安尔特瓦斯抽放孔封孔工艺在王坡煤业的应用

刘伟伟，王雷刚

王坡煤业为高瓦斯矿井，为对矿井瓦斯进行综合治理，采用了地面钻井抽采、本煤层钻孔预抽及高位钻孔抽采等方法。对矿井瓦斯抽采系统进行改造升级后，通过实际测量瓦斯预抽钻孔孔口负压均大于13 kPa，但瓦斯抽放浓度相对较低，无法达到预期的瓦斯抽采效果，通过对现场抽放工艺进行分析研究，得知瓦斯抽采钻孔封孔质量好坏对抽采效果有着重要的影响。因此决定对原封孔工艺进行优化改造，以便提高预抽钻孔瓦斯浓度，改善瓦斯抽采治理效果。

1 常见瓦斯抽采钻孔封孔方式及使用现状

我国煤矿常见的瓦斯抽采钻孔封孔方式主要有：水泥砂浆封孔法、二次封孔法、聚氨酯封孔法、安尔特封孔法等。水泥砂浆封孔法施工中受钻孔倾角影响较大，当钻孔角度为水平或者缓倾斜时，封孔不易且费时费力。二次封孔法需配备专业封孔机具设备，而且需做好材料防潮工作，因而限制了其在煤矿井下的大规模使用。聚氨酯封孔法主要采用发泡聚合材料，该材料具有质量轻，反应速度快的特点，但其反应时间不易控制，对封孔者操作技术要求高，当钻孔围岩发生变形时容易导致漏气现象，王坡煤业之前就是使用这种封孔方法。安尔特封孔法亦称 “两堵一注”带压注浆封孔方法，该方法源自于囊袋式注浆封孔方法，施工时通过具体地质情况确定封孔长度和封孔材料，同时处理好堵头的封堵强度，会取得很好的封孔效果，是当前效果相对较好的一种封孔方法。

2 安尔特封孔工艺

安尔特高效膨胀封孔剂具有流动性好、凝固速度快、微膨胀性、固结后强度高等优点，针对钻孔周围的围岩裂隙能够快速渗入，操作简单且封孔效果好，无需使用专门的注浆设备，使用水泥注浆设备即可，因此该方法适用于煤矿井下各类瓦斯抽放钻孔的封孔作业。

2.1 封孔原理

安尔特封孔方法采用“两堵一注”的工艺，即采用安尔特封孔袋聚凝物将钻孔封孔段两端密封，通过注浆管在中间部分注入安尔特高效膨胀封孔剂，采用带压的方式进行封孔注浆，在高压和膨胀应力的作用下，封孔剂能够快速渗入煤岩体裂隙中，将裂隙封闭，钻孔密封。

2.2 封孔工艺

安尔特封孔工艺见图1。① 钻孔形成后，用高压吹风管将封孔段内煤屑清除；② 在抽排管靠近封孔段里端用透明胶安放2组安尔特高效封孔袋凝聚物，在孔口段用胶带将2组安尔特高效封孔袋凝聚物和抽排管、注浆管及回浆管固定，注浆管和回浆管分别长0.5 m和2.5 m，直径均为16 m，两管在孔口端外露20～30 cm；③ 将封孔袋中间的隔板抽出后，将封孔袋挤压揉搓20～30 s，将袋内的液体混合均匀后，将抽排管放入孔中，再用棉纱或者编织袋等将孔口堵塞，防止混合物反应喷出，混合物在30～50 min内可以完全反应，然后在两堵头之间注入安尔特高效膨胀封孔剂；④ 按上述工艺流程，以若干钻孔为一组，将孔口两端封好后再统一注入安尔特膨胀剂；⑤ 进行现场施工需准备1台2ZBQ24/10型气动注浆泵，清水桶和浆液搅拌桶各一个；⑥ 注浆泵在运行前应先进行调试工作，主要检查管路及接头是否畅通及各接头是否牢固等；⑦ 封孔剂水灰比为1∶1，将浆液搅拌好后，将注浆泵通过快速接头与注浆管接通，当回浆管返浆时，停止注浆并将回浆管弯折扎紧，此时应采用间歇性注浆方式，当注浆孔内压力达到1～2 MPa时，即可停止注浆。注浆工作完成后，将注浆管弯折扎紧，同时打开卸压阀卸压，将快速接头取下与下一注浆孔相连接并注浆；⑧ 注浆工作完成后，将注浆管路拆除，通过清水桶对注浆泵各管路及连接洗头进行清洗工作，以备再次进行使用。

