囊袋式两端自堵封孔工艺实验效果研究

王伟华+王良金+原世腾+付栎臻

摘要：抽采钻孔封孔质量的优劣直接影响着煤矿回采工作面瓦斯抽采效果。针对国内瓦斯抽采浓度普遍偏低的现状，特引进囊袋式两端自堵封孔工艺以提高瓦斯抽采功效及浓度。本文以焦煤集团中马村矿为例，通过实验探索该工艺在增强瓦斯抽采效果上的优势。

关键词：囊袋式两端自堵封孔工艺 实验效果 中马村矿

1 实验研究背景

据不完全统计，我国煤矿回采工作面上的瓦斯抽采浓度在30%以上的不足七成，质量偏下的抽采钻孔封孔工艺直接降低了瓦斯抽采的功效。经研究发现，封孔材料性能以及封孔工艺是决定封孔质量的两大主因。机械注水泥砂浆封孔、KFB型矿用封孔、发泡聚合材料封孔、黄泥（水泥团）人工封孔等是传统的抽采钻孔封孔技术。其中，机械注水泥砂的封孔作业时间较短，但由于设备笨重，在搬运过程中会浪费大量的人力物力；KFB型矿用封孔不但质量差而且难操作；在设备重量和作业时间上均有优势的发泡聚合材料封孔技术却只适合短距离封孔，否则不但钻孔易损耗而且瓦斯抽采浓度达不到标准；黄泥（水泥团）人工封孔技术则由于质量效果较差几乎被停用。

与过去传统的封孔技术相比，“两堵一注”封孔工艺不但封孔效果良好而且抽采瓦斯的浓度较高。但由于该工艺还不成熟，施工复杂、操作繁琐以及高成本投入等缺点成为其最大的弊病。囊袋式两端自堵封孔工艺却能够较好的规避普通“两赌一注”封孔工艺的不足，提升瓦斯抽采浓度。本文将以焦煤集团中马村矿27021底抽巷为实验基地，设计两种实验方案进行抽采效果对比。

2 实验地点概况

2.1 实验地点情况描述

实验地点位于中马村矿左翼上方位的27021底抽巷与25-27段东大港相邻，其南面与工作面2704和2501相接，整体坐落于西25回风下山与东27上平轨道的中间。此巷道所处位置地质结构简单，随岩层呈倾斜状态，大构造发育稳定，仅在其巷道区域内存在分叉严重的二1煤层，分层间的上下距离各异，非线性变化现象十分明显。

2.2 工作面钻孔布置

下图为该试验地点27021回风底抽巷第二段抽采钻孔设计剖面图及钻孔设计参数。（见图1、表1）

3 试验方案拟选

本次试验拟选用两种实验方案，其中方案一为固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺；方案二为“两堵一注”带压封孔工艺。两种工艺各取14个钻孔进行封孔实验，用编号1#-14#标注。实验地点位于27021回风底抽巷测点W786.5-W794位置处，钻孔排间距2.5m，保证了两种方案的钻孔布置位于同一抽采区域内。通过对两种实验方案对比，从而选出抽采效果较好的一方。

4 实验过程

4.1 方案一：固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺

4.1.1 封孔参数确定

■

4.1.2 封孔材料及设备

注浆材料：

选用河南能源化工集团研究院有限责任公司自主研发的固特捷化学封孔材料。该材料具有力学强度高、尺寸稳定性好、阻燃、抗静电、透气性低、抗收缩性强、粘结力大、耐老化、不怕水、绿色环保等特点。

