卸压区域顺层钻孔两堵一注定点封孔位置考察与应用

白明锴

（河南永锦能源有限公司，河南 许昌 461670）

0 引 言

封孔质量是影响抽采效果的关键因素，不同封孔工艺和封孔材料下的抽采效果具有较为明显的区别特征[1]，若封孔深度较长，不仅会浪费封孔材料，还会导致从松动区边界到封孔段末端一带的煤体瓦斯抽不出，从而形成抽采盲区[2]，为了解决钻孔漏气现象，对原有的封孔工艺进行改进，提出定点定长度封孔方法[3]，既保证了钻孔封孔的气密性，又节约了封孔材料。

1 概 况

根据河南省地层区划，禹州煤田位于华北板块南缘嵩箕构造区汝阳—确山小区之禹州煤田景家洼向斜北翼西段。云盖山煤矿一矿位于禹州煤田西部，主要开采二1煤层，属煤与瓦斯突出矿井，地质条件复杂，煤层赋存不稳定，煤层透气性系数为0.435 m2/（MPa2·d），衰减系数为 0.02 ～ 0.11d-1。煤巷掘进区域采取穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯煤层瓦斯的方法并配合水力冲孔卸压增透措施，回采区域采取穿层钻孔治理，并在上下顺槽施工顺层钻孔降低煤层瓦斯含量。

2 封孔工艺现状及两堵一注定点封孔工艺

2.1 封孔工艺现状

22204 运输顺槽以上20 m 范围为穿层钻孔预抽煤巷条带治理区域（图1），在向回采区域施工的顺层钻孔，由于无法确定水力冲孔后疏松圈的位置，封孔深度24 m，采用矿用合成树脂和水泥浆一堵一注封孔，大量浆液渗透封孔段，以达到封闭的目的。

图1 22204 底抽巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯平、剖面Fig.1 Strip gas leveling and section of pre-coal pumping roadway in 22204 bottom pumping roadway through borehole

2.2 两堵一注定点封孔工艺原理

矿井实测水力冲孔的抽放半径为7.8 m，穿层钻孔条带治理控制22204 运输顺槽巷道轮廓线外20 m（斜距），假定水力冲孔影响的范围为椭圆形（图2），顺层钻孔的封孔深度大于27 m 才能封过穿层钻孔条带治理区域，结合矿井巷道预排瓦斯等值宽度测试报告，当煤壁暴露时间为300 d 时，巷道预排瓦斯等值宽度为30 m，巷道掘进至回采的时间＞300 d，在钻孔的24 ～30 m 两堵一注定点封孔，封孔位置在穿层钻孔条带治理以里，且不超过30 m 的位置，带压封孔能主动支护钻孔,膨胀力继续压密未曾充填的裂隙，进一步减少漏气通道，有效的防止钻孔漏气，且有效的避免钻孔抽采盲区。

图2 两种封孔工艺示意Fig.2 Two kinds of hole sealing processes

3 现场试验及抽放效果考察

3.1 试验地点布置

为了确保试验的准确性，在22204 运输顺槽里程926 ～950 m 煤层赋存稳定的区域进行试验，该区域平均煤厚5 m，原始瓦斯含量5.28 m3/t，原始瓦斯压力0，采用抽采参数对比的方法，一堵一注封孔一组，试验钻孔各施工一组进行对比，每组设置10 个钻孔，钻孔间距1.2 m。钻孔施工完成后，联网抽放（表1）。

3.2 钻孔初抽浓度对比

钻孔采用打1 个、封1 个、开抽1 个、观测1个的方法，钻孔测定初抽浓度后记录在档，全部施工结束后，进行初抽浓度对比，如图3 所示。

由图3 可知，两堵一注定点封孔的初抽浓度最高94%，初抽浓度在80%以上的钻孔7 个；一堵一注封孔的初抽浓度最高95%，初抽浓度在80%以上的钻孔6 个，由此可见，两堵一注定点封孔和一堵一注封孔的初抽浓度基本一致。

