屠贵彬
淮河能源控股集团煤业公司潘二矿，安徽淮南 232001
摘要：传统封孔工艺难以解决封孔水泥浆凝固产生收缩缝致使钻孔漏气问题，封孔成功率低，封孔成本高，抽采效果难以提升。多次加压注浆封孔新工艺，优化了封孔材料配比，改进了注浆方式，有效封堵了水泥浆收缩缝及钻孔周边围岩裂隙，封孔严密，成本低廉，操作简单，提高了穿层钻孔瓦斯抽采效果，可实现快速消突的目的。
关键词：传统封孔工艺；多次加压注浆封孔新工艺；瓦斯抽采效果；快速消突
1．问题的提出
某矿在东翼轨道大巷施工底板穿层预抽钻孔掩护某工作面下顺槽掘进，钻孔合茬抽采后，单孔瓦斯浓度基本在5%～20%，抽采干管浓度2%左右，孔口负压13 KPa左右，抽采效果差。抽采浓度低、负压低、纯量小的主要原因是封孔质量不符合要求造成的，为此开展了封孔工艺研究。
2．传统封孔工艺
某工作面底抽巷在砂质泥岩层位施工,煤层底板为砂质泥岩、中细（细）砂岩、中间有一条12煤煤线，共揭露了4条断层，岩性较为破碎。在施工穿层抽采钻孔过程中进行了多种封孔工艺试验。经试验，传统封孔工艺实用效果及存在以下问题：
2.1 带压一次性注浆法
试验该方法时水泥与水的重量比为1：1，封孔段两端用聚脂封堵，带压注浆。经试验，钻孔抽采浓度仍难达到预定要求，且浓度衰减很快。分析原因为：水泥浆液凝固会产生收缩缝造成漏气现象。该工艺封孔成功率低，钻孔浓度衰减快；一旦封孔失败，需重新补孔，增加工作量。
2.2 钻孔周边注浆法
在方法一的基础上在钻孔周边对围岩裂隙进行喷注。该方法效果不明显，而且工作量大、耗材多，实施过程还发现遇破碎带时，由于带压的水泥浆液是向钻孔方向运移，容易注实钻孔。
2.3 套管法
先扩孔并安装套管，然后带压注浆待水泥凝固后二次施工钻孔。该方法效果明显，但消耗材料大，增加钻孔工作量，钻机台效低。
2.4 胶囊带压注浆法
利用胶囊注浆，一定压力水泥浆使胶囊充实膨胀，再加压将胶囊卸压阀打开给封孔段注浆。该方法基本原理同方法一，除同样存在方法一的问题外，该装置为一次性使用，增加了封孔成本。
3．多次加压注浆封孔新工艺
3.1 封孔材料的选定
传统封孔工艺难以解决封孔水泥浆凝固产生收缩缝致使钻孔漏气问题，封孔材料配制不当是其根本原因。为选定合适的水泥浆配比，我们做了一个封孔水泥配比试验。试验数据表明：水泥浆的浓度不同其收缩量不同，水泥浆浓度越高收缩量越小。试验配比方案中，封孔效果最好的为：膨胀水泥与水重量比为1：0.8；其次为：425号水泥、水和膨胀剂重量比为1：0.8：0.1。
经反复实践证明，灰水比的最佳比例为1：0.7，浓度高于该比例时，水泥浆渗透性明显降低，且不能满足注浆泵施工要求。由于膨胀水泥价格太高，新封孔工艺选定的最佳配比方案为：425号水泥、水和膨胀剂重量比为1：0.7：0.1。
按传统注浆工艺（灰水比为1:1）配制的水泥浆，单孔注浆水泥量约为1.5袋；按新工艺（灰水比为1:0.7）配制的水泥浆,单孔注浆水泥量基本在2.5袋以上，围岩裂隙较发育区域达到6袋左右。
3.2 封孔工艺
3.2.1 封孔操作
倾角小于30°钻孔封孔，方式采用聚氨酯两头封堵，中间注水泥浆封堵，下2寸封孔管20 m，最前端花管2根（4m）、中间双抗管7根（14m）、孔口端铁管1根（2m），返浆管16 m，注浆管2 m。
倾角大于或等于30°的钻孔封孔，采用聚氨酯封堵孔口，预留1根2m注浆管压注水泥浆封堵，下封孔管20m。与小于30°的钻孔不同的是，前端不用聚氨酯封堵，不下返浆管，直接利用花管返浆。
