解析煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式

权立 李印成 刘珩博

陕西省煤层气开发利用有限公司铜川分公司

一、引言

对于煤矿生产来说，瓦斯事故是影响安全性最为主要的事故之一。随着近些年我国瓦斯抽采技术水平的快速提升，在治理煤矿瓦斯以及预防瓦斯事故过程中得到了非常大的进步。但是现阶段我国某些煤矿瓦斯抽采率以及瓦斯抽采浓度还是无法达到标准，其中最主要的原因就是瓦斯抽采钻孔封孔的效果不好。所以研究如何加强瓦斯抽采钻孔封孔质量已经成为了急需解决的问题，同时也是确保煤矿生产安全性的重要保障。本文主要对煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式进行相应的分析，并且提出优化抽采钻孔效果的技术对策，希望能够对提升瓦斯抽采率以及瓦斯抽采浓度起到一定帮助。

二、煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式以及存在的问题分析

（一）水泥砂浆封孔方式及问题分析

第一，水泥砂浆封孔方式。此种方式主要是在传统手工黄泥封孔基础上进行的有效改进，主要是将细砂和硅酸盐水泥根据相应比例配置成为水泥砂浆，通过人工封孔以及机械封孔两种方式进行封孔，一定程度上提升了瓦斯抽采钻孔的封孔效果。但是人工封孔需要消耗大量的人力物力，并且封孔长度一般在5m以内，已经逐渐淘汰，而采取压气封孔或者注浆泵封孔方式代替。

第二，水泥砂浆封孔方式存在的问题。人工水泥砂浆封孔长度有限并且效果相对较差，受到抽采负压的作用空气还是会通过巷道裂隙进入到抽采钻孔内部，从而降低瓦斯抽采浓度。压气封孔方式更多应用在巷道破碎带较短、临时瓦斯抽采钻孔封孔中，而注浆泵封孔方式具有注浆泵难以搬运的问题。另外，在井下巷道内进行瓦斯抽采钻孔会破坏煤体，并且煤体的裂隙尺度也有所差异，水泥砂浆封堵方式不能有效解决钻孔周边裂缝封堵问题，效果较差。

（二）聚氨酯封孔方式及问题分析

第一，聚氨酯封孔方式。聚氨酯技术从19世纪开始就已经实施，我国是从上世纪60年代开始对其应用在瓦斯抽采钻孔封孔实施试验研究。其基本原理在于：根据相应比例调配多元醇聚醚以及多异氰酸酯同时并将其注入到抽采钻孔，经过相应反应之后聚氨酯就进行发泡膨胀，从而在钻孔中产生径向力进入到钻孔周边的裂隙当中，从而实现钻孔的封堵。聚氨酯在钻孔中通过发泡、膨胀、凝固从而实现密封钻孔方式。

第二，聚氨酯封孔方式存在的问题。聚氨酯发泡时间很难进行控制，在封孔长度较长过程中常常因为发泡时间较短而发生聚氨酯发泡膨胀但是封孔管无法送到预定区域的问题。钻孔一旦出现变形聚氨酯就会由于受压变形而发生漏气情况，从而降低抽采浓度。另外，聚氨酯材料自身的黏度相对较高，无法对钻孔周围损伤产生的孔隙或者裂隙进行封堵，从而造成密封不严、瓦斯抽采过程漏气严重等问题。

（三）“两堵一注”带压封孔方式及问题分析

第一，“两堵一注”带压封孔方式。首先采用袋装聚氨酯对于封孔段区域实施封堵，一旦聚氨酯发泡膨胀以及凝结之后通过注浆管对于两侧聚氨酯封堵段钻孔实施注浆。受到注浆压力的影响，浆液会向钻孔壁渗透同时填充钻孔周围的裂隙而完成抽采钻孔封孔操作。

