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摘 要： 顺层抽采钻孔封孔质量是影响瓦斯抽采量和抽采率的关键，本文通过分析煤层中的孔隙分布和巷道周边应力及裂隙分布情况，探讨了抽采钻孔的漏气机制，结合现有封孔材料的特性，确定顺层抽采钻孔的封孔机理，提出使用具有致密、抗压、不收缩的性能的封孔材料，在合理封孔深度范围内采用高压全程注浆封孔工艺是顺层抽采钻孔封孔效果最好的封孔方法。
关键词： 钻孔，裂隙；漏气，封孔
【中图分类号】 TD713 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）05-0208-01
0 引言
我国是煤炭生产和消耗大国，然而受煤层地质赋存条件等客观因素的制约，煤矿灾害由其是瓦斯灾害严重，事故频发。随着矿井开采深度的增加，煤层瓦斯压力增大，矿井瓦斯灾害防治的任务日益艰巨[1]。瓦斯抽采是消除煤瓦斯事故的根本性措施，即向煤层施工抽采钻孔，连接抽采管路后密封进行负压抽采瓦斯。然而，我国很多矿井，往往因抽采钻孔尤其是顺层钻封孔质量不好、钻孔漏气而影响了抽采效果[2]。
基于上述问题，本文通过分析煤层中的孔隙分布和巷道周边应力及裂隙分布情况，探讨了抽采钻孔的漏气机制，结合现有封孔材料的特性，确定顺层抽采钻孔的封孔机理，提出了提高钻孔封孔质量的方法。
1 钻孔周边应力及裂隙分布特征
煤层是一种裂隙孔隙型介质，其孔隙特征关系到煤的吸附性和渗透性，而煤层所受的应力情况，又直接影响了煤层的孔隙特征[3]。所以钻孔周边应力及裂隙分布特征与钻孔漏气情况有着密切的关系。
钻孔施工后，钻孔周围原岩应力重新分布。最小主应力为径向应力，径向应力在钻孔周边为零，向围岩深部逐渐增大。重新分布后的应力高于岩体强度的部分岩体就会发生破坏，靠近壁面的岩体最先破坏，最大主应力集中区向围岩内部移动，在钻孔周围依次形成破碎区、塑性区和弹性区（如图1所示）：在破碎区应力变低，煤体经历了极限应力而发生了变形、破坏；在塑性区，煤体应力增加，并发生了塑性变形，微裂纹开始大量产生、发展；在弹性区，煤体力学状态几乎未受到巷道采掘应力的影响[4，5]。
类似于钻孔，处于应力平衡状态的原岩煤体受到采掘影响以后，应力平衡随即遭到破坏，采场周围应力发生较大改变，在巷道周边也会形成破碎区、塑性区和弹性区等三个区域。
2顺层抽采钻孔漏气机制
结合上述钻孔周边应力及裂隙分布特征，经过对现有封孔工艺和封孔材料的考察，可得顺层抽采钻孔漏气主要有以下4种机制[6]：
（1）封孔材料本身漏气。部分封孔材料本身颗粒之间空隙较大，形成漏气。
（2）封孔段-钻孔之间的间隙漏气。部分封孔材料抗压性不强，钻孔随着瓦斯抽采变形后，在封孔材料与钻孔周边煤壁之间形成间隙而漏气。
（3）钻孔周围松动圈漏气。封孔时，浆液等封孔材料未堵实钻孔施工后在周边煤体卸压形成裂隙较为发育的破碎区，造成空气从破碎区进入钻孔而漏气。
（4）钻孔周围实体煤漏气。如果钻孔封孔段长度较短，未覆盖巷道周围的破碎区，在抽采负压的作用下，空气便会从破碎区的裂隙入抽采钻孔而形成漏气。
3 顺层抽采钻孔封孔机理
根据顺层抽采钻孔漏气机制，要达到封堵钻孔漏气通道的目的，封孔材料和封孔方法应具有以下特点：
（1）堵实径向漏气通道。① 封孔材料本身致密不漏气；② 封孔材料应充实钻孔破碎区内的裂隙；③ 封孔材料应不收缩并抗压缩，以便在钻孔发生蠕变时周边煤壁不产生间隙。
（2）堵实轴向漏气通道。顺层抽采钻孔轴向漏气通道的產生主要是封孔长度较短，未覆盖巷道周围的破碎区。故顺层抽采钻孔的合理封孔深度应该超过破碎区，但还应小于巷道煤壁应力峰值点的深度，否则不仅会造出封孔材料的浪费，还会形成应力峰值点至封孔段末端煤体内的瓦斯抽不出而形成抽采盲区隐患。
