安阳鑫龙煤业（集团）红岭煤业有限责任公司 河南安阳 455000
摘要：本文针对遇到抽采钻孔与含水层沟通时，水泥砂浆凝固时间相对较长，难以彻底封堵渗水通道等难题，红岭煤矿工程技术人员在1503下巷掘进工作面进行了大量试验工作，对钻孔孔径的选择、钻孔施工布置、封孔工艺、连孔抽放及管路放水等进行了大量的总结分析，对瓦斯抽采钻孔封孔材料及配套工艺进行大量的研究，总结出一套完整的围岩含水煤层瓦斯抽采技术，提高了含水煤层瓦斯抽采效果。
关键词：封孔工艺；超前预测；多措并举
一、概况
煤层瓦斯抽采是防止瓦斯灾害的重要技术保障之一，决定瓦斯抽采效果的关键因素在于抽采钻孔的封孔材料及技术。传统通常采用水泥砂浆、胶圈等材料封孔工艺的方法进行瓦斯抽采。这些瓦斯抽采方法在测试区域煤（岩）层稳定、采构造不发育以及无水的条件下取得了较好的效果。但遇到抽采钻孔与含水层沟通时，水泥砂浆凝固时间相对较长，难以彻底封堵渗水通道；采用胶圈封孔又存在设备、材料在孔内送不到位的弊端；传统的聚氨酯封孔工艺由于遇水造成发泡倍数增加，封孔质量下降，造成了瓦斯抽采未能达到预期效果，威胁煤矿安全生产。
针对以上难题，红岭煤矿工程技术人员在1503下巷掘进工作面进行了大量试验工作，对钻孔孔径的选择、钻孔施工布置、封孔工艺、连孔抽放及管路放水等进行了大量的总结分析，对瓦斯抽采钻孔封孔材料及配套工艺进行大量的研究，总结出一套完整的围岩含水煤层瓦斯抽采技术，提高了含水煤层瓦斯抽采效果。
二、研究主要内容
（一）1503下巷煤层地质构造及瓦斯赋存情况
1、地质构造
根据《1503工作面掘进地质说明书》显示，1503下巷附近存在2条断层，对工作面掘进有一定影响。
2、工作面瓦斯赋存情况
3、瓦斯储量
根据工作面及其邻近工作面瓦斯赋存情况，1503工作面原煤瓦斯含量取最大值为5.65 m³/t。开采范围内煤炭工业储量87.49万吨，停采线以外煤柱工业储量2.42万吨，则工作面的瓦斯储量约为507.99万m³。
4、主要含水层
（1）二1煤层顶板中-粗粒砂岩裂隙承压含水层
该层位于二1煤层顶部，主要充水水源，以淋水、滴水为主。
（2）底板太原组上段灰岩裂隙-岩溶承压含水层
该层含3层灰岩，以L8灰岩为主，对生产无影响。
（二）传统瓦斯抽采工艺
1、传统钻孔开孔位置及布置方式
钻孔按照双排孔成列布置。第一排开孔位置距离巷道底板0.9m，第二排开孔位置距离巷道底板1.4m，根据河南理工大学测定《安阳鑫龙煤业（集团）红岭煤业公司瓦斯抽放半径测定报告》显示，孔口负压在不低于13kPa的条件下，在连续抽放30天的影响半径为2.8m，连续抽放60天的影响半径为3.9m。连续抽放90天的影响半径为4.8m。考虑工作面瓦斯抽采钻孔施工先后顺序及抽放时间的长短，并结合1507工作面瓦斯抽采经验，按照连续抽放30天的影响半径设计钻孔最大间距，根据工作面上、下巷钻孔分段划分将钻孔间距定为：第一段钻孔设计最大间距4.2m，钻孔深度均为45～92m。
2、传统钻孔角度参数
煤层平均倾角为26°，下排孔倾角设计为26°，上排孔倾角设计为28°，钻孔方位角286°。
（三）传统瓦斯抽采工艺存在问题
1、在测试区域煤（岩）层稳定、采构造不发育以及无水的条件下取得了较好的效果。但遇到抽采钻孔与含水层沟通时，终孔点距顶板距离较小，隔水煤柱厚度不够，造成顶板水通过煤层裂隙涌入钻孔，造成钻孔积水，影响瓦斯抽采效果。
2、传统钻孔孔径选择94mm，孔径较小，在围岩含水煤层中钻孔施工结束后，钻孔由于为上行方向施工，在水冲情况下，钻孔内积煤堵塞钻孔，造成瓦斯抽采效果不好。