表1 一堵一注封孔与两堵一注定点封孔情况对比Table 1 Comparison of one-plugging-and-one injection sealing hole and two-plugging-and-one injection fixed point sealing hole

图3 初抽浓度对比Fig.3 Comparison of initial extraction concentration

3.3 组抽放浓度对比

全部钻孔施工结束，规范联网后，每天观测1次，进行组参数对比，观测周期30 d。抽采参数对比方式：因钻孔施工时间不同，观测期间存在抽放时间差异，采用累计抽放时间对比，即一堵一注封孔联网后第一天与两堵一注定点封孔联网后第一天进行对比，以此类推（图4）。

图4 组抽放浓度对比Fig.4 Comparison of pumping concentrations in groups

图4 中显示两堵一注定点封孔的组抽放浓度最高62.2%，一堵一注封孔的组抽放浓度最高60%，开抽前10 d 内变化大，无明显的规律，从11 d 开始以后，两堵一注定点封孔的组抽放浓度总体趋势高于一堵一注封孔，在抽放第26 d 后两堵一注定点封孔的抽放浓度仍在50%，一堵一注封孔的抽放浓度下降到16.2%，由此可以看出两堵一注定点封孔比一堵一注封孔抽放浓度衰减慢。

3.4 组抽放负压、混合流量对比

图5 为组抽放负压对比，图中显示两堵一注定点封孔的负压在15.7～22.9 kPa 波动，一堵一注封孔的负压在14.2 ～21 kPa 波动，通过对比，采用带压封孔，存在浆液渗透不均匀，局部与穿层钻孔条带治理区域较近，发生漏气现象，抽放负压负压损耗偏大，略低于两堵一注定点封孔。

图5 组抽放负压对比Fig.5 Comparison of suction negative pressure groups

图6 为组抽放混合流量对比，图中两堵一注定点封孔的组混合流量在0.041 ～0.144 m3/min 波动，一堵一注封孔的组混合流量在0.099 ～0.226 m3/min 波动，相比一堵一注封孔距煤巷条带治理区域较近，封孔深度较浅，易发生漏气现象。

图6 组抽放混合流量对比Fig.6 Comparison of pumping mixed flows

3.5 组抽放纯流量对比

图7 为组抽放纯量对比，图中两堵一注定点封孔的抽放纯流量最大达到0.086 m3/min，一堵一注封孔的抽放纯流量最大达到0.095 m3/min，两堵一注定点封孔的抽放纯流量最小0.013 m3/min，一堵一注封孔的抽放纯流量最小0.007 m3/min；在抽放10 d 后，两堵一注定点封孔组的抽放纯流量均大于一堵一注封孔组。

图7 组抽放纯流量对比Fig.7 Comparison of groups of pure pumping flows

3.6 抽采量对比

表2 为抽采量统计，表中两堵一注定点封孔比一堵一注封孔的平均抽采量日增长20.9 m3，单孔平均抽采量日增长2.09 m3，钻孔平均每米孔长日增长0.74 m3，两堵一注定点封孔的累计抽采量是一堵一注封孔的1.5 倍。

表2 抽采量统计Table 2 Statistics of extraction quantity

4 经济效益分析

表3 显示两堵一注定点封孔成本约1 178 元，一堵一注的封孔成本约1 340 元，相比减少封孔材料费用162 元，22204 运输顺槽长度1 500 m，设计钻孔工程1 250 个，全部使用这种工艺可节约封孔材料费用20 万元。

5 结 语

通过对穿层条带治理卸压区域顺层钻孔两堵一注定点封孔与传统的封孔工艺（一堵一注封孔）试验对比，确定出矿井的穿层条带治理卸压区域顺层钻孔的最佳封孔位置，在24 ～30 m 位置定点注浆充填，在保证钻孔的气密性的同时，节约了封孔材料。

表3 封孔材料成本对比（以平均孔深71.6 m 为例）Table 3 Comparison of hole sealing material cost(taking average hole depth of 71.6 m as an example)