余照其
盘州市能源生产技术柏果指导站 余照其 553531
摘要：穿层钻孔瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的重要方法， 也是瓦斯抽采中的重点和难点，以兴达煤矿 1415东翼顶抽巷K0+100m-K0+300m 为研究对象， 分析确定以大孔径钻孔，下双套管为前提。 通过对封孔工艺的研究和现场试验， 表明“两堵一注” 瓦斯抽采封孔技术对降低煤层瓦斯含量、 提高瓦斯抽采浓度有较大的帮助。
关键词：瓦斯抽采；封孔工艺；“两堵一注”；突出煤层；
兴达煤矿2102运输巷的区域防突工作采用在1415东翼顶板瓦斯抽采巷施工顶板穿层钻孔预抽煤层瓦斯的方法，穿层钻孔封孔质量的好坏是直接影响到 2102运输巷突出危险区地点是否消除突出危险性的重要环节。
一、 引言
盘县柏果镇兴达煤矿位于盘州市柏果镇核桃寨村境内，隶属于六盘水恒鼎实业有限公司，设计生产能力为45万吨/年的建设矿井，矿井绝对瓦斯涌出量为17.58m3/min，瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井。煤矿目前所开采的1号煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大，矿井瓦斯问题尤为严重。原有封孔技术缺陷使得兴达煤矿抽采钻孔漏气严重、抽采瓦斯浓度低，不利于煤层瓦斯抽采工作，也非常不利于煤矿安全生产。 基于此， 结合兴达煤矿1号煤层具体情况，开展针对巷道周边煤岩体蠕变条件下的巷周及钻孔周边应力分布规律与裂隙发育特征，并根据其确定结果。确立煤层钻孔的合理始封位置、合理封孔深度、合理注浆压力等参数研究，为提高煤层钻孔封孔质量提供理论基础和技术支持。
二、 目前兴达煤矿煤层钻孔封孔技术存在的主要问题
巷道周围煤岩体的蠕变效应对于钻孔始封位置和封孔段长度影响研究较少， 注浆压力等选择不合理。导致钻孔周边裂隙无法被完全封堵、封孔效果不理想， 使得煤层瓦斯抽采效果差、煤层测压测值不准，影响瓦斯治理措施，为煤矿安全生产埋下隐患。
三、 采用聚氨酯封孔工艺现状
兴达煤矿原来采用聚氨酯材料对煤层钻孔进行封孔， 并联网抽采， 但瓦斯抽采效果并不理想， 瓦斯抽采效率普遍不高， 其主要原因之一就是封孔质量差。以采用聚氨酯封孔的巷帮钻场抽采瓦斯参数为例．2101运输巷反掘工作面掘进初期15d内掘进了26.54m，巷帮钻场3个超前钻孔瓦斯抽采浓度稳定在8％～ 10％，瓦斯抽采纯量在0.1～ 0.14m3/mi n． 单个钻孔瓦斯抽采纯量平均为0.025～ 0.035m3/mi n， 由此可见， 采用聚氨酯封孔方法的封孔效果并不理想。
四、 “ 两堵一注” 带压注浆高效封孔工艺技术原理
1． 早期的“ 两堵一注” 带压封孔原理
先在封孔段的两端进行封堵． 两端常用的封堵材料是袋装聚氨酯。 待两端封堵材料发泡、 凝结后， 再使用位于两端封堵材料之间的注浆管对封孔段中间部分进行带压注浆： 在注浆压力的作用下浆液向钻孔壁的裂隙中渗透填充． 最终封堵钻孔壁周边的裂隙，完成封孔。
2． 新型“ 两堵一注” 囊袋式带压封孔工艺介绍及技术原理
“ 两堵一注” 囊袋式带压封孔工艺利用注浆泵产生的注浆压力． 先将封孔器两头的囊袋充满浆液、 两端囊袋膨胀后液浆再封闭中间封孔段的缝隙． 从而实现多层封孔． 具有主动封孔、 封孔严密、 操作简单、 使用方便等优点。
3． 封孔器工作原理
