煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式研究

闫筱晨

摘要：煤炭行业是中国主体经济的重要支柱，受外界因素影响，在煤矿开采过程中容易出现多样化的灾害事故，瓦斯事故就是其中之一。因为瓦斯事故的破坏性极强，一般采用瓦斯抽采方式对瓦斯事故进行有效的防治，这种方式的应用范围比较广，对确保煤矿正常生产具有一定的现实意义。科学技术的进步使得瓦斯抽采技术更加全面稳定，保障了煤矿开采过程中的安全。但凡事都不是绝对的，相关调查数据显示，还有不少煤矿的瓦斯抽采浓度不合格，造成这种现象的原因有很多，包括前期准备工作不到位、瓦斯抽采方式不合理、瓦斯抽采钻孔封孔效果不好等，其中，瓦斯抽采钻孔封孔效果是主要的影响因素。

关键词：煤矿瓦斯；抽采钻孔；封孔方式

引言

瓦斯抽采是治疗矿井煤与瓦斯爆炸的有效操作方法。依据煤与瓦斯的突出矿采情况,实施抽采钻孔预制操作,确定煤层瓦斯标准。根据我国煤炭层瓦斯的地质条件水平,分析封孔工艺落后,瓦次抽采钻孔差的情况,抽采浓度低,抽采时间段,矿井瓦斯抽采技术不达标。抽采过程中,钻孔矿井瓦斯抽采操作,密封质量直接影响矿井瓦斯的抽采量和抽采效率。我国目前主要以抽采钻孔封孔操作模式为主,通过水泥砂浆的封堵、发泡聚合,确定封孔器的实际封孔效果。根据瓦斯抽采钻孔封孔的实际效果,以机械注水泥砂浆封堵的操作模式,调整封孔工艺,确定封孔效果。

1我国煤矿瓦斯抽采现状

井下抽采以及地面钻井抽采为现阶段我国煤矿瓦斯抽采的两种方式。其中井下抽采方式适应范围较为广泛，同时在抽采工作开展过程中也不需要较高的技术和投资要求，应用此种技术在矿井和采空区瓦斯涌出方面的抽采效果十分显著，可以说针对这两方面的瓦斯涌出有效减少的最佳措施就是井下瓦斯抽采，井下瓦斯抽采在瓦斯泄露方面的防治也十分关键。现阶段我国在井下瓦斯抽采方面并没有较大规模，相应的瓦斯抽采工作面和抽采数量也并不多，同时因抽采的瓦斯浓度较低，难以确保充分利用目标的有效实现，在73.3亿m2瓦斯抽采量中仅有25亿m2得到了应用。而近年来，随着地面瓦斯抽采技术发展的不断深入，在2010年抽采的14.5m2地面煤层气总产量中利用了11亿m2，可见瓦斯抽采技术应用优势十分显著。值得注意的是，在大部分地面瓦斯抽采项目工作开展过程中，往往会对瓦斯抽采过于注重，而对未来煤矿开采安全效益等问题却没有进行充分考虑，因而使得煤矿生产安全隐患问题较为严峻。对于此种情况，应针对瓦斯抽采的全新实践理论进行积极建立，通过对瓦斯抽采新技术、新设备等的开发和引进，确保能够尽快将煤层瓦斯含量进行大幅度有效降低，为煤层的安全开采提供保障。

2煤矿瓦斯抽采技术应用作用分析

能源产业是我国经济支柱型产业，对我国经济增长以及社会上的各行各业发展做出了重要贡献。煤炭产业是能源产业的重要组成部分，每年我国煤炭开采量居世界前列。煤矿瓦斯事故是煤矿事故的主要形式，由于会对施工人员的生命安全构成严重威胁，因而施工单位应当特别重视。随着近年来煤矿企业管理水平的提升、生产技术的不断更新以及安全防治措施的落实，煤矿安全生产得到了有效控制。瓦斯抽采技术是一种先进的瓦斯安全防治技术，在煤矿瓦斯安全防治过程中发挥了重要作用，也因此，近年来我国煤炭开采领域，以瓦斯泄露为主的煤矿事故发生几率不断降低。

3煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式

3.1高分子发泡材料封孔

高分子发泡材料封孔技术早先发展于19世纪的德、美、英和日本，在20世纪60年代初开始引入我国，我国对其展开了新的实验探索，发现其封孔应用机制是两种药品在比例混合之后灌入钻孔内，作用材料便开始一系列的膨胀、渗入、固化和堵塞，从而实现了封孔作用。该技术的优势在于设施操作简便，膨胀率大，尤其适用于一些短时间抽采且无压力要求的钻孔。但若直接应用于钻孔，很难把握在长时间抽采钻孔后，膨胀率、环境温湿度、孔中积水量、豁度渗入孔内裂隙机率以及抗压强度的变化。

3.2水泥砂浆封孔

最初，中国瓦斯抽采钻孔封孔方式比较单一，采用人工手工调试黄泥封孔，这种方式有很大的局限性，对人力成本和时间成本都是一种巨大的消耗，且封孔效果不理想，因此逐渐被淘汰。而水泥砂浆封孔就是在黄泥封孔的基础上演变而来的，该方式需要用到硅酸盐水泥和细砂，将这两种物质按照一定的比例配制。配制好的成品要进行封孔，封孔方式有两种，分别是人工封孔和机械封孔，这两种方式都可以有效提高瓦斯抽采钻孔的封孔效果。因为人工封孔耗费的时间比较长，所以不常用。随着时间的推移，人工水泥砂浆封孔逐渐被压气砂浆封孔方式取代，压气封孔长度一般大于5m，因为封孔长度具有不确定性，所以压气封孔方式更多时候应用于临时的瓦斯抽采钻孔封孔中。

3.3“两堵一注”带压封孔

当前生产工艺中常见的是囊袋型“两堵一注”带压封孔技术，主要的工作机制是利用注浆泵的压力，将微膨材料在灌浆管的带动下注入封孔段端点处的囊袋内，在孔壁周围挤压成封孔段堵头，在灌浆压强高至单向阀的爆破压强（1.0～1.5兆帕）后，在堵头和孔壁之间的空隙里开始灌注浆液，利用灌浆压强引起微膨材料向钻孔附近煤体空隙中进行注入，将空隙完全封堵，一定程度的完成了抽采钻孔封孔技术。这种封孔方法工艺手法简易、成功率高，充分考虑其工作原理，在灌浆压强大到某高度后，径向渗透力增大，使得浆液最大程度的灌入煤体孔空隙，完善了凸凹面缝隙，扩大浆液流通曲径，浆液与煤介颗粒结合后呈树叉式扩散，实现了通气管道的良好密封，增强了瓦斯抽采的实际应用效果。灌浆材料在固化之后的膨胀状态与地应力最为相似，在钻孔封孔段附近可出现高应力环境，呈现出一种防护支护钻孔的效果。

3.4聚氨酯封孔

聚氨酯技术早在19世纪就已经被研发出来了，中国对聚氨酯技术的研发起步较晚，所以相关技术性操作还不够成熟，经过多次试验，聚氨酯已经逐渐被应用于瓦斯抽采钻孔封孔中，并取得了一定的应用效果。聚氨酯封孔的原理是：将指定的材料按照一定比例调制，主要针对于多元醇聚醚和多异氰酸酯，并将这两类调制好的试剂再注入到抽采钻孔中。随着时间的推移，试剂会在钻孔内发生化学反应，使聚氨酯快速膨胀，膨胀力增大了钻孔的径向作用力，这种作用力会反向推动聚氨酯渗入裂隙，起到封堵钻孔的效果。聚氨酯封孔涉及的环节比较多，需要处理好细节上的问题，黑料和白料需要人工均匀混合，混合好之后涂抹在瓦斯抽采管上的棉质材料上，通过输送装置将材料运到钻孔中；一段时间之后，聚氨酯会自行在钻孔中发生一系列的变化，即发泡、膨胀、凝固等，最终实现对钻孔的封堵。聚氨酯封孔具有一定的应用优势，操作难度不大且发泡率较高，可承受一定的外界压力。

结束语

对煤矿瓦斯抽采钻孔几种主要的封孔方式进行了详细的说明，这几种方式的封孔效果都比较理想，具有一定的应用性。当然，要想在原有基础上提高封孔效果，进一步优化完善封孔方式，需要掌握钻孔周边裂隙的发育特征，根据数据分析结果选择合适的封孔长度，严格控制注浆压力，最大程度保障封孔质量。

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