便捷式两堵一注全程下筛管成套封孔技术应用_徐东方.pdf

第42卷第03期2023年03月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.03Mar.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.03.0391研制背景钻孔瓦斯抽采是解决矿井瓦斯问题的根本性措施之一，抽采瓦斯不仅是降低开采过程中的瓦斯涌出量、防止瓦斯超限和积聚，预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故的重要措施，还可变害为利，作为煤炭伴生的资源加以开发利用，而封孔质量又是决定钻孔抽采效果的关键性因素，因此研究经济高效的封孔技术和不断提高封孔质量一直是从业者不断追求的目标。我国煤矿目前应用较为广泛的瓦斯抽采钻孔封孔技术主要有水泥-砂浆封孔、封孔器封孔、聚氨酯类封孔材料封孔等。但在现场应用过程中，由于现场实际条件存在差异性，各种封孔技术用到的材料、设备和工艺都难以做到普遍适用性，当前煤矿应用较为广泛的“两堵一注”囊袋式封孔方式和聚氨酯（马丽散）-水泥砂浆封孔，均不同程度地存在封孔成本较高、施工工艺复杂、封孔材料变形导致的漏气等问题。某矿为高瓦斯矿井，主采C8，C9煤层，煤层倾角一般为05，矿井主要采用顺层条带预抽治理工作面瓦斯问题，由于主采煤层为近水平煤层，因此预抽钻孔多为近水平钻孔，矿井原采用的常规马丽散-水泥砂浆封孔方式示意图如图1所示。图1矿井原常规马丽散-水泥砂浆封孔方式示意图1.20 mm注浆管2.20 mm封孔管3.20 mm返浆管4.水泥砂浆注浆段5.20 mm筛管6.钻孔7.堵头从图1可以看出，当马丽散随着抽采筛管进入钻孔内时，容易受到孔壁的阻力使得抽采筛管无法便捷式两堵一注全程下筛管成套封孔技术应用徐东方1，2，陈滔1，2，赵鹏涛1，2，覃佐亚1，2，武贵生1，2（1.湖南省煤炭科学研究院有限公司，长沙410004；2.湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心有限公司，长沙410004）摘要：针对常规封孔工艺在瓦斯抽采过程中存在的弊端和“两堵一注”囊袋式封孔装置造价偏高以及对封孔设备和操作要求较高等问题，拟研究一种经济实惠、操作便捷兼有两堵一注封孔优势的便携式两堵一注全程下筛管的高效封孔技术，经现场应用与对比试验，分析得出：该封孔技术较之两堵一注囊袋封孔经济实惠，且操作便捷，瓦斯抽采浓度、抽采量对比常规封孔方式有显著提高，为矿井的高效、经济地治理瓦斯提供了有力保障。关键词：两堵一注；全程下筛管；瓦斯抽采中图分类号：TD712.6文献标志码：A文章编号：1008 8725（2023）03 204 03Application of Convenient Hole Sealing Technology with Two Pluggingand One Injection and Complete Lower Screen PipeXU Dongfang1，2，CHEN Tao1，2，ZHAO Pengtao1，2，QIN Zuoya1，2，WU Guisheng1，2(1.Hunan Coal Scientific Research Institute Co.,Ltd.,Changsha 410004,China；2.Hunan Gas Control and UtilizationEngineering Research Center Co.,Ltd.,Changsha 410004,China）Abstract:In view of the disadvantages of the conventional hole sealing process in the process of gasdrainage and the high cost of the two plugging and one injection bag type hole