瓦斯抽采二次封孔技术研究及应用

摘 要 在矿井瓦斯抽放施工中，钻孔封孔工艺会对瓦斯抽采效果产生较大影响，传统的单次投入方式很难达到理想的瓦斯抽采效果，对此，可采用二次封孔新技术，能够有效提升瓦斯抽放浓度，同时有效延长瓦斯抽放期。对此，本文首先对二次封孔技术原理进行介绍，然后以实际项目为例，对瓦斯抽采二次封孔技术应用要点进行详细探究。

关键词 瓦斯;二次封孔;原理

引言

在煤矿开采中，矿井瓦斯是十分严重的灾害类型，对于煤矿开采安全会构成严重威胁。现如今，在瓦斯治理方面主要采用煤层瓦斯抽采技术，但容易受到环境地质因素、抽采钻孔以及封孔技术等因素的影响，比如，在瓦斯抽采后期，封孔区域会产生裂隙通道，在抽采负压的影响下，外界空气可通过裂隙通道进入抽采钻孔中，导致瓦斯抽采浓度快速衰减，在掘进施工中瓦斯超限，影响矿产开采安全性。通过利用二次封孔技术，能够有效提升瓦斯抽采浓度，提升钻孔利用率，因此，亟须对二次封孔技术在瓦斯抽采中的应用进行深入研究。

1二次封孔技术原理

首先进行第一次钻孔封孔施工，对封孔质量进行检查，在带压气体的作用下，以一定压力将微细膨胀粉料送入至煤层钻孔中。在抽采负压作用下，微细膨胀粉料可逐渐渗透至煤层周围的网状裂隙中，进而有效提升裂隙气体的流动阻力，避免外界空气进入抽采钻孔通道中，减少钻孔内漏风量，提升瓦斯抽采浓度，保证抽采效果。

1.1 确定封孔长度

在设置抽采钻孔封孔长度时，应注意确保足够长的抽采周期，尽量缩短封孔长度。抽采巷道围岩瓦斯钻孔的封孔长度应大于巷道周围裂隙圈深度，避免空气通过裂隙进入至钻孔中。

1.2 巷道裂隙圈的形成

巷道裂隙圈是由煤层拉伸破坏所形成的，在巷道掘进施工过程中，在径向范围内可产生压应力以及压缩变形，另外，切向可产生拉应力和拉伸变形。岩石抗拉强度比较差，如果拉伸应变大于破坏应变，则在径向范围内可产生巷道裂隙，并逐渐形成裂隙圈。在巷道掘进施工过程中，松动圈深度可逐渐超过封孔深度，因此裂隙带会逐渐发展成为钻孔短路风流的通道，外界空气通过裂隙带进入至钻孔后，会对抽采钻孔密闭性造成不良影响。

1.3 确定封孔长度

通常情况下，在巷道周边所形成的裂隙圈半径在3～5m之间。另外，综合考虑各项影响因素，对于封孔位置，应注意合理避开松动圈，风口位置与孔口之间应保持5～7m的距离，封孔长度则需控制在3～5m之间。通过结合实际情况合理确定风口位置以及封孔长度，可避开裂隙圈，保证封孔效果，尽量减少封孔材料利用量[1]。

2项目概况

重庆市南川宏能煤业有限责任公司矿井为煤与瓦斯突出矿井，在矿井开采中，瓦斯压力为1.69MPa，瓦斯含量为13.17m3/t，根据矿产勘察，瓦斯总产量为5.1亿m3，煤层气量抽出总量在1822万m3以上。在该煤矿开采中推广应用顺层钻孔预抽低透气性煤层瓦斯技术，瓦斯抽放率不断提升，并达30%以上。现如今，瓦斯抽放技术发展水平不断提升，推广应用密集网格式布孔技术、采空区瓦斯抽放技术以及底板穿层钻孔技术，瓦斯抽放水平显著提升，并且瓦斯抽放量可维持在300万m3以上。

