新型封孔技术在瓦斯抽放钻孔中的应用

孙 博

（山西焦煤集团西山煤电镇城底矿，山西 古交 030203）

1 回采工作面概况

镇城底矿22612回采工作面主采3#煤，含有夹矸1～2层，煤层倾角平均12°，平均厚度为3.5m，属于中厚煤层，分布较为稳定，埋深476m，煤层直接顶为泥岩，厚度1.1m，老顶为细砂岩、粉砂岩，厚度10.2m，直接底为灰黑色泥岩，厚度1.1m。该矿井经鉴定为高瓦斯矿井，22612巷位于3.5m的3#煤层中，对22612巷采取抽放措施进行瓦斯抽采，其中瓦斯基本参数如表1所示：

表1 22612巷瓦斯基本参数

此区域煤层属于近水平煤层，起伏变化情况不大，煤质坚硬系数f=1.61，煤质较坚硬，采用本煤层瓦斯钻孔抽放瓦斯的方法。由于煤层节理较为发育，且施工瓦斯钻孔多布置于裂隙带及孔隙带，因此瓦斯抽放钻孔封孔难度较高，而瓦斯通常以吸附态形式赋存于煤体中，而瓦斯运移通道除了解吸之外，还包括裂隙通道，常见裂隙有裂缝、节理、断裂及割理等。因此，有必要对此难题进行深入研究并解决。

该矿区过去的封孔工艺为从孔口处向孔内封6～8m，封口材料选择聚氨酯。由于封孔深度较浅，加之裂隙的影响，使得瓦斯能够从裂隙快速逃逸，从而快速降低了瓦斯的抽放效果，极大地缩短了抽放钻孔的有效使用期。

由于改进前的封孔技术是在封口之后立即对瓦斯进行抽放，因此大量瓦斯被抽放出来，煤层瓦斯压力和含量开始下降，煤层发生变形、位移等变化，从而使得煤层透气性增加，瓦斯得到排放，形成一系列微观裂隙以及孔隙裂隙，这些孔隙裂隙以及微观裂隙在与大气连通之后，当采用抽放钻孔进行瓦斯抽放时，由于负压作用，空气进入钻孔及抽放管路，因此造成了抽放系统瓦斯浓度的降低，所以，必须对原封孔进行改进，为此提出了二次封孔技术。

2 二次封孔技术原理与设计

2.1 二次封孔

二次封孔是在一次封孔基础之上，利用压缩空气的压力将微细膨胀粉送入钻孔中，此时由于瓦斯抽放系统的负压作用，细微膨胀粉会渗入到煤层周围孔隙区域，这样就可以做到利用细微膨胀粉阻止空气进入瓦斯抽放系统，漏风量明显减少，瓦斯抽放浓度明显提高，延长了瓦斯抽放系统的使用时间，提高了抽放系统的安全性。

在一次封孔阶段，由于瓦斯抽放的进行，煤层会发生变形以及位移，导致钻孔周围煤层的孔隙裂隙扩张和发育，外界空气容易侵入钻孔，使得瓦斯抽采浓度不断降低。在二次封孔阶段，将与压缩空气管相连的花管插入煤层钻孔中，并靠近一次封孔阶段的聚氨酯封孔处，打开花管上的阀门，用0.2～0.3MPa的压力将微细膨胀粉吹入煤层钻孔内直至充满，抽出花管，采用速凝水泥密封钻孔，如图1所示。

图1 二次封孔示意图

2.2 粉料输送机

进行二次封孔需要运用粉料输送机，装置如图2所示。

减压阀的作用是将高压气体进行减压，利用三通将减压后的气体分为两路，一路进入进气室，通过倾斜底板的折射向上吹过透气帆布进入吹料室，使粉料吹散为漂浮状态；另一路经吹料进气管及渐缩出口高速吹出，将处于漂浮状态的粉料吹进出料管中，最终进入钻孔。

图2 粉料输送机结构

2.3 二次封孔效果记录

表2是部分试验钻孔数据记录结果，从表中可以看出一次封孔后，在孔间距为2m时瓦斯浓度非常高，说明此时效果最好；在二次封孔后，大部分钻孔瓦斯抽放浓度较一次封孔浓度有比较明显的提高，如表2所示：

表2 改进前后封孔瓦斯抽放浓度对比

3 结论

（1）二次封孔技术在回采工作面、煤巷以及石门见煤处等地点的应用均取得了较好的效果，瓦斯抽放浓度得到大幅度提升，避免了瓦斯涌入工作面等环境，给生产带来隐患。

（2）对于裂隙发育煤层，二次封孔技术具有重要经济价值，技术可行性较高，且设计安全合理，能够在裂隙发育煤层进行瓦斯抽放工作时进行推广并应用此技术。