将“ 两堵一注” 囊袋式带压封孔器的注浆管与注浆泵连通，液浆在注浆泵压作用下进入注浆管，浆液经过单向阀进入囊袋1及囊袋2，囊袋迅速膨胀，将囊袋的外径紧固在煤层孔壁上，将封孔器两端的孔封闭；当压力大于1.6MPa时， 中间爆破阀打开。液浆将两个囊袋中间的封孔段部分充满，并在注浆泵产生的压力作用下对孔周边裂隙进行充填，压力在2MPa持续一段时间后， 周边裂隙注满。 注浆泵自动注停，实现密实封孔。待到浆液凝固后，即可连接抽采系统。通过瓦斯抽采软管连接瓦斯抽采干管路抽采瓦斯。
五、 试验地点概况
1415东翼顶抽巷布置在+1415m标高，1415东翼顶抽巷位于1415运输石门测点X380(X=2874550.8580，Y=459016.9390，Z=1415⊥底板标高)开口，巷道方位128°方位，坡度3‰，采用锚网+喷射混凝土联合支护，巷道净宽4.4m，净高3.2m，净断面12m2，工程量共计1089.3m。1415东翼顶抽巷布置在+1415m水平1#煤层顶板粉砂岩中，距离1#煤层法向距离18-23m不等。 如图1所示。
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六、 大孔径双套管“ 两堵一注” 囊袋式带压注浆封孔工艺试验方案的确定
1．“ 两堵一注” 囊袋式带压注浆封孔工艺确定的背景组织对聚氨酯、 专用封孔胶、 “ 两堵一注” 囊袋式带压注浆封孔厂家分别进行现场试验． 待钻孔与抽采水箱连接到位后对单孔浓度、 流量进行连续跟踪测定及封孔质量检查和分析． 根据瓦斯抽采最佳效果． 最终选择确定“ 两堵一注” 囊袋式带压注浆封孔工艺技术。
2.大孔径双套管“ 两堵一注” 囊袋式带压注浆封孔工艺技术方案的确定
本次试验根据试验地点钻孔布置、 巷道帮部锚杆孔布置， 并结合煤层松动圈机理制定了试验方案：钻孔全程下Ф60mm的pvc花管（在第二根管子处安装防滑装置），封孔段钻孔长度16m，Ф150mm，下Ф90mm的pvc管。操作步骤：上行孔和平行孔，4人配合将Ф60mm的pvc花管连接送到钻孔内。然后在封孔段钻孔内下Ф90mm的pvc实管，在第一根实管往后中部位置用胶带将第二堵的囊袋绑扎牢固（囊袋封孔器装置一定要与封孔管捆绑牢固，在送入钻孔时要缓慢送入，以防封孔囊袋被划破），再往后0.5m位置用胶带绑扎好返浆管，继续往钻孔内送pvc管，在第七根实管后端0.2m位置用胶带将第二堵的囊袋绑扎牢固，继续下套管，保证孔口段外露长度0.2m即可。
下行孔和平行孔，4人配合将Ф60mm的pvc花管连接送到钻孔内。然后在封孔段钻孔内下Ф90mm的pvc实管，在第一根实管往后中部位置用胶带将第二堵的囊袋绑扎牢固，继续往钻孔内送pvc管，在第七根实管后断0.2m位置用胶带将第二堵的囊袋绑扎牢固，在囊袋前0.5m位置用胶带绑扎好返浆管，继续下套管，保证孔口段外露长度0.2m即可。
返浆管长度：上行孔、平行孔：14.6m，下行孔：5.6m。如图2所示
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3.抽采钻孔封孔注浆泵技术标准
（1）注浆设备采用气动注浆泵，首先连接好压风管路和注浆管路并在注浆管路上安装压力表。注浆压力调整为1.5mpa。
（2）压风及注浆管路接连：压风管路及注浆管路必须采用高压软管，连接处采用防止脱落的高压接头。
（3）注浆材料采用采用速凝膨胀封孔材料：
配制比例：用铁桶或塑料桶将速凝膨胀封孔剂与清水按1:1比例混合配制，配浆用水必须是清水。必须搅拌均匀，在注浆过称中不停的搅拌；
（4）开动注浆泵，将配制的浆液注入孔中，注入的浆液首先注入到两端的囊袋中使囊袋鼓起，达到密封钻孔两端的作用，当注浆压力达到0.8～1.2MPa时，注浆管路预留的爆破阀门自动爆开，注入的浆液将继续充填注浆段以及钻孔周围裂隙，当回浆管路返出浑浊浆液时，暂停1min后关闭回浆管路并继续注浆，当注浆压力达到1.5MPa并稳定3分钟后，停止注浆。