封孔材料：封孔管采用Φ32mm钢管；5m囊袋；注浆管。注浆管采用内径为11mm的专用注浆管。注浆管要求具备阻燃、抗静电等物理性质。

注浆设备：本次试验选用河南能源化工集团研究院有限公司研发的“化学封孔材料输送装置”。该装置具备注浆效率高、操作简单、维护方便、劳动强度低等特点。

4.1.3 现场操作步骤

①用窗纱将第一根花管包裹好并用胶带捆扎结实。

②囊袋套在花管之后第二根抽采管上，并将注浆管与囊袋内抽采管一起绑扎。

③用宽透明胶带将囊袋、注浆管、封孔管三者捆绑固定牢靠然后依次向钻孔内下管。

④注浆后，固特捷封孔材料混合反应并轴向流动并膨胀充满囊袋两端堵头，形成封闭空间。

⑤固特捷材料继续反应充满已形成的封闭空间，依靠自身膨胀力实现带压功能。封孔注浆结束后，用普通水泥将孔口0.5m段固实固牢。

下图为方案一封孔示意图：

■

图2 方案一封孔示意图

4.2 方案二：“两堵一注”带压封孔工艺

4.2.1 封孔参数确定

■

4.2.2 材料及设备

注浆材料：注浆材料选用膨胀水泥；封孔材料：封孔管采用Φ32mm钢管；铝塑管；注浆设备：水泥注浆泵。

4.2.3 现场操作步骤

①用窗纱将第一根花管包裹好并用胶带捆扎结实。

②将3袋聚氨酯封孔用AB袋绑扎在花管下方1.5-2m位置处，同时将注浆管和回气管埋入钻孔。

③根据封孔段长度确定注浆管和回气管的长度，回气管应长于注浆管。在接近孔口5m处的抽采管上，绑扎3袋4聚氨酯封孔用AB袋。

④向注浆管内注入水泥浆，水灰比为1：1.2。

⑤封孔注浆结束后，用普通水泥将孔口0.5m段固实固牢。

下图为方案二封孔示意图：

■

图3 方案二封孔示意图

5 实验结果及结论

两种工艺瓦斯抽采浓度对比数据表

■

■

上图4为这次实验两种封孔工艺下瓦斯抽采浓度的对比折线图，从中可以总结得出：

①通过两种实验数据对比可以看出，在相同地区、相同抽采负压条件下，方案一在抽采浓度上具有显著的优越性，固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺较“两堵一注”带压封孔工艺具有抽采浓度高、后期高浓度维持时间长等优点。

②固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺能够很好的实现对瓦斯抽采钻孔封孔的定长定位问题，有效的保障了封孔质量。

③固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺具有劳动强度小、工时短、封孔成本低的优点，其具有很好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]赵铁锤.搞好瓦斯抽放利用 促进煤矿安全生产[J].中国煤层气，2005（02）.

[2]张晓龙.本煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术试验研究[J].中州煤炭，2013（05）.

[3]王启金，李红行，刘志鸿，王世贤，张广江.囊袋式注浆封孔技术在郑州矿区“三软”煤层的应用[J].中州煤炭，2009（07）.

[4]张福旺，范付恒，秦汝祥.囊袋式两堵一注封孔装置在顺层钻孔瓦斯抽采中的应用[J].煤炭工程，2013（11）.

作者简介：王伟华（1983-），男，河南焦作人，硕士研究生，研究方向：安全技术及工程。endprint

摘要：抽采钻孔封孔质量的优劣直接影响着煤矿回采工作面瓦斯抽采效果。针对国内瓦斯抽采浓度普遍偏低的现状，特引进囊袋式两端自堵封孔工艺以提高瓦斯抽采功效及浓度。本文以焦煤集团中马村矿为例，通过实验探索该工艺在增强瓦斯抽采效果上的优势。

关键词：囊袋式两端自堵封孔工艺 实验效果 中马村矿

1 实验研究背景

据不完全统计，我国煤矿回采工作面上的瓦斯抽采浓度在30%以上的不足七成，质量偏下的抽采钻孔封孔工艺直接降低了瓦斯抽采的功效。经研究发现，封孔材料性能以及封孔工艺是决定封孔质量的两大主因。机械注水泥砂浆封孔、KFB型矿用封孔、发泡聚合材料封孔、黄泥（水泥团）人工封孔等是传统的抽采钻孔封孔技术。其中，机械注水泥砂的封孔作业时间较短，但由于设备笨重，在搬运过程中会浪费大量的人力物力；KFB型矿用封孔不但质量差而且难操作；在设备重量和作业时间上均有优势的发泡聚合材料封孔技术却只适合短距离封孔，否则不但钻孔易损耗而且瓦斯抽采浓度达不到标准；黄泥（水泥团）人工封孔技术则由于质量效果较差几乎被停用。

