防突钻孔护壁硬管恒压抽放封孔抽采技术的研究与应用

张莹通　介铁栓

摘  要： 目前，突出矿井中普遍存在瓦斯抽采钻孔预抽浓度低、衰减快，抽采效果不明显的问题，严重制约了矿井安全生产。而瓦斯预抽浓度低的 主要原因是由于封孔工艺落后等原因造成的，煤与瓦斯突出矿井防突钻孔封孔注浆技术有待进一步提高。本着优化封孔注浆效果，提高防突钻孔瓦斯抽 采浓度的目的，需要进一步研究，总结较为完善的封孔注浆技术体系。

关键词： 封孔工艺;护壁;恒压抽放

煤与瓦斯突出是影响煤矿安全生产的重大因素之一，对于煤与瓦斯 突出矿井，在工作面掘进和回采之前都必须对工作面进行区域瓦斯治理。 当前，煤与瓦斯突出矿井采取的区域防突措施主要以底板预抽巷施工穿层 预抽钻孔预抽煤层瓦斯为主要内容。而穿层钻孔封孔注浆工艺对钻孔瓦斯 抽放浓度及效果又起着至关重要的作用。目前，突出矿井中普遍存在瓦斯 抽采钻孔预抽浓度低、衰减快，抽采效果不明显的问题，严重制约了矿井 安全生产。而瓦斯预抽浓度低的主要原因是由于封孔工艺落后等原因造成 的，煤与瓦斯突出矿井防突钻孔封孔注浆技术有待进一步提高。

1 传统封孔工艺的演变、现状及存在问题

义安矿业穿层钻孔封孔注浆工艺从起初的“一堵一注”封孔注浆，在 现场实际应用中不断摸索、改进、优化，演变到后来的“两堵一注”封孔 注浆、“两堵两注”封孔注浆，一直到现在使用的“两堵两注”硬管直连 封孔注浆工艺，基本趋于稳定成熟。“两堵两注”硬管直连封孔注浆工艺 为全孔深封孔，岩段全部下入φ40mmPE实管， 煤段全部下入φ50mm花管 （2m/根） ，实管与花管采用插接方式连接。具体如下： ①钻孔封孔前， 封孔段内的煤、岩粉、积水必须用压风进行清理，确保钻孔通畅，穿层钻 孔封孔之前必须对钻孔内的煤泥进行清理。②封孔人员封孔前应检查封孔 囊袋及注浆管是否有明显破口，如果有破口，则必须更换。③封孔人员封 孔前将孔口金属网等杂物剪掉，最里端花管末端安装堵头，每根抽放管 接口处必须抹pvc胶粘接，一侧敲打紧固，煤孔段全程下花管，实管进入 煤孔段斜长为1-2米。见煤孔深（岩段） ≥18m时， 封孔注浆段位于第11- 18m，封孔段长度为8m;10m < 见煤孔深（岩段） < 18m时， 封孔器里侧 囊袋位于煤岩结合处，封孔深度为见煤孔深（岩段长度），封孔段长度 为8m。④当见煤孔深（岩段） ≤ 10m时， 封孔器里侧囊袋位于煤岩结合 处，将封孔器2个囊袋中间的注浆管剪断并用快接恢复连接，并保证外囊 袋位于孔口向里2m以上。⑤穿层钻孔封孔时，必须加装一根二次注浆管， 二次注浆管固定在两个囊袋中间，具体位置为里侧囊袋下侧，距离里侧囊 袋10-20cm处。囊袋两端用扎带紧固，注浆管、二次注浆管紧贴封孔管每 间隔2米用扎带紧固在封孔管上（注：囊袋中间严禁捆扎）。⑥花管布置 在整个煤孔段，偏差不得少于2米。该封孔工艺在现场实际操作应用中有 效提高了钻孔瓦斯抽放浓度及效果。但该封孔工艺在地面试验过程中，当 花管长度超过4m时，因抽放负压被花管上的抽放孔分流，花管末端基本无 负压。另外，义安矿所采煤层为“三软”煤层，钻孔冲孔后煤段极易塌孔 埋压抽放管堵塞瓦斯抽放通道，且塌孔后的煤体易将抽放花管上的抽放孔 糊住，造成瓦斯抽放效果差，负压低。

2 护壁硬管恒压抽放封孔工艺技术研究

义安矿所采煤层为“三软”煤层，钻孔冲孔后孔内极易塌孔压坏抽放 管及堵塞抽放花管上的抽放孔，造成瓦斯抽放效果差，负压低。如何保护 钻孔内煤段瓦斯抽放通道，保证抽放负压成为提高瓦斯抽放浓度及效果的瓶颈。