图1 安尔特封孔工艺

3 工业性试验

3.1 试验地点

本次安尔特封孔工业性试验地点为王坡煤业3205运输顺槽，王坡煤业为高瓦斯矿井，现主采3#煤层，3#煤层厚度为4.1～6.7 m，均厚5.76 m，煤层倾角为2°～11°，针对工作面瓦斯涌出量较大的问题，通过采用本煤层钻孔抽放和高位钻孔抽放两种方法对工作面进行瓦斯预抽，钻孔选用ZYWL-1900R履带式全液压钻机，钻杆直径为73 mm，长度为1000 mm，钻头选用直径为115 mm的PDC钻头，封孔段长8 m，直径为75 mm的PVC抗静电封孔管与直径为457 mm的抽排管通过蛇形胶管连接，钻孔参数如表1所示。

3.2 效果分析

王坡煤业原瓦斯钻孔封孔采用聚氨配合麻袋片的方法，采用该方法后，抽采孔有效抽采期短，抽采孔抽采浓度会发生严重下降，无法达到预期抽采效果。在试验巷道内施工钻孔20个，共分为4组，每组5个钻孔，A组（编号1～5）和B组（编号11～15）为采用原封孔工艺的钻孔，C组（编号6～10）和D组（编号16～20）为采用新封孔工艺的钻孔，采用交叉封孔的方式，即采用新封孔工艺的钻孔和采用原封孔工艺的钻孔间隔布置，每组的5个钻孔的封孔时间及瓦斯浓度的测定要保持同步，每个钻孔孔口的负压应大于13 kPa。钻孔封孔完成后，对抽放孔的瓦斯浓度和流量进行持续测量并记录，共测量10周，每周测量一次，然后对每组5个钻孔所测量的瓦斯浓度和流量取平均值，绘制图2中的不同封孔工艺的瓦斯平均浓度对比图和图3中瓦斯平均纯流量对比图。

图2 不同封孔工艺瓦斯平均浓度对比

由图2可知，A组钻孔和B组钻孔均为采用原封孔工艺，采用原封孔工艺，抽采浓度最高时可达到55%，然而随着时间的增长，抽采浓度下降较快，当到第5周时，抽采浓度已经下降到30%以下，钻孔无法持续较长时间的高浓度抽采；而采用安尔特封孔工艺后，初期最高抽采浓度可达到80%，直到第10周钻孔抽采浓度仍在50%以上，10周内平均抽采浓度可达到70.7%，瓦斯抽采浓度下降较慢，能够保持较长时间的高浓度抽采。

图3 不同封孔工艺瓦斯平均纯流量对比

由图3可知，采用原封孔工艺的A组和B组钻孔内瓦斯平均纯流量均小于0.05 m3/min，随着时间的增长缓慢下降，最终10周内平均纯流量为0.024 m3/min，从总体来看，平均纯流量处于较低的水平；而采用新封孔方式后，C组和D组所测定的平均纯流量均保持在0.05 m3/min以上，10周内平均纯流量为0.072 m3/min，由图2和图3可知，采用新型安尔特封孔工艺可以有效提高瓦斯抽采的浓度和流量。

3.3 钻孔封孔质量的影响因素

① 封孔材料的流动性及凝固后的强度等性质对封孔质量具有重要的影响；② 钻孔封孔长度对其密封性好坏有重要影响；③ 该封孔方式为带压封孔，则注浆压力的大小会影响到封孔质量的好坏；④ 若煤岩体破碎，节理裂隙发育，则会影响到封孔质量；⑤ 煤层内含水，瓦斯流动的通道被水封死，则会影响到瓦斯抽采的效果；⑥ 在工作面回采动压影响下，会导致钻孔周边煤岩体破碎，对封孔效果产生不利影响。

4 结语

本文对不同封孔方法优缺点及安尔特封孔原理及工艺进行了介绍，通过在顺层钻孔对原封孔方法及安尔特封孔方法进行工业性试验对比，结果表明采用新型封孔方式可有效提高瓦斯钻孔抽采浓度及流量，对该矿瓦斯治理起了积极有益的作用。

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