第二，“两堵一注” 带压封孔法存在的问题。如果两侧采取聚氨酯封堵方式，那么受到封堵装置自身问题、两端封堵强度较差、注浆压力跟不上而造成封孔效果相对较差。对于囊袋式封孔设备来说，受到囊袋强度方面的限制注浆压力无法过高，很难将水泥砂浆注入到钻孔周边较深的缝隙当中，无法对钻孔周边缝隙进行封堵，不能实现较为严密的封孔。另外，因为始封深度和封孔段长度选择不够合理，尤其是始封深度选择不够合理，目前“两堵一注”封孔工艺以及参数很难有效实现裂隙带内抽采钻孔段的密封，从而造成瓦斯抽采浓度较低、抽采效果不佳。

（四）二次封孔方式及问题分析

第一，二次封孔方式。二次封孔方式属于全新抽采钻孔封孔的方式，已经在某些地区得到了应用，并且有效改善了瓦斯的抽采效果。此种封孔方法主要分为两个阶段，第一封孔阶段主要位于巷道破碎带之外区域，将已经卷缠好高分子聚合发泡材料的瓦斯抽采管插入到钻孔内部实施封孔，同时采用速凝水泥对其进行封堵。第二封孔阶段主要是通过压缩空气将微细膨胀粉料吹入到钻孔内部，通过抽采负压的作用使得粉料进入到漏气通道，从而对钻孔周边的裂隙完成封堵，并且采取速凝水泥将孔口进行封堵，完成封孔操作。

第二，二次封孔方式存在的问题。此种封孔方式需要配备专门的设备，并且对于微细膨胀粉料粒径具有非常高的要求，微细膨胀粉料容易受潮而结块。一旦钻孔中长时间存在水或者粉料，受潮结块之后无法进入到钻孔周围的缝隙当中就会严重影响到此种封孔方式的效果。

三、瓦斯抽采钻孔封孔问题的解决对策

（一）加强多重损伤抽采钻孔周围裂隙发育时效性研究

在进行抽采钻孔施工过程中会在一定程度上损伤巷道和钻孔周边的煤岩体，使其产生塑性区、弹性区以及弹塑性区等等，使得钻孔周围出现裂隙。实施封孔过程中如果不对裂隙实施封堵就会产生较为严重的钻孔漏气，从而影响到抽采的效果。另外，随着时间的积累应力会重新进行分布，会造成钻孔周围的裂隙扩展。所以要明确较为合理的封孔长度以及始封深度就要充分研究多重损伤情况下抽采钻孔周围裂隙发育时效性情况，主要是对钻孔周围裂隙发育时效性实施实验室测定，获取巷道周围三带以及钻孔周围三区分布规律所在（如图1所示），同时要利用数值模拟软件对巷道周围和钻孔周围裂隙发育时效特征进行研究。

图1 巷道周围三带以及钻孔周围三区分布规律

（二）加强封堵材料性能试验和两端合理封堵长度的研究

要对现有聚氨酯或类似膨胀材料的相关性能（主要包括抗压强度、抗剪强度、气密性等）实施理论研究，并通过相应试验对其进行测定。在此基础上进行高强度、高径向作用力两端封堵全新材料的研究，从而保证两端封堵材料具有足够的强度，符合封孔方面的要求。要确保两端封堵材料所具有的作用力能够符合注浆压力方面的要求，确保其材料的强度要求，需要针对不同的封堵长度来分析两端。

（三）确定出较为合理的注浆压力

在经过了多重损伤情况下抽采钻孔周围裂隙发育时效性分析之后能够获取钻孔周围裂隙分布特性，可以通过数值模拟软件来对各种注浆压力情况下浆液对于钻孔周围裂隙封堵情况实施模拟分析，同时通过现场监测的方式来对数值模拟所得结果进行验证，从而获取较为合理的注浆压力，确保浆液可以有效进入到钻孔周围裂隙当中，从而确保封孔之后钻孔不会出现漏气的情况。

四、结束语

本文主要阐述煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式，通过本文的介绍能够对煤矿瓦斯抽采钻孔提供一定参考和帮助。