钻封一体化初探重点解读.doc

科 学 技 术 报 告 抽采钻孔封孔新技术 钻封一体化初探 承担单位：荥经县五家田煤业有限公司 协作单位：重庆煌庆矿山科技有限公司 报告撰写：魏云 完成时间：2012年2月28日 目 录 1· 引言 1 2· 施工地点概况 1 3· 顺层钻孔受力分析 2 4· 顺层孔封孔试验研究 3 4.1· 试验钻孔设计及施工 4 4.2· 封孔材料及工艺 4 4.2.1· 石膏水泥浆及封孔工艺 4 4.2.2· A-B胶封孔及封孔工艺 5 5· 封孔效果考察 7 5.1· 单孔浓度对比 7 5.2· 钻孔成孔率 12 5.3· 经济效益分析 12 5.3.1· 封孔成本 12 5.3.2· 运行成本 12 5.3.3· 经济比较 13 6· 钻封一体化 13 7· 结论 13 1· 引言 荥经县五家田煤业有限公司的五连炭煤层，透气性系数为0.99的高瓦斯煤层，煤层坚固性系数f值一般在3左右。目前矿井采用顺层钻孔进行本煤层瓦斯抽采。以前，荥经县五家田煤业有限公司抽采钻孔采用石膏水泥浆封孔，封孔工艺繁锁，需要材料和设备多，封孔耗时长，封堵效果不理想，造成钻孔瓦斯抽放浓度低，抽采量难以大幅提高。该问题一方面造成工作面抽采达标时间长，严重制约矿井生产部署；另一方面，钻、封时间间隔长，松软煤层中的钻孔易塌孔，成孔率低，影响抽放效果；再一方面，由于封堵效果差，钻孔抽放浓度低，抽采低浓度瓦斯难以利用，排空后造成资源浪费、大气污染。 针对抽采钻孔的封孔难题，荥经县五家田煤业有限公司积极改进瓦斯抽采钻孔封孔工艺，试验新型封孔材料提高抽采钻孔瓦斯预抽浓度和矿井瓦斯抽采率。2012年矿井开始试验了新型A-B胶配套正安矿山专用封孔器的封孔材料和新工艺并对封孔效果进行对比考察。采用新的封孔工艺后，封孔时间比原来节省了三分之二，钻孔成孔率达100%，抽采钻孔抽采瓦斯浓度由60%提高至90%。取得了良好的抽采效果。 2· 施工地点概况 本次试验地点选择在1256对拉采煤工作面新掘两条回风巷道内。1256对拉工作面属五连煤煤层，煤层分为四个分层, 属复合煤层,下分层煤厚0.4～0.5m(顺层瓦斯抽采钻孔布置于该分层)，纯煤层平均厚为0.76m, 煤层倾角1～5°, 平均3°，煤层的硬度系数f=3～5。平均采高1.05m；五连煤以明镜煤和半亮煤为主，半暗煤次之，镜下观察以凝胶物质为主(45%以上)，可见镜煤和木质镜煤、结构镜煤凝胶基质等。其次为丝炭物质(40%左右)，见木炭丝炭镜煤，丝炭基质等。煤岩类型为线质镜煤，光性测定变质程度属贫煤估。五连煤属无烟煤。 表1 1256采面回风巷顶底板情况 顶底板名称 岩石 名称 厚度(m) 岩性特征 老　顶 细、粉砂岩 3～5 为灰色中厚层状砂岩和薄层状粉砂岩组成。 直接顶 粉砂岩 0.42 浅灰色，显水平层理，顶部含植物化石或煤线。 直接底 细砂岩 2.3 灰色，中厚层状砂岩组成。 3· 顺层钻孔受力分析 顺层预抽钻孔实施完成后，主要受到上覆煤岩层垂直应力及水平向构造应力，钻孔设计长度80m，施工长度在70-85m之间，因此该问题可简化为平面应变问题。其中，上覆煤岩层垂直应力，水平向构造应力，上式中，H为煤层埋深，γ为岩石容重，λ为侧向系数，钻孔受力模型图见图1。 图1 顺层钻孔受力示意图 钻孔周围由内到外依次分布为钻孔松动区、塑性区、弹性区，见图2。由于受钻孔施工扰动影响，钻孔周围松动区分布大量发育裂隙，数值模拟及理论研究结果表明，该松动区范围为2.5～6倍.1· 试验钻孔设计及施工 顺层钻孔封孔试验地点选择在1252采面两回风巷和1256采面两回风巷，钻孔间距均为6m，垂直煤壁沿煤层走向施工，钻孔设计深度80m。 封孔试验选择两种不同封孔材料：水泥浆石膏与A-B胶。试验钻孔设计见图3。其中试验孔1～#(共58个)钻孔采用黑白胶封孔，～1#(共54个)钻孔采用水泥浆石膏原封孔工艺封孔作比较。 图3 封孔试验钻孔设计图 4.2· 封孔材料及工艺 4.2.1· 石膏水泥浆及封孔工艺 (1)材料性质 水泥浆：选用425#硅酸盐水泥作为主要材料的凝固剂，凝固后封堵钻孔。 石膏：为膨胀剂，其作用是避免水泥浆凝固后收缩，钻孔出现缝隙。加石膏后水泥浆体积约为原来的1.1倍。 配合比：水∶水泥∶石膏=100∶60∶12。 (2)石膏水泥浆封孔工艺 石膏水泥浆封孔技术施工采用两道工序施工： 钻孔按照设计要求施工(扩孔5～8m)完成后，将1.5寸抽放管、注浆管及排气管用棉纱按图4要求缠绕，面纱段长度各0.1m，捆绑固定后，插入扩孔段内8m处(孔口外预留0.3m)；用高标号水泥砂浆封堵孔口。 待孔口水泥砂浆凝固后(24小时)，按比例配合好石膏水泥浆，待其充分反应硬化后(约10min)，通过注浆泵向预留注浆管内注