停止注浆后，带压观察5分钟，观察期间压力下降量不得超过0.5MPa。凝固等待时间：不得低于8小时。
（5）及时对注浆泵进行清洗及维护。
4.抽采钻孔联网程序
（1）注浆后凝固时间不得低于8小时，浆液凝固后，即可连接抽采管路进行瓦斯抽采。
（2）瓦斯抽采管路采用法兰连接，法兰中间加设橡胶垫，橡胶垫厚度为3～5mm，单孔与分抽器采用4寸胶管和φ90mm的PVC管配合φ100mm抱箍进行连接。
（3）钻孔连接方式：瓦斯管连接抽放分抽器，分抽器上每个单孔与胶管连接，胶管的一端连接到钻孔封孔管连接，每组分抽器连接8个抽放钻孔，每组钻孔施工完成后，连管抽放，构成抽采系统。如图3所示
(4) 联网后及时抽采， 瓦斯抽采队技术人员立即对单孔抽采参数进行测量． 并做好单孔抽采初始浓度记录。
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七、大直径双套管“ 两堵一注” 囊袋式带压注浆封孔工艺试验效果分析
经过在1415东翼顶抽巷采用大直径双套管“ 两堵一注” 囊袋式带压注浆封孔。并通过对封孔效果及数据的跟踪测定分析，从主管路抽采参数、支管路抽采参数、单孔浓度方面均实现较大程度提高， 且成效显著。 目前矿井高低负压瓦斯抽采浓度、抽采纯瓦斯量、矿井瓦斯抽采率均呈现出跳跃式提升，主管路瓦斯浓度由3％提高到10％， 增幅近3倍多，主管路抽采纯瓦斯量由7m3／ mi n提高到36m3／ min，增幅近5倍； 支管路瓦斯浓度由2％提高到25％， 增幅近12倍，支管路抽采纯瓦斯量增幅近15倍。为瓦斯发电气源保障奠定坚实基础。 通过对两种不同封孔方式的试验钻孔数据进行跟踪测定．从两种封孔工艺试验钻孔中选取现场施工最为成功且具有代表性钻孔数据进行如下对比． 如图4所示
( 聚氨酯与“ 两堵一注” 囊袋式带压注浆封孔抽采浓度曲线图) 。
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八、 结论
1．试验表明“ 两堵一注” 囊袋式带压注浆封孔工艺能够简单、 快速、 高效进行瓦斯抽采钻孔的封孔， 既可应用于穿层钻孔， 也可应用于本煤层钻孔． 具有很强的瓦斯抽采钻孔普适性。
2．“ 两堵一注” 囊袋式带压注浆封孔率减慢，抽采浓度及抽采量高倍数递加，有利于瓦斯利用气源需求。
3．高压封孔的速凝膨胀封孔剂不但能封堵围岩的漏气通道，减缓了钻孔变形的速度，而且所采用的速凝膨胀水泥在初凝后发生一定的体积膨胀。使封孔段钻孔周围形成高应力区，膨胀力继续压密未曾充填的裂隙，进一步减少漏气通道， 对钻孔起到主动支护的作用，减小了钻孔的塑性区及钻孔变形量，降低了封孔段岩体的透气性。
参考文献
［1］《煤矿安全规程》 2016 版
［2］《防治煤与瓦斯突出细则》 2019 版
［3］《煤矿井巷工程施工规范》 (GB50511-2010）
［4］《煤矿建设安全规范》（ＡＱ 1083-2011）
［5］《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》（GB50471－2008）
［6］《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026－2006）
［7］《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027—2006）
［8］《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》（2011）