4结论
顺层抽采钻孔封孔质量是影响瓦斯抽采量和抽采率的关键，本文通过分析煤层中的孔隙分布和巷道周边应力及裂隙分布情况，探讨了抽采钻孔的漏气机制，结合现有封孔材料的特性，确定顺层抽采钻孔的封孔机理。
（1）巷道或钻孔开挖后，周边形成破碎区、塑性区和弹性区等三个区域，破碎区内的煤体变形破会而卸压、裂隙发育较大，为漏气提供了通道。
（2）结合钻孔周边应力及裂隙分布特征，经过对现有封孔工艺和封孔材料的考察，可得顺层抽采钻孔漏气主要有封孔材料本身漏气、封孔段-钻孔之间的间隙漏气、钻孔周围破碎区漏气、钻孔周围实体煤漏气等4种机制。
（3）根据顺层抽采钻孔封孔机理，结合现有技术条件，使用具有致密、抗压、不收缩的性能的封孔材料，以超过破碎区但小于巷道煤壁应力峰值点的封孔深度并采用高压注浆封孔，是顺层抽采钻孔封孔效果最好的封孔方法，这在现场也得到了验证。
参考文献
[1] 于不凡，王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册，（修订版）[M].煤炭工业出版社，2005.
[2] 程远平，付建华，俞启香.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].安全与环境学报，2009，26（2）127-139.
[3] 俞启香，程远平.矿井瓦斯防治[M].中国矿业大学出版社，2012.
[4] 胡胜勇.瓦斯抽采钻孔周边煤岩渗流特性及粉体堵漏机理[D].徐州：中国矿业大学，2014，15-35.
[5] 靖洪文.钻孔摄像测试围岩松动圈的机理与实践[J].中国矿业大学学报，2009，38（5）645 -669.
[6] 成艳英.本煤层钻孔瓦斯抽采失效机制及密封技术研究[D].徐州：中国矿业大学，2014，15-35.
作者简介：宣德全（1986-），男，河南浚县人，硕士，工程师，主要从事煤矿安全技术管理工作。
关键词： 钻孔，裂隙；漏气，封孔
【中图分类号】 TD713 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）05-0208-01
0 引言
我国是煤炭生产和消耗大国，然而受煤层地质赋存条件等客观因素的制约，煤矿灾害由其是瓦斯灾害严重，事故频发。随着矿井开采深度的增加，煤层瓦斯压力增大，矿井瓦斯灾害防治的任务日益艰巨[1]。瓦斯抽采是消除煤瓦斯事故的根本性措施，即向煤层施工抽采钻孔，连接抽采管路后密封进行负压抽采瓦斯。然而，我国很多矿井，往往因抽采钻孔尤其是顺层钻封孔质量不好、钻孔漏气而影响了抽采效果[2]。
基于上述问题，本文通过分析煤层中的孔隙分布和巷道周边应力及裂隙分布情况，探讨了抽采钻孔的漏气机制，结合现有封孔材料的特性，确定顺层抽采钻孔的封孔机理，提出了提高钻孔封孔质量的方法。
1 钻孔周边应力及裂隙分布特征
煤层是一种裂隙孔隙型介质，其孔隙特征关系到煤的吸附性和渗透性，而煤层所受的应力情况，又直接影响了煤层的孔隙特征[3]。所以钻孔周边应力及裂隙分布特征与钻孔漏气情况有着密切的关系。
钻孔施工后，钻孔周围原岩应力重新分布。最小主应力为径向应力，径向应力在钻孔周边为零，向围岩深部逐渐增大。重新分布后的应力高于岩体强度的部分岩体就会发生破坏，靠近壁面的岩体最先破坏，最大主应力集中区向围岩内部移动，在钻孔周围依次形成破碎区、塑性区和弹性区（如图1所示）：在破碎区应力变低，煤体经历了极限应力而发生了变形、破坏；在塑性区，煤体应力增加，并发生了塑性变形，微裂纹开始大量产生、发展；在弹性区，煤体力学状态几乎未受到巷道采掘应力的影响[4，5]。