与过去传统的封孔技术相比，“两堵一注”封孔工艺不但封孔效果良好而且抽采瓦斯的浓度较高。但由于该工艺还不成熟，施工复杂、操作繁琐以及高成本投入等缺点成为其最大的弊病。囊袋式两端自堵封孔工艺却能够较好的规避普通“两赌一注”封孔工艺的不足，提升瓦斯抽采浓度。本文将以焦煤集团中马村矿27021底抽巷为实验基地，设计两种实验方案进行抽采效果对比。

2 实验地点概况

2.1 实验地点情况描述

实验地点位于中马村矿左翼上方位的27021底抽巷与25-27段东大港相邻，其南面与工作面2704和2501相接，整体坐落于西25回风下山与东27上平轨道的中间。此巷道所处位置地质结构简单，随岩层呈倾斜状态，大构造发育稳定，仅在其巷道区域内存在分叉严重的二1煤层，分层间的上下距离各异，非线性变化现象十分明显。

2.2 工作面钻孔布置

下图为该试验地点27021回风底抽巷第二段抽采钻孔设计剖面图及钻孔设计参数。（见图1、表1）

3 试验方案拟选

本次试验拟选用两种实验方案，其中方案一为固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺；方案二为“两堵一注”带压封孔工艺。两种工艺各取14个钻孔进行封孔实验，用编号1#-14#标注。实验地点位于27021回风底抽巷测点W786.5-W794位置处，钻孔排间距2.5m，保证了两种方案的钻孔布置位于同一抽采区域内。通过对两种实验方案对比，从而选出抽采效果较好的一方。

4 实验过程

4.1 方案一：固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺

4.1.1 封孔参数确定

■

4.1.2 封孔材料及设备

注浆材料：

选用河南能源化工集团研究院有限责任公司自主研发的固特捷化学封孔材料。该材料具有力学强度高、尺寸稳定性好、阻燃、抗静电、透气性低、抗收缩性强、粘结力大、耐老化、不怕水、绿色环保等特点。

封孔材料：封孔管采用Φ32mm钢管；5m囊袋；注浆管。注浆管采用内径为11mm的专用注浆管。注浆管要求具备阻燃、抗静电等物理性质。

注浆设备：本次试验选用河南能源化工集团研究院有限公司研发的“化学封孔材料输送装置”。该装置具备注浆效率高、操作简单、维护方便、劳动强度低等特点。

4.1.3 现场操作步骤

①用窗纱将第一根花管包裹好并用胶带捆扎结实。

②囊袋套在花管之后第二根抽采管上，并将注浆管与囊袋内抽采管一起绑扎。

③用宽透明胶带将囊袋、注浆管、封孔管三者捆绑固定牢靠然后依次向钻孔内下管。

④注浆后，固特捷封孔材料混合反应并轴向流动并膨胀充满囊袋两端堵头，形成封闭空间。

⑤固特捷材料继续反应充满已形成的封闭空间，依靠自身膨胀力实现带压功能。封孔注浆结束后，用普通水泥将孔口0.5m段固实固牢。

下图为方案一封孔示意图：

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图2 方案一封孔示意图

4.2 方案二：“两堵一注”带压封孔工艺

4.2.1 封孔参数确定

■

4.2.2 材料及设备

注浆材料：注浆材料选用膨胀水泥；封孔材料：封孔管采用Φ32mm钢管；铝塑管；注浆设备：水泥注浆泵。

4.2.3 现场操作步骤

①用窗纱将第一根花管包裹好并用胶带捆扎结实。

②将3袋聚氨酯封孔用AB袋绑扎在花管下方1.5-2m位置处，同时将注浆管和回气管埋入钻孔。

③根据封孔段长度确定注浆管和回气管的长度，回气管应长于注浆管。在接近孔口5m处的抽采管上，绑扎3袋4聚氨酯封孔用AB袋。

④向注浆管内注入水泥浆，水灰比为1：1.2。

⑤封孔注浆结束后，用普通水泥将孔口0.5m段固实固牢。

下图为方案二封孔示意图：

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图3 方案二封孔示意图

5 实验结果及结论

两种工艺瓦斯抽采浓度对比数据表

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上图4为这次实验两种封孔工艺下瓦斯抽采浓度的对比折线图，从中可以总结得出：

