新型钻孔封孔工艺应用

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  摘要:钻孔封孔质量是瓦斯抽放效果的关键,原有封孔技术经常会由于矿压影响,造成裂隙等原因造成抽放浓度达不到理想的状态。而采用新机械封孔新工艺,能够有效提高抽放钻孔封孔质量,提高抽放效果。
  关键词:封孔工艺;抽放效果
  在煤矿生产过程中,井下采掘工作面进行采掘活动时,瓦斯涌出到生产巷道空间,对井下生产活动造成安全威胁。不论瓦斯涌出量多少,一直是矿井生产中主要危险源,瓦斯灾害防治就成为矿井最根本、最重要的任务就是搞好矿井瓦斯抽采工作。
  抽放瓦斯措施是解决煤层瓦斯问题最有效、最直接的办法之一,封孔效果的好坏将直接影响抽放效果。长期以来,原我矿采用黄泥封孔或水泥药卷封孔,封孔长度一般只能达到3米左右。由于受放炮等因素的影响,巷道前方3~5m范围内岩体通常情况下都有裂隙与巷道相通,形成漏气通道;另外,黄泥或水泥药卷干化凝固后,可能产生裂缝或收缩,也将影响抽放钻孔气密性。因此,原有封孔方式封孔深度不足、封孔效果差,影响抽放孔口负压,导致抽放瓦斯浓度低,抽放效果差。
  1 封孔工艺的改进
  针对抽放钻孔封孔质量问题,借鉴了其它成功经验并加以改进,形成了一套全新的封孔方法,在瓦斯抽放过程中取得了很好的效果。
  1.1 封孔机械
  由于人工封孔深度难以达到要求,选用了自行生产的电动灌浆机进行封孔,其电机功率为4.5Kw,灌浆垂高可达20m,能够满足普通抽放钻孔封孔要求。
  1.2 封孔材料与技术参数
  (1)封孔浆
  机械封孔需使用流质材料,通常情况下选用的是水泥砂浆进行封孔。水泥砂浆凝固后有一定程度的收缩,降低了钻孔的密封质量,从而降低了抽放负压,影响抽放效果。为此,我矿选用了水泥石膏浆作为封孔材料,即在水泥浆内加一定量的膨化石膏,利用石膏的膨胀充填水泥浆固化收缩后的钻孔空间,起到完全密封钻孔的作用。
  另外,水泥石膏浆为流体物质,在封孔机供给的压力作用下,渗透到煤、岩体裂隙中,能有效防止钻孔围岩漏气现象。在实际应用中,水泥、石膏比及水泥石膏浆的稠度都将影响封孔效果,通常情况下,水泥:石膏:水配比取7:1:12较为适宜;现场操作时,可将手掌插入水泥石膏浆中,以能清晰看到掌纹这最佳。
  (2)孔内抽放管
  抽放钻孔直径一般为Φ75mm,因此孔内抽放管通常选用直径为φ30mmPvc塑料管,它较之使用铁管具有轻便易带、成本低等特点。特别是机械化采煤工作面中,使用铁管容易损坏割煤机械,而使用塑料管能避免这类问题。
  (3)封孔深度
  抽放钻孔封孔深度视抽放地点煤岩条件而定。在煤层中,由于煤层透气性相对较好,因此封孔长度应相对加深,在实际运用中,煤层抽放孔封孔深度一般为8~10米,封孔效果较好。在铝土、页岩中(如石门预抽钻孔),由于岩层相对较破碎、且裂隙多,一般封孔深度也不小于8米。而布置在茅口灰岩段的抽放钻孔(如卸压抽放钻孔、条带预抽钻孔等),由于岩石条件好,封孔深度只需5米就能取得较好的效果。
  2 封孔方法
  2.1 倾斜钻孔封孔方法
  倾斜及水平抽放钻孔封孔时,首先将抽放管及注浆管(一般选用φ30mmPvc塑料管)预埋在钻孔内,并用黄泥将孔口堵实(堵1米左右)。预埋抽放管长度与封孔深度相等,注浆管长一般为2米。然后将灌浆机上出浆管接在注浆管上注浆至抽放管内流出浆为止。
  俯斜钻孔封孔时,须先将抽放管末端用棉纱缠紧并用铅丝或铁钉固定好,防止注浆时水泥石膏浆流到孔底将孔堵严使抽放孔报废。然后将灌浆机出浆管放在抽放钻孔孔口开始注浆,至孔口有浆流出为止。
  3 封孔效果
  采用水泥石膏浆机械封孔技术,钻孔密封效果十分明显,抽放瓦斯浓度及钻孔孔口负压较人工封孔有明显提高。我矿现井下实施的本煤层预抽措施中,瓦斯浓度最高可达40%,孔口负压达32.6Pa,抽放效果极好。
  4 存在的问题及建议
  (1)抽放钻孔在煤层段及铝土段垮孔严重,水泥浆有可能无法灌至要求深度,因此施工钻孔时不宜采用辅助水排渣方式,尽量采取压风排渣孔口除尘方式,且钻孔施工完后必须将钻孔清理干净。
  (2)电动灌浆机电机及注浆轴在井下使用容易损坏,且不易检修,建议在设计生产过程中加以改进。
  参考文献:
  [1]孙和应、常松岭,煤与瓦斯突出预测和防治[M]徐州:中国矿业大学出版社,2008-12;
  作者简介:刘光贤(1972~),男,助理工程师,现任织金县工业经济和能源局生产股。
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