白龙山煤矿两堵一注、带压封技术应用研究

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1、.“两堵一注”带压封孔技术在白龙山煤矿的应用研究我国大部分煤与瓦斯突出矿井采用钻孔预抽煤层瓦斯的区域综合防突措施，但是目前我国瓦斯抽采钻孔的预抽瓦斯体积分数低，瓦斯抽采钻孔封孔效果不佳，抽采浓度低，抽采瓦斯量小，导致大多矿井瓦斯抽采量不达标。煤层瓦斯抽采效果的影响因素包括煤层原始瓦斯含量、原始瓦斯压力、地质构造、煤层透气性系数、衰减系数、煤的坚固性系数等煤层赋存特性，及抽采钻孔施工参数、封孔工艺等施工参数。煤层瓦斯抽采过程包括钻孔设计、施工、封孔以及合茬连抽等多道工序，其中抽采钻孔封孔质量的好坏直

2、接影响到煤层瓦斯抽采效果，通过改进钻孔封孔技术，选用合理的封孔工艺和封孔材料，可以提高钻孔封孔质量，从而提高煤层瓦斯抽采效果。目前国内外用于抽采钻孔封孔的技术主要有机械注水泥砂浆封孔、发泡聚合材料封孔、封孔器封孔等。但是这些封孔技术受到了钻孔方式、封孔成本和封孔效果等因素的影响，均不能很好的满足白龙山煤矿一井现场的要求。针对白龙山煤矿一井特有的地质构造、煤层瓦斯赋存、煤层结构和构造特点，为了提高封孔质量，改善封孔效果，在对现有的高分子发泡材料和水泥砂浆封孔技术进行总结分析的基础上，提出了新型的“两

3、堵一注”带压封孔技术，并在云南白龙山煤矿一井进行了现场试验。1“两堵一注”带压封孔原理“两堵一注”带压封孔工艺的原理是：在钻孔孔口一定距离的抽采管（实管）两端布置囊袋A和囊袋B，通过注浆管向两个囊袋注入速凝膨胀封孔注浆液，使囊袋膨胀后在封孔段两端对孔壁形成压力，...当注浆压力达到一定值后，使得中央爆破阀开启，注浆液开始填充两个囊袋中间封孔段空间，当排气管返回注浆液时说明钻孔封孔段已充满，关闭排气管后继续向封孔段注浆加压，最后达到带压封孔要求，“两堵一注”带压封孔原理如图1所示。带压封孔使用的速凝

4、膨胀封孔注浆液封孔材料具有凝固膨胀后不析水、微膨胀的特点，因此在钻孔封孔段充满注浆液后，在注浆液的凝固过程中，封孔材料将不会收缩并继续膨胀，充填封孔段周围已有的裂隙，提高封孔质量，从而达到密封钻孔的目的。1—囊袋A；2—囊袋B；3—单向逆止阀；4—注浆管；5—中央爆破阀；6—塑料堵头；7—抽采管（筛孔管）；8—速凝膨胀封孔材料；9—排气管；10—抽采管（实管）图1“两堵一注”带压封孔原理示意图2“两堵一注”带压封孔过程“两堵一注”带压封孔技术封孔过程如图2所示，具体封孔步骤如下：①送入抽采管及封孔

5、装置首先将抽采管（实管）和抽采管（筛孔管）送入钻孔孔底，在钻孔孔口一定距离的抽采管（实管）两端布置囊袋A和囊袋B。②注浆囊袋膨胀...将速凝膨胀封孔材料与水按1：1比例混合均匀后，启动风动注浆泵通过注浆管向两端囊袋A和B注入速凝膨胀封孔材料浆液，使囊袋膨胀后在封孔段两端对孔壁形成压力，达到密封钻孔封孔段两端的作用。③封孔段注浆当注浆压力达到0.6～0.8MPa后，注浆管的中央爆破阀门自动开启，速凝膨胀封孔注浆液开始填充囊袋A和囊袋B中间的封孔段空间，当排气管返回注浆液时说明钻孔封孔段已充满。④注浆

6、液填充钻孔孔壁裂隙关闭排气管路后继续向封孔段注浆，注浆液在注浆泵压力作用下不断填充钻孔孔壁周围裂隙，对已有的裂隙进行封堵。⑤封孔完成当注浆压力达到1.5MPa，表明钻孔孔壁周围裂隙已得到充分填充，达到密封钻孔的要求，此时停止注浆，封孔完成。（a）送入抽采管及封孔装置...（b）注浆囊袋膨胀（c）封孔段注浆（d）注浆液填充钻孔孔壁裂隙图2“两堵一注”带压封孔封孔过程示意图...3地面试验及结果分析在进行煤矿井下封孔对比试验前，在地面进行了带压封孔模拟试验：用直径100mm的铁管模拟井下抽采钻孔，按照

7、“两堵一注”带压封孔过程进行注浆封孔12h后，将铁管沿截面切开，可以得到模拟钻孔的剖面，如图3所示。图3“两堵一注”带压封孔模拟钻孔剖面从图3中可以看出，模拟钻孔内有瓦斯抽采管、注浆管以及封孔段凝固的封孔材料，其中经过12h后封孔材料已完全凝固，没有出现收缩现象，同时瓦斯抽采管无受压变形现象，说明该封孔材料能够有效的密封钻孔。4井下试验及应用效果分析4.1煤层赋存条件及钻孔布置白龙山煤矿一井C2煤层首采工作面煤巷掘进期间，沿C8+1煤层布置底板瓦斯抽采巷（C8+1煤层上距C7+8煤层6～10m，下

8、距C9...煤层6～12m），施工穿层钻孔对C2煤层煤巷掘进运输顺槽和回风顺槽及两帮15m范围内提前进行卸压瓦斯条带预抽。底板穿层钻孔抽采半径设计为2.5m，钻孔沿煤层走向每间隔5m设计施工一排，沿煤层倾向成扇形布置，每排设计7个钻孔。由于C8+1煤层底抽巷距离C2煤层距离较长，平均50～70m，中间依次穿过C7+8、C4、C3三层松软突出煤层，且煤层顶底板地质构造复杂，断层较多、裂隙较为发育，对抽采钻孔的封孔质量要求较高。本次井下封孔试验地点选择在岩层赋存条件稳定、无构造影响的一