①通过两种实验数据对比可以看出，在相同地区、相同抽采负压条件下，方案一在抽采浓度上具有显著的优越性，固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺较“两堵一注”带压封孔工艺具有抽采浓度高、后期高浓度维持时间长等优点。

②固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺能够很好的实现对瓦斯抽采钻孔封孔的定长定位问题，有效的保障了封孔质量。

③固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺具有劳动强度小、工时短、封孔成本低的优点，其具有很好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]赵铁锤.搞好瓦斯抽放利用 促进煤矿安全生产[J].中国煤层气，2005（02）.

[2]张晓龙.本煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术试验研究[J].中州煤炭，2013（05）.

[3]王启金，李红行，刘志鸿，王世贤，张广江.囊袋式注浆封孔技术在郑州矿区“三软”煤层的应用[J].中州煤炭，2009（07）.

[4]张福旺，范付恒，秦汝祥.囊袋式两堵一注封孔装置在顺层钻孔瓦斯抽采中的应用[J].煤炭工程，2013（11）.

作者简介：王伟华（1983-），男，河南焦作人，硕士研究生，研究方向：安全技术及工程。endprint

摘要：抽采钻孔封孔质量的优劣直接影响着煤矿回采工作面瓦斯抽采效果。针对国内瓦斯抽采浓度普遍偏低的现状，特引进囊袋式两端自堵封孔工艺以提高瓦斯抽采功效及浓度。本文以焦煤集团中马村矿为例，通过实验探索该工艺在增强瓦斯抽采效果上的优势。

关键词：囊袋式两端自堵封孔工艺 实验效果 中马村矿

1 实验研究背景

据不完全统计，我国煤矿回采工作面上的瓦斯抽采浓度在30%以上的不足七成，质量偏下的抽采钻孔封孔工艺直接降低了瓦斯抽采的功效。经研究发现，封孔材料性能以及封孔工艺是决定封孔质量的两大主因。机械注水泥砂浆封孔、KFB型矿用封孔、发泡聚合材料封孔、黄泥（水泥团）人工封孔等是传统的抽采钻孔封孔技术。其中，机械注水泥砂的封孔作业时间较短，但由于设备笨重，在搬运过程中会浪费大量的人力物力；KFB型矿用封孔不但质量差而且难操作；在设备重量和作业时间上均有优势的发泡聚合材料封孔技术却只适合短距离封孔，否则不但钻孔易损耗而且瓦斯抽采浓度达不到标准；黄泥（水泥团）人工封孔技术则由于质量效果较差几乎被停用。

与过去传统的封孔技术相比，“两堵一注”封孔工艺不但封孔效果良好而且抽采瓦斯的浓度较高。但由于该工艺还不成熟，施工复杂、操作繁琐以及高成本投入等缺点成为其最大的弊病。囊袋式两端自堵封孔工艺却能够较好的规避普通“两赌一注”封孔工艺的不足，提升瓦斯抽采浓度。本文将以焦煤集团中马村矿27021底抽巷为实验基地，设计两种实验方案进行抽采效果对比。

2 实验地点概况

2.1 实验地点情况描述

实验地点位于中马村矿左翼上方位的27021底抽巷与25-27段东大港相邻，其南面与工作面2704和2501相接，整体坐落于西25回风下山与东27上平轨道的中间。此巷道所处位置地质结构简单，随岩层呈倾斜状态，大构造发育稳定，仅在其巷道区域内存在分叉严重的二1煤层，分层间的上下距离各异，非线性变化现象十分明显。

2.2 工作面钻孔布置

下图为该试验地点27021回风底抽巷第二段抽采钻孔设计剖面图及钻孔设计参数。（见图1、表1）

3 试验方案拟选

本次试验拟选用两种实验方案，其中方案一为固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺；方案二为“两堵一注”带压封孔工艺。两种工艺各取14个钻孔进行封孔实验，用编号1#-14#标注。实验地点位于27021回风底抽巷测点W786.5-W794位置处，钻孔排间距2.5m，保证了两种方案的钻孔布置位于同一抽采区域内。通过对两种实验方案对比，从而选出抽采效果较好的一方。