3、水泥砂浆凝固时间相对较长，难以彻底封堵渗水通道；采用胶圈封孔又存在设备、材料在孔内送不到位的弊端；传统的聚氨酯封孔工艺由于遇水造成发泡倍数增加，封孔质量下降，造成了瓦斯抽采未能达到预期效果，威胁煤矿安全生产。
4、传统人工放水效果差，放水器体积小，仅1503下巷在施工过程中，九需要安排一个专人放水，且放水效果不好，不仅抽采效果差，而且增加人工投入。
（四）围岩含水煤层瓦斯抽采技术方案
1、优化钻孔布置
钻孔仍按照双排孔成列布置。通过重新布置钻孔倾角，增减钻孔距煤层顶板的距离保持在2.5m左右，加大放水煤柱，防止顶板水通过煤柱裂隙涌入钻孔，造成钻孔内积水，影响 瓦斯抽采效果。
2、优化钻孔封孔工艺
（1）封孔材料的选择：封孔材料选择聚氨酯封孔剂工艺”，采用的事“一步法发泡工艺”，将多异氰酸酯和聚醚多元醇组合料按 1∶ 1的体积比注入混合后，多异氰酸酯与聚醚多元醇发生聚合反应，反应所产生的大量反应热使发泡剂汽化并膨胀形成气泡，得到聚氨酯泡沫结构材料，此过程中聚合反应和发泡等均在短时间内几乎同时进行。该封孔剂具有渗透性强、凝固时间短、强度大等特点，并可与水反应封闭水流，封孔封堵效果好。
（2）上行孔封孔工艺：①在第1节抽放管前端约100 mm处开始往外缠棉纱（或麻袋片），缠绕长度400-500mm，并用铁丝扎紧。②在棉纱后方捆绑改性聚氨酯封孔袋2个（封孔袋箭头方向向下），用胶带捆绑牢固；然后继续向后缠棉纱 400 -500 mm，接着捆绑2个封孔袋（封孔袋箭头方向向上），在封孔袋后方继续缠棉纱400 -500mm。③ 挤压封孔袋，使袋内双组份材料混合，并用手揉搓袋子 10-15s，用管箍依次连接抽放管，并迅速塞入孔内。④待钻孔内水从抽放管内流出（约5 min），向钻孔内插入注浆管，并向孔口内塞入蘸有封孔材料混合液的棉纱约400-500 mm。⑤ 孔口材料膨胀并充分凝固后（约20min），开始向孔内用手动注浆泵注入封孔材料。
优化后封孔工艺示意图
3、优化抽放管路放水装置。
由于1503下巷煤层围岩含水，造成抽采管路内容易积水，红岭矿通过分析，在不同巷道段采用不同放水方法，在钻孔积水中等巷道段，抽采管路使用直径355mm抽放管路改装放水器，增加放水器容积，降低管路积水出现频率；对于钻孔积水较大巷道段，则使用矿井改装的自动放水器，改装后，改善了自动放水器容易出现损害的问题，增强了放水效果。
三、结论
1、通过3个月的对比发现，传统瓦斯抽采工艺钻孔初抽平均抽采最大浓度47%，抽采浓度符合要求，但由于钻孔积水和钻孔被浮煤堆积堵塞，在大约1个月后，钻孔抽采量开始迅速衰减，在大约再过20天后，钻孔平均瓦斯抽采浓度降到5%以下；而改进后瓦斯抽采工艺在钻孔初抽平均抽采最大浓度78%，抽采浓度相对传统工艺提高31%，且衰减较慢，在大约3个月后，钻孔平均瓦斯抽采浓度降仍在15%以上。
2、由于改进钻孔倾角，钻孔在长度一样的情况下，控制煤层体积增大，因此在保证1503上下巷本煤层钻孔搭接距离的情况下，能够减少钻孔施工工程量，平均煤一个钻孔减少约1m钻孔工程量，整个1503下巷约减少钻孔工程量约720m。
论文作者:冯军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/7
标签：钻孔论文; 瓦斯论文; 煤层论文; 工作面论文; 工艺论文; 含水层论文; 效果论文; 《基层建设》2018年第11期论文;