新型“堵-注-排”封孔工艺在正珠矿的应用

宋以斌

(山西焦煤集团有限责任公司，山西 太原 030024)

正珠矿隶属于山西焦煤集团公司，设计生产能力90万t/a，开采15#煤层，矿井瓦斯绝对涌出量为16.77 m3/min，为突出矿井。矿井于2016年开始使用新型“堵-注-排”封孔工艺，解决了钻孔封孔质量差、填充材料不能充填封堵段围岩裂隙、单孔浓度偏低等问题，提高了抽采效果。

1 原封孔工艺与新型“堵-注-排”封孔工艺对比

1.1 原封孔工艺

封孔管采用5根2 m长封孔管连接，封堵段采用毛巾包裹A、B液快速封孔材料，并预留注浆软管，采用注浆泵将泥浆通过注浆软管注入注浆段，封孔器结构简单，封孔效果较差。该工艺结构图见图1.

图1 原封孔工艺结构图

封孔步骤如下：

1) 开孔用d94 mm钻头施工10 m，退杆换d75 mm钻头进行钻进，直至钻孔成孔。2) 两端封堵段为毛巾包裹A、B液快速封孔材料，包裹长度为0.5 m，封孔管外端再加设一段d10 mm注浆管。3) 快速封孔材料与孔口管送入钻孔内，必须在2 min内完成，否则聚氨酯开始膨胀无法将封孔管送入孔内。注浆必须采取多次补浆，直至钻孔封堵严实。4) 用注浆泵将泥浆从注浆软管中注入注浆段，待返浆管排气→排水→溢出泥浆后，并保证溢出泥浆期间无掺杂大量水及空气时方可停止注浆。5) 外封堵段由里向外均匀注入泥浆，在注至孔口后将孔口水泥平整。

1.2 新型“堵-注-排”封孔工艺

新型“堵-注-排”封孔器主要由瓦斯抽排管、注浆管、排水排气管、内封堵囊袋、外封堵囊袋、锁紧装置、单向逆止阀、爆破阀、安全信号阀和金属管箍等构成。工作时，通过注浆管将注浆材料注入到内外封堵囊袋进行两端封堵，再次注浆到注浆段，待外段安全信号阀打开，封孔完毕实现钻孔的封孔工作。该封孔器结构图见图2.

1—排水排气装置 2、4—内外封堵囊袋 3—爆破阀 5—安全保护信号阀图2 抽采瓦斯用囊袋注浆式封孔器结构示意图

封堵步骤如下：

1) 连接封孔装置：封孔管d50 mm，单根封孔管长度3 m，依次连接3根，里封堵囊袋段距孔口管底部0.5 m，外封堵囊袋段距钻孔口0.5 m，有效注浆段不小于8 m，孔口管外露长度0.2 m.

2) 注浆材料首先注入并充满内封堵囊袋，在达到0.15 MPa时，单向逆止阀打开，开始向外封堵囊注浆。

3) 注浆压力达到0.8 MPa时，内外封堵囊袋之间的爆破阀爆破，注浆材料向内、外封堵囊袋之间注浆，气、水由双排管排出。

4) 当压力达到1.5 MPa，注浆管外段安全信号阀打开，注浆结束，封孔完毕。

1.3 新型“堵-注-排”封孔工艺优点

通过在井下实际施工应用，得出该封孔工艺具有以下几个优点：

1) 封孔方式操作简单，封孔时间大幅缩短，节约了工时。

2) 该封孔器自带安全信号阀，保证整个封孔系统的安全运行和足够的注浆压力，且具有传递注浆过程结束的信号。

3) 使用抽采瓦斯用囊袋注浆式封孔器封孔时，钻孔中的水和气可通过排水排气管排出，解决了含水钻孔的封孔难题。

4) 在封孔段对钻孔施加高压注浆，主动加固钻孔，使钻孔长期保持稳定，为长效封孔创造了条件。

5) 解决了封孔管在封孔后无法处于钻孔中心位置的难题。

2 瓦斯抽采效果对比分析

采用新型“堵-注-排”封孔工艺后，对11502运输巷新施工钻孔与原工艺施工钻孔参数进行了对比分析，根据近两个月的检测数据显示，单孔抽采浓度大幅提高，支管抽采量有一定增大：

1) 单孔瓦斯抽采浓度由原1%～10%上升至5%～80%，单孔瓦斯抽采量平均值由原来的0.002 1 m3/min上升到0.012 2 m3/min.

2) 11502运输巷支管抽采平均浓度由原来的1.8%上升到2.8%，提高了55%，抽采量由原0.7 m3/min提高到1.2 m3/min.

3) 地面泵站高负压抽采平均浓度由原来的1.5%上升到2.2%，提高了37%，抽采量由原来的1.8 m3/min提高到2.7 m3/min.

11502运输巷补打钻孔与旧钻孔参数对比见表1，表1中第一组钻孔瓦斯浓度对比曲线见图3.第二组钻孔瓦斯浓度对比曲线见图4.

表1 11502运输巷补打钻孔与旧钻孔参数对比表

图3 第一组钻孔瓦斯浓度对比曲线图

图4 第二组钻孔瓦斯浓度对比曲线图

3 新型“堵-注-排”封孔器的瓦斯治理效果

11502综放工作面自采用新型封孔技术以来，风排瓦斯量由原来的5.14 m3/min降至3.70 m3/min；抽采量由原来的4.89 m3/min提高至7.78 m3/min；抽采率由原来的48.8%提高至67.8%. 工作面瓦斯浓度从0.18%降至0.10%；上隅角瓦斯浓度从0.48%降至0.26%；回风瓦斯浓度从0.4%降至0.24%. 通过采用新型封孔技术，11502综放工作面瓦斯浓度显著下降，为回采工作创造了先决条件，同时也确保了回采工作的安全顺利进行。

4 结束语

正珠矿自使用该封孔器以来，共施工本煤层抽采钻孔183个，从现场实际操作中得出该封孔器具有操作简单、封孔效果好、安全可靠、适用性强、效率高的优点，改进了原封孔工艺，提高了封孔质量，减少了漏气钻孔的出现，山西焦煤集团公司将在全集团高瓦斯、突出矿井进行推广应用，进一步提高集团公司瓦斯治理效果。