新型高水材料封孔技术在新景公司的应用

李旭阳

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

煤矿瓦斯抽采的技术手段主要有钻井抽采、巷道抽采和钻孔抽采，其中钻孔抽采具有形式灵活、成本低、与生产可以同时进行等优点[1]，因此钻孔抽采一直是煤矿瓦斯治理的基础手段，具有广泛的应用面。但是我国钻孔抽采质量较差，其中最主要的原因是封孔密封质量差。影响封孔密封质量好坏最核心的因素是封孔材料的使用[2]。现阶段，我国煤矿几乎都在使用水泥砂浆进行封孔。水泥砂浆凝结相对较慢且在凝结后期易开裂，严重影响瓦斯抽采质量。基于此，国内外专家学者研究出了一种新型高水材料进行封孔[3]。与传统水泥封孔注浆材料相比，高水注浆封孔材料具有高水灰比、凝结速度快、固结强度随时间发展变化较快、性能较稳定等特点，且具有一定的膨胀特性，因此将高水材料应用到封孔上可以大大提高瓦斯的抽采质量[4]。

阳煤集团新景公司在煤层预抽瓦斯存在封孔质量差、抽采效率低的问题，封孔失效等问题也频繁出现。针对以上问题，新景公司多次进行技术改革，但是改进效果不佳。由于高水材料在封孔方面具有较好的特性，因此新景公司在3218 工作面进行高水材料封孔技术研究，改变传统的封孔方法，来实现高浓度和高效率的抽采。

1 工程背景

施工地点为3218 辅助进风巷掘进工作面。3218 掘进工作面井下位于一采区北翼中部，东为3216 工作面（正采），南为3217 工作面（正掘），西为3220 工作面（未掘）。3218 辅助进风巷、回风巷设计1392 m，辅助进风巷已掘1070 m，回风巷已掘1260 m。本面南部为一倾向SW 的单斜构造，煤层倾角4°～10°；中部为宽缓背斜、向斜组合的褶皱构造，煤层倾角2°～6°；北部为一倾向SW 的单斜构造，煤层倾角3°～8°。在3218 辅助进风巷进行本煤层抽采钻孔目的是保护3218 回采工作面。

2 试验方案

在3218 辅助进风巷选取100 个本煤层预抽钻孔进行封孔试验，钻孔深度120 m，间距均为1.5 m。每10 个钻孔为一组，共计10 组，其中5 组采用“两堵一注”高水材料进行封孔，其余5 组采用原“两堵一注”水泥砂浆封孔工艺进行封孔。钻孔封孔深度均为9～17 m，抽采负压要求达到13 kPa。两种封孔工艺以组为单位交替施工。

由于合作方材料等原因，本次试验在3218 辅助进风巷选取10 个（280#～289#）本煤层预抽钻孔采用“两堵一注”高水材料工艺进行封孔，另选取相邻的10 个（290#～299#）钻孔采用“两堵一注”水泥砂浆工艺进行封孔，封孔完毕后连接抽采系统。

效果考察要求每日测定单孔抽采浓度，并以组为单位测定抽采负压、流量、浓度。根据抽采参数、封孔成本、抽采达标时间分析对比两种封孔工艺抽采效果。

3 封孔工艺原理

新型高水材料抽采钻孔封孔工艺主要原理是：通过注浆管向钻孔内注入高水材料，前囊袋和后囊袋首先被注入高水材料，当两个囊袋被注满后，继续注浆，注浆管的压力逐渐超过0.8 MPa 时，爆破阀破裂，两个囊袋之间的部分随即被注入高水材料，当返浆管回浆时，用铁丝将返浆管捆扎，直至压力表达到1 MPa 时，即可停止注浆。新型高水材料抽采钻孔封孔工艺示意图如图1。

图1 新型高水材料抽采钻孔封孔工艺示意图

注浆所用封孔剂为新型高水材料，材料由A、B 两种组分组成，与水按照8:5 和8:4 的比例混合。注浆泵采用双液注液泵，A、B 两种料分别调制，在双液注液泵的出浆口混合后注入，示意图如图2。

图2 注浆封孔系统示意图

4 抽采效果

4.1 抽采参数分析

6 月11 日封孔完毕，12 日测定试验孔和对照孔抽采浓度，见表1。根据浓度对比表可知，抽采初期，封孔材料未完全凝固，密封还达不到要求，抽采浓度都处于80%以下，平均浓度相差不大。

表1 6 月12 日抽采浓度对比表

从6 月12 日至9 月2 日的抽采数据来看，试验孔和对照孔的浓度变化趋势基本一致。通过数据对比，试验孔平均小组浓度为73.7%，对照孔为55.4%，试验孔是对照孔的1.3 倍。试验孔平均混合量0.590 m3/min，平均纯量为0.443 m3/min ，对照孔平均混合量0.560 m3/min，平均纯量为0.205 m3/min，试验孔小组纯量是对照孔的2.16 倍。瓦斯浓度对照曲线如图3。

表2 抽采情况对比表

图3 瓦斯浓度对照曲线

4.2 抽采达标时间

抽采达标时间可以按照下式计算：

T= [（W0-WCY）G]/Q

（1）依据高速公路的具体情况，在施工现场，制定相应的工序、要点，完成相应的观测工作，并且每一项观测任务都落实到个人。

式中：WCY为煤的残余瓦斯含量，7.5 m3/t；WO为煤的原始瓦斯含量， 16.591 6 m3/t；G为煤炭储量（控制煤量120 m），50 400 t；Q为日抽采纯量，试验孔日抽采纯量为5 097.6 m3，对照孔为2 360.8 m3。

计算得出，试验孔抽采达标时间为89 d；对照孔抽采达标时间为194 d。

试验孔的瓦斯抽采达标时间比对照孔瓦斯抽采达标时间提前105 d。

4.3 成本比较

高水材料封孔单孔成本2100 元，水泥砂浆封孔单孔成本1866 元。

高水材料4000 元/t，10 个试验钻孔共使用A、B 两种料0.25 t，高水材料单孔封孔费用4000×0.25/10=100 元/孔。整套封孔设备费用为2000 元/套，总计单孔成本为2100 元。

水泥砂浆封孔材料单价为1700 元/t，10 个对照钻孔共使用材料0.3 t，累计封孔材料费用1700×0.3/10=51 元/孔。整套封孔设备单价为1815元/套，总计单孔成本为1866 元。

5 结论

试验孔平均小组浓度为75%，对照孔为36.6%，试验孔是对照孔的1.3 倍。试验孔平均纯量为0.443 m3/min，对照孔平均纯量为0.205 m3/min，试验孔小组纯量是对照孔的约2.2 倍。

（2）抽采达标时间

试验孔抽采达标时间为89 d，对照孔抽采达标时间为194 d。试验孔的瓦斯抽采达标时间比对照孔瓦斯抽采达标时间提前105 d。

（3）成本对比

高水材料单孔封孔成本为2100 元，水泥砂浆单孔封孔成本为1866 元。高水材料单孔封孔费用比水泥砂浆封孔高234 元。

综合以上数据分析，高水材料封孔技术相对于传统的水泥砂浆封孔而言，具有抽采瓦斯浓度高、抽采达标时间短和成本低的特点。所以高水材料封孔技术对于钻孔抽采瓦斯有较好的应用前景。