内蒙古阿拉善盟天荣煤炭有限责任公司 内蒙古乌海市 016000
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。瓦斯抽采瓦斯治理的一种重要举措，而提高瓦斯抽采的钻孔封孔质量是做好瓦斯抽采的基础性保障措施。由于瓦斯事故的破坏性极强，采用瓦斯抽采方式对瓦斯事故能有效防治，这种方式应用范围比较广，对确保煤矿正常生产具有一定的现实意义。
关键词：煤矿瓦斯；抽采钻孔；封孔方式
引言：随着经济的飞速发展与科学技术水平的不断提高，煤矿瓦斯的开采技术以及开采设备在不断进步，而煤矿开采的深度也不断增加。在煤矿开采时，对瓦斯气体进行处理主要是采取瓦斯抽采的方式进行处理。通过抽采技术的不断发展，促使瓦斯抽采的效果得到不断提高，极大地促进了煤矿企业的安全生产发展。
1.煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式
1.1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。用配制好的成品进行封孔，封孔方式有两种，分别是人工封孔和机械封孔，这两种方式均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[1]，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。
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图1压气水泥砂浆封孔示意图
1.2聚氨酯封孔聚氨酯技术
我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。试剂短时间内会在孔内发生化学反应，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[2]。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；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。
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图2聚氨酯封孔示意图
1.3“两堵一注”带压封孔
“两堵一注”带压封孔的原理比较复杂，需要用到聚氨酯，要封堵封孔的两端，因为聚氨酯会发生一定的化学反应，所以等聚氨酯凝结之后，就要通过注浆管注浆，主要是针对聚氨酯封堵的两端，注浆管会产生一定的作用力，这种作用力会推动注浆液渗透于钻孔裂隙中，从而达到抽采钻孔封孔的效果。“两堵一注”带压注浆封孔是由囊袋式注浆封孔演变而来的，囊袋式注浆封孔需要用到的设备比较多，囊袋的作用是封堵钻孔，囊袋与囊袋之间留有一定的空间。囊袋的封孔原理是通过注浆管的作用力，使囊袋膨胀到一定程度，当膨胀度达到最大值时，就会与钻孔壁之间无缝衔接；要注意对注浆压力进行调控，当压力值满足注浆嘴开启压力时，就可以通过囊袋向空隙处注浆，浆液会通过流动填补煤体裂隙，达到抽采钻孔封孔的目的。“两堵一注”带压封孔方式相较于聚氨酯封孔方式更加全面，它实现了支护型钻孔，从某种程度上来说，注浆的压力越大，浆液产生的作用力就越大，材料膨胀后越贴合钻孔壁，最大程度上保障了钻孔的密闭性[3]。
1.4双囊袋式带压注浆封孔工艺
按照封孔管、封孔器、筛孔管顺序依次连接牢靠，连接部位需涂抹专用PVC胶，其中封孔管长度共计9m，使用注浆管连接注浆泵及封孔器进液管，在注浆过程中密切关注压力表示数变化，若压力表上压达到0.6～0.8MPa时，压力表突然回“零”，表示囊袋已充分注浆，封孔器铝箔阀成功打开，当压力表再次上压达到0.6MPa左右时停止注浆，完成钻孔二次封孔[4]。
2.改善瓦斯抽采钻孔封孔效果的措施
2.1加强对封孔各项参数的优化
封孔环节涉及到的内容比较多，其中比较重要的是封堵材料的质量管控和相关指标的落实。为此，可以采取有针对性的措施进行优化改进。不同的环节涉及的问题不同，“两堵一注”带压封孔方式的问题主要是封堵材料的性能不稳定，要对封堵材料的各项参数进行全面的优化，可以从抗压强度、发泡气密度、抗剪强度入手，测试各项参数的准确性，并对数据进行对比分析，根据分析结果从膨胀材料中选择最优的封堵材料。因为封堵长度也会在不同程度上影响封堵效果，所以很有必要对封堵长度进行试验，以此确定最合适的封堵长度[5]。对于钻孔注浆压力的优化，要考虑的因素比较多，需要根据瓦斯抽采钻孔周边裂隙实际情况而定，必要时，可以运用模型分析法判定不同注浆压力下钻孔的封堵变化情况，现场操作人员可根据封孔数据进行可视化分析，以此确定注浆压力的优化范围，进一步提高钻孔封孔效率。
2.2筛管完孔技术
在定向高位钻孔施工完成后，在钻孔内利用瓦斯抽采筛管进行完孔的工艺技术即为筛管完孔，且被广泛应用至地面煤层气开采钻孔与井下松软煤层的钻孔施工中。当完成钻孔成孔后，向孔内下放筛管，当孔壁坍塌时，筛管可以保证瓦斯抽采通道的畅通性，避免钻孔失效。研制时，应根据顶板地层的实际情况选择全孔下筛管或分段下筛管方式，降低经济成本。且在钻孔施工完成后不提出孔内钻具，在钻杆内将筛管下放至钻孔中。当高位钻孔具备良好的稳定性时，可以采用筛管工艺，当提钻后钻孔易坍塌时，则可以采用不提钻下放筛管工艺。同时，还应配合使用大通孔扩孔钻杆、大直径可开闭钻头等筛管钻具组合设备。除此之外，还应合理确定瓦斯抽采筛管长度、抗压强度以及外径等参数，确定合理的布置形式，以提高瓦斯的抽采效果。
2.3加强对于瓦斯抽采钻孔周边裂缝发育的特征研究
由于在进行瓦斯抽采时，巷道周围的岩层会随着钻孔而发生不同程度的裂变，产生具有发育性的裂缝，再加上地应力的作用，导致岩层的裂缝重新连通，从而对瓦斯的浓度很难进行有效的控制，大大降低瓦斯的抽采效果。所以，工作人员应该对钻孔周围发生的具有发育性的裂缝进行研究，通过建立相应的钻孔周边低地区带分布模型，再通过对产生裂缝的实际发育特征进行有效模拟，制定出科学有效的应对措施，从而提高瓦斯抽采钻孔和封孔的质量效果。
结束语
综上所述，瓦斯抽采的钻孔封孔是作为瓦斯抽采中最为重要的一个环节，想要提高瓦斯抽采效率以及减少抽采钻孔漏气，就要让瓦斯抽采的钻孔封孔工艺以及封孔质量不断提升。通过对于不同的封孔方式进行对比，最终选出科学合理的封孔方式。同时对钻孔的施工方式提出相应的意见，提高对于瓦斯抽放的钻孔以及封孔效果，以简化工作人员的操作强度，减少封孔材料的浪费，从而提高瓦斯抽采的整体工作效率。
参考文献
[1]张建华，李振兴.深部低透煤层瓦斯抽采钻孔封孔方式研究[J].能源与环保，2019,41(04):80~83.
[2]陈奇东.高瓦斯矿井采空区大直径高位钻孔瓦斯抽采技术[J].内蒙古煤炭经济，2019(20).
[3]赵喜军.基于裂隙带分布规律的采空区瓦斯抽采技术[J].山东煤炭科技，2018(02).
[4]吴水平.囊袋式注浆封孔法在煤矿瓦斯抽采封孔中的应用［J］.中国煤炭，2018，36(6)：98-99.
[5]黄鑫业，蒋承林.本煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究［J］.煤炭科学技术，2018，39(10)：45-48.