sealing device and thehigh requirements for hole sealing equipment and operation,it is proposed to study a portable twoplugging and one injection high-efficiency hole sealing technology with the advantages of two pluggingand one injection hole sealing.After field application and comparative test,the analysis shows that thehole sealing technology is more economical and convenient than two plugs and one injection bag sealing,and the gas drainage concentration and volume are significantly improved compared with the conventionalhole sealing method,which provides a strong guarantee for the efficient and economic gas control of themine.Key words:two plugging and one injection；complete lower screen pipe；gas extraction1234567马丽散封堵马丽散封堵204第42卷第03期Vol.42 No.03便捷式两堵一注全程下筛管成套封孔技术应用徐东方，等进入到预定位置，而当马丽散膨胀强度不够与孔壁粘结效果不理想，将容易导致钻孔漏浆甚至封孔失败等现象，最终造成抽采效果不佳；同时，由于采用两堵一注囊袋封孔器封孔的单孔封孔成本在200元左右，且对人员操作和注浆设备均要求较高，无疑加重了矿井瓦斯治理的成本。因此本文基于某煤矿实际情况，对矿井采用传统马丽散-水泥砂浆封孔方式进行改进，提出两堵一注全程下筛管成套封孔技术，并进行对比试验和抽采效果分析，结果表明，该成套封孔技术使得瓦斯抽采效果有了显著提高，且操作简单便捷经济实惠，实现了矿井高效经济治理瓦斯。2装置原理便捷式两堵一注全程下筛管成套封孔技术示意图如图2所示，主要由封孔套管、筛管、注浆管、排气管、马丽散等。图2便捷式两堵一注全程下筛管成套封孔技术示意图1.20 mm注浆管2.50 mm封孔套管3.20 mm返浆管4.水泥砂浆注浆段5.20 mm筛管6.钻孔7.堵头封孔套管：通过马丽散和调配的封孔浆液封堵实现封孔套管与孔壁之间两堵一注；筛管：钻孔封孔完成后，依次连接从封孔套管内插入直至孔底，并入抽采系统即可实现全程下筛管抽采；堵头：置于第1根筛管前端，防止筛管前端堵塞，也有利于筛管顺利进入钻孔深部；注浆管：注浆时应注意保持注浆管始终位于钻孔下部，有助于注入的浆液尽可能充满整个封孔端；排气管：用于注浆期间有效排出孔内空气，与注浆管配合使用，尽量保证排气管置于钻孔上部，当排气管内出现返浆时，表明浆液已注满；马丽散：膨胀后有效封堵钻孔前后部，可依据要求合理调整钻孔两端马丽散之间的长度，实现各种长度的封孔。钻孔施工完成退出钻杆后，在封孔套管前段一定位置固定上23包马丽散，将马丽散拆包均匀混合后，按照所要求的封孔长度立即依次将封孔套管塞入孔内预计位置，此时在孔口端封孔套管与孔壁之间塞入注浆管和排气管，此时在孔口端塞入23包马丽散，为防止马丽散膨胀后溢出孔外，可在塞入马丽散后用编织袋或棉纱堵住孔口，待马丽散膨胀发泡凝固后，即可按比例将水、水泥和专用封孔剂均匀混合的浆液注入孔内，直至排气管也返浆时说明孔内已注满，此时可停止注浆，将筛管连接依次送入封孔套管内直至孔底，待水泥浆凝固后即可将该孔接入抽采系统进行瓦斯抽采。