顺层长钻孔封孔安全高效抽采技术2.docVIP

顺层长钻孔封孔新工艺抽采技术 潘三矿 一、问题的提出 潘三矿的13槽1792（3）、1562（3）、1271（3），11槽1492（1）、17171（1）等突出危险区综采工作面回采前均采用顺层钻孔预抽消突，因抽采浓度低，合茬抽采后单孔浓度普遍在15%以下，而且衰减后，下降到5－10%，还经常出现CO达到或超过24ppm，造成90%以上钻孔间歇性抽采。为尽早实现工作面预抽达标，我矿采取将顺层钻孔施工间距由10m加密为5m，甚至2.5m,靠增加钻孔量或延长抽采时间提高抽采量。不仅费时费力费财，还因为抽采出现CO存在自然发火重大安全隐患，不能实现快速安全消突。 分析顺层长钻孔停抽原因，主要是是封孔不严，封孔工艺不过关造成钻孔漏气，钻孔在煤层中施工，周围煤体相对比较松软，裂隙发育程度较高，传统封孔工艺很难解决抽采漏气问题。钻孔漏气导致单孔瓦斯浓度衰减快，而且强抽易引起煤体提前氧化，出现CO。为了达到抽采浓度最大化、抽采时间持续化，最终实现采煤工作面快速消突，潘三矿将改进封孔工艺提高封孔质量列为2011年重点攻关课题。成立了以总工程师为组长，通风副总工程师直接负责，通防科、勘探处、抽排队专人负责具体落实的课题小组，在1762（3）综采工作面实施。 二、工作面概况 1762（3）工作面标高-640m～-584m，处于13煤突出危险区域，瓦斯原始压力2.5MPa，瓦斯含量8.2m3/t。轨道顺槽及切眼采用底板巷穿层钻孔掩护，运输顺槽为沿空掘进。工作面走向长度为870m，倾斜长度为242m，煤层平均厚度为4m，工作面内煤层角度6～11°，平均为7°。工作面回采前，采用顺层长钻孔预抽消突，分别在轨、运顺垂直巷帮开孔，相向施工，间距10m，轨顺设计81个，长110m，为下向顺层孔。运顺设计80个，长140m,为上向顺层孔。 选择1792（3）工作面为比对面。主要是1762(3) 工作面与1792（3）工作面属于同采区同煤层，工作面消突措施相同。1762（3）工作面防突钻孔布置示意图见图1。 三、创新顺层长钻孔封孔新工艺 封孔新工艺主要特点：选择初凝时间可调，流动性强的速凝膨胀封孔剂；实现带压封孔，注浆压力达到2MPa,对钻孔周边松散的煤体和裂隙加强密封；增加封孔长度，由12m加长为14m，以减少穿层钻孔影响；加强现场组织管理，严格执行钻孔验收制度，出现问题及时问责，确保封孔质量。 （一）封孔工艺设计 1、封孔材料选择 以往潘三矿顺层长钻孔采用聚氨酯这种有机发泡材料作为封孔剂，初凝时间不可调，封孔长度不易控制，聚氨酯反应速度太快，不能使钻孔周边松散煤体和缝隙充分密封，且反应过程中散发大量热。为了解决聚氨酯封孔剂带来的弊端，潘三矿“一通三防”部门经过反复调研，考察，确定选用JD-WFK-2型速凝膨胀水泥封孔剂做为新的  图1 工作面及防突钻孔布置示意图 封孔材料。 速凝膨胀封孔剂外观为灰色粉末，无毒、无污染、无腐蚀性。产品按比例1:1兑水施工，制料过程中发生单纯的物理络合反应，反应不剧烈，无明显热量放出，无有毒有害气体生成。初凝时间可调，封孔长度容易控制，流动性强，带压注时能够密封钻孔周边松散煤体和缝隙，膨胀系数为8%0—12%0，凝固膨胀后不析水，密封严实。 2、封孔设计 如图2所示，采用2m花管、12m实心双抗管和2m实心铁管，花管放置在钻孔前段用于护孔，双抗管与花管连接，末端2m包裹棉纱与聚氨酯混合物，用铁丝将棉纱固定在双抗管上做为前端堵板。采用速凝膨胀封孔材料或聚氨酯混合物封堵钻孔孔口段，孔口段封孔深度1.5m，凝固时间10min。封孔段配置两路4分铁管，在孔口安设球阀，外露300mm，分别做为注浆管和返浆管，注浆管长4m,返浆管上向孔长12m,下向孔长4m。 （二）封孔工序 1、扫孔 下套管前，利用钻杆将封孔段内的煤粉采用压风全程清扫干净。 2、下套管及堵孔 将双抗管与花管连接，双抗管末端2m包裹棉纱与聚氨酯混合物，用铁丝将棉纱固定在双抗管上。将底部敷设棉纱的双抗管送至孔中预定深度后，反复抽动双抗管路，使底部棉纱与孔壁充分接触。在孔口位置，将4分铁管分两路铺设孔中，做为注浆管及返浆管，外露0.3m，孔口连接球阀，注浆管长度4.0m,返浆管上向孔长12m，下向孔4.0m。采用速凝膨胀封孔材料或聚氨酯混合物封堵钻孔孔口段，孔口段封孔深度1.5m，孔口段凝固时间不低于10min。 3、压注封孔材料 采用型号OZB-50-6风动注浆泵注浆，将速凝膨胀封孔剂与水按1:1比例混合后注入孔中，当预埋返浆管有浆液流出时，钻孔内浆液已满，此时关闭返浆管路球阀继续注浆。我们经过反复试验，确定了带压注浆的压力和时间最佳值，即注浆泵压力达到2MPa，保持注浆5分钟后停止注浆并关闭注浆管，此时钻孔内裂隙已经得到充分封堵。由于速凝膨胀封孔剂具有凝固膨胀后不析水，