2.1  技术原理

为进一步提升穿层钻孔瓦斯抽放负压及效果，根据瓦斯密度和在空气 中的赋存特性（瓦斯比空气轻，在密闭空间中存在于顶部），通过反复摸 索试验，我们优化封孔工艺，将φ32mmPE实管全段套入φ50mm花管內， 用φ50mm封孔花管来保护φ32mm抽放管不受煤岩体挤压， φ32mmPE实管 末端距花管底部10cm位置，以提高抽放负压和抽放效果，能够更有效抽取 游离在管壁顶部和裂隙中的瓦斯。

2.2  现场试验

我们在义安矿业12160工作面轨道底抽巷进行护壁硬管恒压抽放封孔 工艺改进试验。试验内容（护壁硬管恒压抽放封孔工艺）：用φ32mmPE实管代替φ40PE实管，将φ32mmPE实管全段套入φ50mm花管内，末端距花管 底部10cm位置，以提高抽放负压和抽放效果，能够更有效抽取游离在管壁 顶部和裂隙中的瓦斯。操作流程：以20米岩段， 10米煤段钻孔为例，首先 确定下入花管（ φ50mm ）长度为8米，花管连接好后，将φ32mm的PE实管 窜入φ50mm花管内距花管底部10cm位置，用铁丝将32实管与花管进行捆 绑并固定牢固，将捆绑好的50花管与32实管下入孔底，其余步骤仍按原要 求进行操作（将里囊袋固定在煤岩结合面向外2米位置，外囊袋固定在孔 口向里10米位置，采用“两堵两注”注浆法进行注浆连贯抽放）。

2.3  注浆工艺

①注浆桶直径为58cm。桶内要求标记刻度，每个刻度为10cm。所用水 泥每袋15千克，水泥浆液的水灰质量比为1：1.2，具体操作办法是：注浆桶 内每10cm高度的水配置2袋共计30千克水泥。②自注浆开始到结束，需不间 断搅拌，保证浆液均匀。③先将注浆泵连接封孔器注浆管，管路安设完成 后，利用注浆泵压力由注浆管向钻孔内注入膨胀水泥浆液，注浆压力达到 1.2Mpa，停止注浆;将二次注浆管与注浆泵连接，利用注浆泵向封孔器里、 外囊袋中间注膨胀水泥浆液，注浆压力达到1.2Mpa，并持续稳压1至2分钟， 停止注浆。④该孔注浆完毕后，将注浆管接入清水，使用清水涮洗注浆泵和 注浆管路。⑤注浆后钻孔孔口使用水泥抹平，确保孔口严密不漏气。

2.4  施工安全注意事项

①钻孔施工完毕后，要立即封孔，避免钻孔内煤段塌陷。②封孔前， 检查封孔管等设备是否完好，保证封孔质量。③注浆前及注浆过程中应检 查注浆所用高压胶管，发现有变形、开裂及接头密封圈破损现象时，要及 时更换。④注浆时，所有注浆人员必须站在注浆管较安全一侧，严禁人员 站在注浆管正前方或注浆管连接处，以防管裂伤人。⑤施工人员注浆时， 必须佩带防尘口罩，耐酸碱皮手套，严防水泥、化学药剂进入眼睛或腐蚀 皮肤等。⑥注浆时，应有专人观察现场钻孔注浆情况，一旦发现漏浆，应 立即停止注浆并处理。⑦注浆过程中，如发现注浆泵压力与孔口压力不相 符，应检查压力表是否失灵，并立即更换坏表。

结束语： 该项目通过现场试验改进穿层钻孔封孔注浆工艺，总结出一 套完善的封孔注浆抽放技术体系，有效提高了瓦斯抽采浓度及效果。项目 封孔所使用的封孔管，材料来源广泛，成本低廉，经济效益高，成本投入 低，施工对环境无污染，具有良好经济、社会效益。该技术对煤与瓦斯突 出矿井穿层钻孔封孔注浆提供了实践经验，为矿井重大灾害治理发挥了积 极作用，应当引起人们对该技术保持足够的关注和推广。

参考文献：

[1]崔景昆.一种有效的封孔方法[J].河北建筑科技学院学报，2016，01（2）：11-12.

[2]曲来民.采用新材料新工艺封孔提高钻孔抽放质量[J].矿业安全与环保， 2017，06（21）：45-46.

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