注意事项：①终孔起钻用压风彻底清扫钻孔内的钻屑；②钻孔成孔后，必须及时下套管封孔，必须做到“打一封一”，防止套管下不到位；③封孔套管用管箍联接要紧密,防止套管在孔内脱节。
3.2.2 多次加压注浆
第一次注浆，利用水泥浆自重承压，2吋封孔套管（或4分返浆管）返浆后即停止注浆；间隔约一小时后水泥浆沉淀收缩，加注第二次，注浆泵承压达到3～4MPa；继续间隔约一小时后最后一次补浆，完全堵注前2次水泥浆沉淀收缩缝，泵压稳定在4MPa以上注浆结束。
关键点：①封孔注浆前，水泥浆用特制搅拌桶配制，搅拌桶上标明刻度（准确标定35kg水样位置，35kg水配比50kg一袋水泥），便于现场操作和验收人员监督，确保水泥浆配比符合要求；②分次注浆目的：第一次注浆主要堵注封孔管与钻孔壁间隙，以及钻孔壁发育的裂隙；间隔约一小时后第一浆液凝固收缩承压，补注第二、第三次水泥浆主要堵注第一次水泥浆收缩缝及钻孔周边围岩裂隙；③为使浆液处于凝滞不出水状态，不同地点分次注浆间隔时间应以现场考察为准，每次注浆间隔时间一般约为半小时到一小时。
3.2.3 合茬抽采
待水泥浆完全凝固（一般凝固18～24h）后，钻孔合茬抽采。
4．应用情况
4.1应用地点概况
某工作面下顺槽沿13-1煤层施工，该区域13-1煤实测瓦斯压力为1.8MPa，原始瓦斯含量7.59m3/t。该工作面下顺槽掘进按突出煤层管理，利用-650m东翼轨道大巷及底抽巷穿层钻孔掩护掘进，钻孔按10×5m间距布置（构造区域按5×5m间距加密钻孔布置）控制到巷道轮廓线15m，每组10～12个钻孔，孔径113mm，共划分为5个单元进行评价。
4.2 应用效果
4.2.1 单孔抽采浓度对比
采取新封孔工艺后，单孔抽采浓度大幅度提高。采用传统封孔工艺，单孔浓度合茬时一般为20～60%，一～二周后衰减至5～20%，衰减速度快；采用新封孔工艺，钻孔单孔浓度合茬时在90%以上，预抽1～2个月后浓度基本在80%以上。
4.2.2 单元抽采浓度、抽采流量对比
采取新封孔工艺后，评价单元抽采浓度大幅度提高，抽采纯量也有较明显增加。采用传统封孔工艺，抽采浓度2%左右，抽采纯量1.0～1.6m3/min；采用新封孔工艺，抽采浓度40～80%，抽采纯量1.5～2.5m3/min。
4.2.3 单元抽采总量对比
采用传统工艺封孔预抽，需要3～4个月才能实现抽采达标；而采用新工艺封孔预抽，需要2个月左右可实现抽采达标。
4.2.4 抽采负压对比
采用传统工艺封孔，钻孔漏气现象难以解决，在开启两台泵抽采后，孔口负压才能达到13 KPa，抽采干管负压26～35 KPa。
采用新工艺封孔，开启单台泵抽采，孔口负压22～34 KPa，抽采干管负压45～54 KPa，在提高抽采效果的同时，也起到了节能降耗的作用。
4.2.5 瓦斯治理效果
根据相邻工作面下顺槽掘进期间瓦斯情况：风排瓦斯量3～4m3/min（未采取预抽、边抽边掘措施），预计该工作面下顺槽掘进期间瓦斯绝对涌出量为4～6m3/min。通过底抽巷实施穿层钻孔抽采后，回风瓦斯浓度0.10～0.14%，风排瓦斯量小于2m3/min。
瓦斯涌出量的减小，有利于煤巷的快速掘进。该工作面下顺槽掘进期间，最大日进尺12m，最大月进尺260m。
5．总结
多次加压注浆封孔工艺的成功实践，是某矿认真落实“钻到位、管到底、孔封严、水放通”抽采精细化管理要求，做到了“孔封严”。
该工艺，操作简单，成本低廉，封孔严密，大大提高了穿层钻孔瓦斯抽采效果，缩短了预抽消突时间，可实现快速消突的目的。该工艺主要适用于穿层钻孔封孔，特别是角度较大的上向钻孔，封孔效果最佳。