3现场应用与效果分析3.1对比试验根据矿井井下实际情况，选择在110903工作面切眼为试验地点，共施工2组每组5个共10个顺层钻孔，分别采用两堵一注全程下筛管封孔技术和普通封孔工艺，通过对2组钻孔的平均瓦斯抽采纯量和抽采浓度进行跟踪观测，依据观测结果对比分析2组试验钻孔的抽采效果。110903工作面切眼沿C9煤层顶、底板掘进，煤层一般厚度2.024.58 m，平均3.31 m。C9煤层赋存稳定，钻孔施工处煤层倾角03。本次对比试验施工的相邻钻孔间距5 m；其中第1组9-19-5钻孔采用矿井原普通封孔工艺封孔，第2组9-69-10钻孔采用本次研究的便捷式两堵一注全程下筛管成套封孔技术进行封孔。3.2抽采效果对比分析钻孔封孔接抽后，随即进入观测阶段，前1周时间每1 d观测1次各孔的抽采浓度和流量，之后改为每3 d观测1次，通过观测和整理2组钻孔的抽采数据，分别绘制了2组钻孔抽采浓度和纯量随时间的变化规律对比如图3、图4所示。观测时间/d图3钻孔平均瓦斯抽采浓度随时间变化规律图观测时间/d图4钻孔平均瓦斯抽采纯量随时间变化规律图从图3、图4中可以看出，2组钻孔的平均瓦斯抽采浓度和纯量整体趋势呈现一致性，且第2组的瓦斯抽采效果始终高于第1组，在观测期间2组钻平均瓦斯抽采浓度/%第1组第2组平均瓦斯抽采纯量/m3min-1第1组第2组1234567马丽散封堵马丽散封堵051015202530354045100806040200510152025303540450.0050.0040.0030.0020.001205第42卷第03期便捷式两堵一注全程下筛管成套封孔技术应用徐东方，等Vol.42 No.03孔初始瓦斯抽采浓度分别为68%和87%，平均瓦斯抽采浓度分别为42%和68%，第2组抽采浓度是第1组抽采浓度的1.62倍；2组钻孔的瓦斯抽采流量的整体趋势也是呈现一致性，2组钻孔平均瓦斯抽采纯量分别为0.000 9 m3/min和0.002 3 m3/min，第2组抽采纯量是第1组抽采浓度的2.56倍，且在抽采15 d后衰减速率明显减小且衰减幅度较小，说明在抽采后半期第2组的封孔效果明显优于第1组，获得了较好的抽采效果。4结语通过采用2种不同封孔工艺进行的瓦斯抽采效果对比试验，可以得出以下结论：（1）本次研制的便捷式两堵一注全程下筛管成套封孔技术的实验结果知，该封孔技术不仅实现了两堵一注高效便捷封孔和全程下筛管抽采，且有效降低了封孔成本，实现了高效经济封孔。（2）与矿井原普通封孔工艺相比，采用便捷式两堵一注全程下筛管成套封孔技术的钻孔在连抽后的瓦斯抽采效果明显提高；试验平均瓦斯抽采纯量是之前的2.56倍，单孔抽采浓度是之前的1.62倍，完全满足现场抽采需要，可以在具有类似条件的矿区进行推广使用。参考文献：1陈冬冬,张俭.近水平顺煤层钻孔瓦斯压力测试技术研究J.煤矿安全,2017,48(2):83-85.2李辉,郭绍帅,苏勋.分体式囊袋注浆封孔器的研制与应用J.中国安全科学学报,2018,28(1):112-117.3何俊.不同瓦斯抽采钻孔封孔工艺封孔效果的现场试验对比研究J.能源与环保,2019,41(7):45-49.4刘强,张亚潮,王小军,等.囊袋式聚氨酯封孔器在松软煤层中的应用J.煤炭技术,2019,38(12):79-81.5李滕滕,陈学习,朱亚林,等.“胶囊-聚氨酯”组合带压注浆封孔测压技术J.煤炭技术,2016,35(12):216-218.6张彦克,陈学习,杨庚宇,等.顺煤层聚氨酯-胶囊带压注浆封孔测压技术J.煤炭技术,2016,35(10):186-188.7王帅,韩韶泽,杨李成,等.瓦斯抽采新型封孔装置的研究与应用J.煤炭技术,2021,40(8):135-138.8王帅.新型瓦斯抽采钻孔保压封孔技术J.煤矿安全,2021,52(7):61-66.9蔡伟斌,刘强.“两堵一注”下行测压钻孔封孔方式研究J.能源技术与管理,2021,46(3):63-64,183.10尹勇勤,程风超.囊袋式“两堵一注”带压注浆封孔工艺关键参数技术研究J.能源与环保,2021,43(2):32-36.11苏培莉.裂隙煤岩体注浆加固渗流