王 涛

（晋能控股煤业公司胡底煤业，山西 晋城 048000）

钻孔抽采瓦斯是煤矿瓦斯治理的主要技术手段，钻孔施工后要求对钻孔进行密封，其密封效果是保证抽采效率的关键因素之一。由于煤矿井下钻孔施工地点其煤岩体强度较低（尤其在松软煤岩层中），钻孔周围煤岩体往往存在微裂隙，进一步增加了密封的难度[1-2]。瓦斯抽采钻孔的密封效果直接影响着瓦斯抽采效果的好坏，因此，封孔工艺应具备密封性好、操作方便、速度快、材料省等特性。目前，采用的钻孔封孔材料及工艺主要包括粘土卷封孔、封孔器封孔、水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔等。其中，粘土卷封孔对粘土材料软硬程度要求较高，太软时易形成空腔与裂隙，使封孔失败，过硬时会出现裂缝；静压注水式封孔器较笨重，操作不便，封孔质量无法保证；水泥砂浆封孔，不仅材料便宜、操作方便、速度快、封孔深度较长，而且其封孔严密、效果较好，但是水泥凝固过程中会产生收缩现象；聚氨酯封孔速度比较快，对岩体裂隙也有一定的封堵作用，但是其工艺复杂，适应性较低[3-5]。

1 工程背景

胡底煤业13091 巷为Ⅲ1307（上）工作面瓦斯抽采巷，工作面位于+200 m 水平3 号煤一盘区，平均采高2.85 m，北部为五条开拓大巷，南为矿井边界，西为1305（上）工作面，东为1309（上）工作面。本工作面瓦斯相对涌出量为7.77 m3/t，工作面施工大孔径抽采钻孔进行瓦斯综合治理。目前，矿井主要采用传统聚氨酯封孔，其封孔效果较差，导致瓦斯抽放效果较差，直接影响到了工作面正常生产。

2 瓦斯抽采钻孔密封关键工艺

2.1 瓦斯抽采钻孔密封设备

瓦斯抽采钻孔密封系统主要包括动力系统、注浆系统、密封系统等，密封设备和材料由FYFB.2-0.5/13 风动液压封孔泵（由料泵和风动油泵组成）、注浆管、回浆管、PD-Ⅲ新型钻孔密封材、PB 密封材料等组成，封孔设备连接方式如图1，孔口处连接方式如图2。

图1 封孔设备连接方式

图2 孔口处连接方式

2.2 瓦斯抽采钻孔密封工艺

试验矿井密封抽放孔为近水平孔，对密封质量要求很高，采用新型密封材料以及配套的工艺，封孔长度10 m 以上，具体封孔工艺步骤如下：

（1）采用2 根抽放管（5 m/根）为一组，封孔深度10 m，里面的抽放管前端裹上聚氨酯，把抽放管都送进孔后，将一根注浆管（2 m）也送入孔，孔口用PB 材料进行封堵。为方便连接入抽放管路，抽放管要留40 cm 在孔外。具体如图3。

图3 抽放孔封孔工艺示意图

（2）按灰水比2:1 配制PD 材料浆液，将注浆管接到注浆泵上，开始注浆。

（3）封孔完毕后，次日在抽放管上接上孔板流量计后，并入管路抽放，记录孔口负压、流量、浓度等参数。

3 瓦斯抽采钻孔密封关键工艺试验

本次密封试验采用PD 材料封孔和聚氨酯封孔在胡底煤业13091 巷进行对比试验，累计用PD 材料封孔168 个，聚氨酯对比孔20 个，封孔工艺试验实施前管路总浓度为3%左右，单孔有效浓度在10%以下。本次用PD 材料共封孔168 个，占该巷道总孔数的1/2，抽放负压最低为16 kPa，压差最低为20 kPa，现总管路浓度在20%左右，单孔有效浓度在45%～60%。

3.1 总管路参数变化分析

图4 给出了试验巷道总管路浓度变化曲线。

图4 试验巷道总管路浓度变化曲线

由图可知，试验巷道总管路浓度呈上升趋势，试验巷道初期钻孔采用传统聚氨酯封孔，该时间阶段内，总管路浓度一直在3%左右徘徊，采用新工艺之后总管路浓度上升23%左右，并且浓度还在上升，提升效果显著。

图5 和图6 给出了总管路瓦斯纯量和混量的变化曲线。由图5、图6 可知，总管路瓦斯纯量在瓦斯混量上升不大的前提下，由1.15 m3/min 上升到现在的2.51 m3/min，而且还在不断的上升，纯量提升150%，对于瓦斯利用提供便利条件。

图5 总管路瓦斯纯量变化曲线

图6 总管路瓦斯混量变化曲线

3.2 单孔浓度变化分析

试验巷道试验初期，钻孔采用传统聚氨酯封孔，但是由于聚氨酯封孔漏风比较严重，封孔浓度基本在2%～8%之间，而且在一个月内有明显的下降趋势，进而导致总管路浓度在3%徘徊。

试验巷道试验后期，钻孔采用新提出的瓦斯抽采钻孔密封工艺，封孔后几天瓦斯抽放浓度比较大，瓦斯浓度在45%以上钻孔占据总封孔数量之90%，30%以上钻孔在99%。随着时间推移，瓦斯浓度呈缓慢下降趋势。抽放30 d 后，浓度在45%以上的钻孔达到83%，而30%以上钻孔占总数93%。随之抽放进入逐步稳定阶段，浓度在45%以上的钻孔达到80%，而30%以上钻孔还是占总数90%。图7给出了采用新瓦斯抽采钻孔密封工艺封孔后不同时间内瓦斯抽放浓度分布图。

图7 封孔后不同时间内瓦斯抽放浓度分布图

4 社会经济效益分析

晋煤集团胡底煤业主要采取本煤层瓦斯预抽方法进行瓦斯治理，由于钻孔密封质量问题，导致瓦斯抽放浓度衰减快，瓦斯抽放浓度低，煤层需要预抽时间长，造成采掘接续紧张。采用提出的新瓦斯抽采钻孔密封工艺，可使13091 巷瓦斯抽放浓度提高30%左右，抽取同样瓦斯量可减少抽放时间三分之一。为使瓦斯充分解析，把节省三分之一的时间的一半继续抽放，既减少预抽时间，使回采效率增加，又增加了瓦斯抽放量，后期进行推广应用后，累计新增利润2000 余万元。同时，提出的新封孔工艺使瓦斯抽放效率大大增加，降低瓦斯事故发生概率，提高矿井的安全性，为职工创造良好的工作环境。

5 结论

胡底煤业采用传统聚氨酯进行瓦斯抽采钻孔封孔，其封孔效果较差，导致瓦斯抽放效果较差，直接影响到了工作面正常生产。为此，针对性开发了新瓦斯抽采钻孔密封关键工艺，并在胡底煤业13091 巷进行了现场瓦斯抽采试验。工艺应用后瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采量均有大幅提高，进行推广应用后，累计新增利润2000 余万元。同时，提出的新封孔工艺使瓦斯抽放效率大大增加，降低瓦斯事故发生概率，提高矿井的安全保障能力。