囊袋式“两堵一注”带压封孔材料试验研究

陈君龙

（百矿集团有限公司，广西 百色 533000）

预抽煤层瓦斯是降低突出危险区煤层瓦斯含量、防治煤与瓦斯突出的重要安全措施，是实现煤矿高效安全开采的重要基础。瓦斯抽采钻孔封孔技术是影响煤层瓦斯抽采效果的重要因素。针对百矿集团六龙煤矿3#煤层1034 工作面瓦斯抽采效果不佳的情况，经分析研究，发现两堵一注封孔工艺中封孔材料是影响抽采效果的关键因素。针对这一情况，提出对囊袋式带压封孔工艺的封孔材料进行研究试验，考察新型封孔材料在1034 工作面瓦斯抽采囊袋式带压封孔工艺中的效果，进而确定能够提高瓦斯抽采效果的新型封孔材料。

1 囊袋式“两堵一注”带压注浆封孔工艺

囊袋式“两堵一注”带压注浆封孔工艺，一方面能使钻孔周围的裂隙得到充填，消除开孔时形成的漏气通道（裂隙），即消除初期漏气通道；另一方面能使钻孔得到可靠的支护保证（裂隙），即避免后期漏气通道的产生和发展。

囊袋式带压注浆封孔工艺采用“两堵一注”的封孔原理，即先两端封堵，然后再对中间注浆封孔，如图1 所示。从图1 可知，作业时，根据所需封孔长度，设定封闭装置之间的距离，通过一根注浆管路向囊袋A 和囊袋B 注入封孔材料密封钻孔两端，采用注浆泵的压力使囊袋A 和囊袋B 鼓起，封闭钻孔，再持续带压自行向中间区域注浆，充实并压入孔壁裂隙内，当注浆压力达到2 MPa 时停止注浆，从而实现有效快速密实封孔。

图1 囊袋式注浆封孔工艺原理

在囊袋式注浆封孔工艺当中，配合囊袋式封孔装置使用的是封孔材料。在六龙煤矿瓦斯抽采作业实践中，封孔材料主要是采用水泥砂浆。从实践应用情况来看，水泥砂浆封孔材料的流动性、膨胀性和密实性不佳，封孔成本较高，瓦斯抽采效果一般。针对这一情况，专门自行研发了一种封孔材料，通过多次试验，选择确定了由具有膨胀性强、密封性强、流动性强的材料配置而成的JD-WFK 型新型封孔材料。该JD-WFK 型新型封孔材料由高分子材料及多种助剂复配而成，外观为灰色粉末，无毒、无污染、无腐蚀性、不燃、阻燃。该封孔材料与水1:1兑水施工，作业时无明显热量放出。

对JD-WFK 型新型封孔材料与水泥砂浆封孔材料进行了配比凝固对比试验，试验结果如图 2 所示。

图2 左侧为水泥砂浆封孔材料配比凝固图，该材料的密实性不佳，有明显裂纹，有空洞存在；右侧为JD-WFK 型新型封孔材料配比凝固图，该新型封孔材料膨胀性、密实性更好，无明显裂纹和空洞。

图2 不同封孔材料配比凝固对比实验结果图

2 工业性试验

2.1 工程概况

百矿集团六龙煤矿位于贵州省六盘水市六枝特区平寨镇六龙村，该矿生产能力为360 万t/a。矿井剩余服务年限67.3 a。矿井东西长约14 km，南北宽约4.1 km，面积为50.91 km2。截至2020 年底，矿井保有地质储量为50 825.4 万t，可采储量为33 902.6万t。当前主要开采3#煤层，3#煤为低灰低硫煤，是良好的配焦煤。六龙煤矿3#煤层1034 工作面地质构造复杂，顶板为粉砂岩、生物灰岩，底板为泥岩、粉砂岩。煤层坚固性系数f=0.41～0.53，煤层透气性系数0.016 8～0.126 6 m2/MPa2·d，岩层透气性差，不利于瓦斯渗出逸散。煤层瓦斯含量19.28 m3/t，瓦斯压力1.39～2.37 MPa，瓦斯含量高，瓦斯压力大，属煤与瓦斯突出矿井。1034 工作面主要采用顺层预抽钻孔抽采瓦斯进行区域防突。

2.2 抽采工艺对比试验

1034 工作面顺层抽采钻孔采用上下顺槽对向平行布置，设计钻孔间距3 m，封孔深度10 m，两端采用聚氨酯封堵，中间注入封孔材料。囊袋式“两堵一注”带压注浆封孔法工艺如图3 所示。

图3 1034 工作面顺层抽采钻孔示意图

对比试验区域：工作面下顺槽位置，布置瓦斯抽采钻孔AB 组。A 组4 个钻孔为对照组，采用水泥浆封孔材料，B 组4 个钻孔为试验组，采用囊袋式新型封孔材料。钻孔布置示意如图4 所示，钻孔竣工参数情况如表1 所示。

图4 钻孔布置示意图

表1 封孔工艺考察钻孔竣工参数

2.3 应用效果分析

在1034 工作面瓦斯抽采作业过程中，对A、B二组不同封孔工艺材料的瓦斯浓度、瓦斯流量进行检测，时间为60 d，对检测数据进行记录。从检测数据可知，60 d 的瓦斯抽采期内，采用新型封孔材料的囊袋式带压封孔工艺的钻孔瓦斯抽采体积分数均保持在56%以上，抽采瓦斯纯流量在0.026 m3/min左右，瓦斯抽采量稳定。而对于对照组采用的水泥浆材料的封孔工艺来讲，在60 d 的瓦斯抽采期间内瓦斯抽采体积分数在45%～15%左右，抽采瓦斯纯流量在0.015～0.007 m3/min，瓦斯抽采量非常不稳定，衰减明显。

综合试验组和对照组来看，适用新型封孔材料进行囊袋式带压封孔的，其钻孔瓦斯抽采浓度和抽采纯流量相对对照组提高2 倍左右，封孔效果提高显著。

3 结 语

（1）对于囊袋式“两堵一注”带压封孔工艺来讲，新研制的新型封孔材料具有较好的膨胀性和密实性，通过不同封孔材料配比凝固对比可知没有明显裂纹和空洞。

（2）通过1034 工作面工业性试验可知，瓦斯抽采体积分数均保持在56%以上，抽采瓦斯纯流量在0.026 m3/min 左右，瓦斯抽采量稳定。

（3）新型封孔材料用于囊袋式“两堵一注”带压封孔工艺，操作简便、快捷，技术先进，封孔效果好，可在煤矿井下顺层预抽钻孔瓦斯抽采中推广应用。