类似于钻孔，处于应力平衡状态的原岩煤体受到采掘影响以后，应力平衡随即遭到破坏，采场周围应力发生较大改变，在巷道周边也会形成破碎区、塑性区和弹性区等三个区域。
2顺层抽采钻孔漏气机制
结合上述钻孔周边应力及裂隙分布特征，经过对现有封孔工艺和封孔材料的考察，可得顺层抽采钻孔漏气主要有以下4种机制[6]：
（1）封孔材料本身漏气。部分封孔材料本身颗粒之间空隙较大，形成漏气。
（2）封孔段-钻孔之间的间隙漏气。部分封孔材料抗压性不强，钻孔随着瓦斯抽采变形后，在封孔材料与钻孔周边煤壁之间形成间隙而漏气。
（3）钻孔周围松动圈漏气。封孔时，浆液等封孔材料未堵实钻孔施工后在周边煤体卸压形成裂隙较为发育的破碎区，造成空气从破碎区进入钻孔而漏气。
（4）钻孔周围实体煤漏气。如果钻孔封孔段长度较短，未覆盖巷道周围的破碎区，在抽采负压的作用下，空气便会从破碎区的裂隙入抽采钻孔而形成漏气。
3 顺层抽采钻孔封孔机理
根据顺层抽采钻孔漏气机制，要达到封堵钻孔漏气通道的目的，封孔材料和封孔方法应具有以下特点：
（1）堵实径向漏气通道。① 封孔材料本身致密不漏气；② 封孔材料应充实钻孔破碎区内的裂隙；③ 封孔材料应不收缩并抗压缩，以便在钻孔发生蠕变时周边煤壁不产生间隙。
（2）堵实轴向漏气通道。顺层抽采钻孔轴向漏气通道的產生主要是封孔长度较短，未覆盖巷道周围的破碎区。故顺层抽采钻孔的合理封孔深度应该超过破碎区，但还应小于巷道煤壁应力峰值点的深度，否则不仅会造出封孔材料的浪费，还会形成应力峰值点至封孔段末端煤体内的瓦斯抽不出而形成抽采盲区隐患。
4结论
顺层抽采钻孔封孔质量是影响瓦斯抽采量和抽采率的关键，本文通过分析煤层中的孔隙分布和巷道周边应力及裂隙分布情况，探讨了抽采钻孔的漏气机制，结合现有封孔材料的特性，确定顺层抽采钻孔的封孔机理。
（1）巷道或钻孔开挖后，周边形成破碎区、塑性区和弹性区等三个区域，破碎区内的煤体变形破会而卸压、裂隙发育较大，为漏气提供了通道。
（2）结合钻孔周边应力及裂隙分布特征，经过对现有封孔工艺和封孔材料的考察，可得顺层抽采钻孔漏气主要有封孔材料本身漏气、封孔段-钻孔之间的间隙漏气、钻孔周围破碎区漏气、钻孔周围实体煤漏气等4种机制。
（3）根据顺层抽采钻孔封孔机理，结合现有技术条件，使用具有致密、抗压、不收缩的性能的封孔材料，以超过破碎区但小于巷道煤壁应力峰值点的封孔深度并采用高压注浆封孔，是顺层抽采钻孔封孔效果最好的封孔方法，这在现场也得到了验证。
参考文献
[1] 于不凡，王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册，（修订版）[M].煤炭工业出版社，2005.
[2] 程远平，付建华，俞启香.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].安全与环境学报，2009，26（2）127-139.
[3] 俞启香，程远平.矿井瓦斯防治[M].中国矿业大学出版社，2012.
[4] 胡胜勇.瓦斯抽采钻孔周边煤岩渗流特性及粉体堵漏机理[D].徐州：中国矿业大学，2014，15-35.
[5] 靖洪文.钻孔摄像测试围岩松动圈的机理与实践[J].中国矿业大学学报，2009，38（5）645 -669.
[6] 成艳英.本煤层钻孔瓦斯抽采失效机制及密封技术研究[D].徐州：中国矿业大学，2014，15-35.
作者简介：宣德全（1986-），男，河南浚县人，硕士，工程师，主要从事煤矿安全技术管理工作。