井田处于四川盆地东南缘，在矿井开采中，分东、西两翼进行开采，煤炭年开采量为30万t。通过对矿区进行地质勘察，煤系地层的厚度为117m，平均倾斜角度为25°。另外，本组中部以及下部含煤层为2～4层，可采煤层为6号煤层，其余煤层厚度在0.3m以内，稳定性较差，开采价值比较低。另外，煤层层数由西向东逐渐减少。

龙潭组煤系地层覆盖厚度比较大，透气性较差，渗透率在0.033975～0.231928m2/MPa2·d之间，煤层无露头，并且背斜轴部没有强烈侵蚀，在瓦斯运输方面，煤系向地表运输难度比较大，可保证瓦斯开采条件。另外，煤田主要为逆掩断层，在断层带的阻碍作用下，可形成瓦斯储存封闭地带，在该地区矿产开采中会涌出大量瓦斯，因此容易发生瓦斯突出事故[2]。

3瓦斯抽采二次封孔技術

3.1 第一次封孔

封孔施工工艺如图1所示。在本次封孔施工中，对于封口材料，采用马丽散封孔材料。首先在工作面进行顺层钻孔施工，在达到设计深度后，即可插入抽放管。在L1段两端缠绕棉纱，准备一根胶管注入马丽散封孔材料，并将其插入L1段注浆发泡封孔。在注浆完成后，封孔材料膨胀，即可堵塞钻孔L1段，在打开抽放管阀门后，即可进行瓦斯抽放。完成第一次封孔施工，L2段可预留第二次封孔空间，一般要求预留2～3m。

3.2 第二次封孔

在第一次封孔施工完成后，即可进行瓦斯抽放。随着瓦斯抽放的不断进行，煤层可发生收缩变形，同时透气系数逐渐升高，钻孔周围煤层列席裂隙扩张发育，外界空气可通过裂隙网进入至抽采钻孔中，导致瓦斯抽采浓度降低，进而缩短抽采期。为了提升瓦斯抽采浓度，延长抽采期，提升钻孔利用率，可进行第二次封孔。

在第一次封孔完成并且达到良好效果后，即可进行第二次封孔，第二次封孔工艺如图2所示。采用马丽散封孔材料，将抽采孔周边报废钻孔进行封堵，然后采用与压气管路相连的粉料输送管插入煤层钻孔中，尽量贴近第一次封孔位置，打开阀门，将高压空气调整为0.2MPa～0.3MPa。将微细膨胀粉料吹入至钻孔中，直至充满煤层钻孔，然后停止送风，最后采用棉纱堵塞进风口。在瓦斯抽采系统负压作用下，微细膨胀粉料可渗透至煤层周围网状裂隙群中，进而提升裂隙内气体流动阻力，避免外界空气进入抽采钻孔中。在完成二次封孔后，可对抽采效果进行仔细观察[3]。

4结束语

在煤矿开采中，通过应用二次封孔技术，可达到良好的效果，能够有效提升钻孔浓度，并且封孔效果良好，可加速瓦斯抽采抽出，单孔钻孔效率较高，废孔率降低。由于抽放半径增大，因此钻孔终孔间距较大，可减少钻孔数量，降低瓦斯抽采所需成本，提高煤层瓦斯抽采率，缩短瓦斯抽放周期，确保工作面回采效果。

参考文献

[1] 王晓东.煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式研究[J].石化技术，2019，26（5）：55-56.

[2] 王胜利，赵萌，秦汝祥.瓦斯抽采钻孔封孔效果考察及影响因素分析[J].中州煤炭，2017，39（8）：92-95.

[3] 臧广伟.顺煤层瓦斯抽采钻孔封孔新工艺[J].黑龙江科技信息，2017，4（16）：82-82.

作者简介：

张勇（1983-），男，四川犍为人;工程师，现就职单位：重庆市南川宏能煤业有限责任公司，研究方向：煤矿通风、瓦斯抽放及防突技术管理。