往的封孔方法存在一定的优势，并经模拟试验，取得了良好的效果

2 项目研究主要内容

技术关键：封孔器的研究，封孔材料的研究。

技术指标：第一次封孔采用聚氨酯，封孔长度为1.0m；第二次封孔采用注水泥浆，封孔长度为全岩段减去1.0m；封孔时全程下管，钻孔内需要下两根管，一根为φ50mm 的封孔管，一根为φ16mm 注浆管，其中孔内所下φ50mm 的封孔管长度=（岩石段长度+穿煤段长度，所封孔号可根据打钻记录查寻），煤孔段下筛管，岩孔段下无孔洞直管。

3 解决关键问题和创新点

3.1 现阶段封孔技术存在的问题

3.1.1 高分子发泡材料存在问题

（1）高分子发泡材料不能充填钻孔周围的原始裂隙。高分子材料在发泡膨胀的过程中，封孔段钻孔处于开放状态，发泡材料不能形成足够的膨胀力，不能使发泡高分子材料挤入封孔段钻孔周围的裂隙，这些裂隙将成为漏气通道（初期漏气通道）。

（2）高分子发泡材料强度低、可压缩量大、对钻孔没有足够的支护作用，不能维护钻孔的稳定性。

3.1.2 膨胀（PD）水泥材料存在问题

PD 材料的应用主要存在的问题是缺少与之配套的封孔设备，单纯的将PD 水泥注入钻孔，有可能存在堵塞抽放管路的问题。而且由于注浆材料在钻孔中缺少压力，钻孔周围裂隙的渗透量很小，不能有效地对周围的裂隙进行封堵。

3.2 本技术与现有技术的对比结论

本项目研制的主动式注浆封孔装置结构新颖、 构思巧妙，试验证明其封孔效果较传统封孔有显著的提高，是提高穿层钻孔瓦斯浓度的有效方法。与其他现有封孔方法相比具有如下优点：

（1）封孔效果有显著提高。通过模拟试验证明，提高瓦斯抽放封孔效果的一个有效方法是对钻孔周围的煤体裂隙进行封堵。通过理论计算得：在瓦斯抽放的后期，较常规封孔方法，主动式封孔可以提高抽放浓度35%以上。

（2）封孔成本大幅降低。该封孔器为一次性使用产品，单个封孔成本大约在260 元左右。其耗费的聚氨脂量可比常规聚氨脂发泡封孔方法少60%，且封孔效果更好。总体一个封孔器成本可控制在350 元左右。

（3）现场施工工艺简单，封孔时间短。该封孔工艺使用简单，不需要对工人进行专门培训。封一个钻孔只需3～5min。大大降低了劳动强度，提高了生产效率。

（4）可扩展性强。针对不同长度的钻孔，需要封堵的长度不同，封孔长度可任意扩展。

（5）实施效果。封孔效果有显著提高；封孔成本大幅降低；现场施工工艺简单，封孔时间短；可扩展性强。

（6）取得的经济、社会效益。由于目前很多煤矿在瓦斯封孔设备和技术方面还存在着很大一部分安全问题和技术问题需要解决，而我们的装置恰好基本符合了这些煤矿的需求，大大的提高了煤矿的安全性，提高了效率。另外，本装置由于结构简单，容易操作，而且封孔明显，因此这套装置可在瓦斯抽采中推广使用，具有可观的经济效益和发展前景。

4 结论

方山分公司白庙矿提高单一煤层极复杂条件下瓦斯抽采效果技术及装备研究方案，经过详细的考察及论证，在方山分公司白庙矿的成功实施，满足了抽采达标的需求，大大的提高了煤矿的安全性，提高了效率，具有很广的发展前景和市场前景。经过逐步实施，已达到安全使用之目的。

备注：本项目申报中国平煤神马集团科学技术进步奖。