4 实验过程

4.1 方案一：固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺

4.1.1 封孔参数确定

■

4.1.2 封孔材料及设备

注浆材料：

选用河南能源化工集团研究院有限责任公司自主研发的固特捷化学封孔材料。该材料具有力学强度高、尺寸稳定性好、阻燃、抗静电、透气性低、抗收缩性强、粘结力大、耐老化、不怕水、绿色环保等特点。

封孔材料：封孔管采用Φ32mm钢管；5m囊袋；注浆管。注浆管采用内径为11mm的专用注浆管。注浆管要求具备阻燃、抗静电等物理性质。

注浆设备：本次试验选用河南能源化工集团研究院有限公司研发的“化学封孔材料输送装置”。该装置具备注浆效率高、操作简单、维护方便、劳动强度低等特点。

4.1.3 现场操作步骤

①用窗纱将第一根花管包裹好并用胶带捆扎结实。

②囊袋套在花管之后第二根抽采管上，并将注浆管与囊袋内抽采管一起绑扎。

③用宽透明胶带将囊袋、注浆管、封孔管三者捆绑固定牢靠然后依次向钻孔内下管。

④注浆后，固特捷封孔材料混合反应并轴向流动并膨胀充满囊袋两端堵头，形成封闭空间。

⑤固特捷材料继续反应充满已形成的封闭空间，依靠自身膨胀力实现带压功能。封孔注浆结束后，用普通水泥将孔口0.5m段固实固牢。

下图为方案一封孔示意图：

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图2 方案一封孔示意图

4.2 方案二：“两堵一注”带压封孔工艺

4.2.1 封孔参数确定

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4.2.2 材料及设备

注浆材料：注浆材料选用膨胀水泥；封孔材料：封孔管采用Φ32mm钢管；铝塑管；注浆设备：水泥注浆泵。

4.2.3 现场操作步骤

①用窗纱将第一根花管包裹好并用胶带捆扎结实。

②将3袋聚氨酯封孔用AB袋绑扎在花管下方1.5-2m位置处，同时将注浆管和回气管埋入钻孔。

③根据封孔段长度确定注浆管和回气管的长度，回气管应长于注浆管。在接近孔口5m处的抽采管上，绑扎3袋4聚氨酯封孔用AB袋。

④向注浆管内注入水泥浆，水灰比为1：1.2。

⑤封孔注浆结束后，用普通水泥将孔口0.5m段固实固牢。

下图为方案二封孔示意图：

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图3 方案二封孔示意图

5 实验结果及结论

两种工艺瓦斯抽采浓度对比数据表

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上图4为这次实验两种封孔工艺下瓦斯抽采浓度的对比折线图，从中可以总结得出：

①通过两种实验数据对比可以看出，在相同地区、相同抽采负压条件下，方案一在抽采浓度上具有显著的优越性，固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺较“两堵一注”带压封孔工艺具有抽采浓度高、后期高浓度维持时间长等优点。

②固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺能够很好的实现对瓦斯抽采钻孔封孔的定长定位问题，有效的保障了封孔质量。

③固特捷囊袋式两端自堵封孔工艺具有劳动强度小、工时短、封孔成本低的优点，其具有很好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]赵铁锤.搞好瓦斯抽放利用 促进煤矿安全生产[J].中国煤层气，2005（02）.

[2]张晓龙.本煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术试验研究[J].中州煤炭，2013（05）.

[3]王启金，李红行，刘志鸿，王世贤，张广江.囊袋式注浆封孔技术在郑州矿区“三软”煤层的应用[J].中州煤炭，2009（07）.

[4]张福旺，范付恒，秦汝祥.囊袋式两堵一注封孔装置在顺层钻孔瓦斯抽采中的应用[J].煤炭工程，2013（11）.

作者简介：王伟华（1983-），男，河南焦作人，硕士研究生，研究方向：安全技术及工程。endprint