1、順層長鉆孔封孔新工藝抽采技術潘三礦一、問題的提出潘三礦的13槽1792（3）、1562（3）、1271（3），11槽1492（1）、17171（1）等突出危險區綜采工作面回采前均采用順層鉆孔預抽消突，因抽采濃度低，合茬抽采后單孔濃度普遍在15%以下，而且衰減后，下降到510%，還經常出現CO達到或超過24ppm，造成90%以上鉆孔間歇性抽采。為盡早實現工作面預抽達標，我礦采取將順層鉆孔施工間距由10m加密為5m，甚至2.5m,靠增加鉆孔量或延長抽采時間提高抽采量。不僅費時費力費財，還因為抽采出現CO存在自然發火重大安全隱患，不能實現快速安全消突。分析順層長鉆孔停抽原因，主要是是封孔不嚴，封孔工

2、藝不過關造成鉆孔漏氣，鉆孔在煤層中施工，周圍煤體相對比較松軟，裂隙發育程度較高，傳統封孔工藝很難解決抽采漏氣問題。鉆孔漏氣導致單孔瓦斯濃度衰減快，而且強抽易引起煤體提前氧化，出現CO。為了達到抽采濃度最大化、抽采時間持續化，最終實現采煤工作面快速消突，潘三礦將改進封孔工藝提高封孔質量列為2011年重點攻關課題。成立了以總工程師為組長，通風副總工程師直接負責，通防科、勘探處、抽排隊專人負責具體落實的課題小組，在1762（3）綜采工作面實施。二、工作面概況1762（3）工作面標高-640m-584m，處于13煤突出危險區域，瓦斯原始壓力2.5MPa，瓦斯含量8.2m3/t。軌道順槽及切眼采用底板巷

3、穿層鉆孔掩護，運輸順槽為沿空掘進。工作面走向長度為870m，傾斜長度為242m，煤層平均厚度為4m，工作面內煤層角度611°，平均為7°。工作面回采前，采用順層長鉆孔預抽消突，分別在軌、運順垂直巷幫開孔，相向施工，間距10m，軌順設計81個，長110m，為下向順層孔。運順設計80個，長140m,為上向順層孔。選擇1792（3）工作面為比對面。主要是1762(3) 工作面與1792（3）工作面屬于同采區同煤層，工作面消突措施相同。1762（3）工作面防突鉆孔布置示意圖見圖1。三、創新順層長鉆孔封孔新工藝封孔新工藝主要特點：選擇初凝時間可調，流動性強的速凝膨脹封孔劑；實現帶壓封

4、孔，注漿壓力達到2MPa,對鉆孔周邊松散的煤體和裂隙加強密封；增加封孔長度，由12m加長為14m，以減少穿層鉆孔影響；加強現場組織管理，嚴格執行鉆孔驗收制度，出現問題及時問責，確保封孔質量。（一）封孔工藝設計1、封孔材料選擇以往潘三礦順層長鉆孔采用聚氨酯這種有機發泡材料作為封孔劑，初凝時間不可調，封孔長度不易控制，聚氨酯反應速度太快，不能使鉆孔周邊松散煤體和縫隙充分密封，且反應過程中散發大量熱。為了解決聚氨酯封孔劑帶來的弊端，潘三礦“一通三防”部門經過反復調研，考察，確定選用JD-WFK-2型速凝膨脹水泥封孔劑做為新的圖1 工作面及防突鉆孔布置示意圖封孔材料。速凝膨脹封孔劑外觀為灰色粉末，無毒

5、、無污染、無腐蝕性。產品按比例1:1兌水施工，制料過程中發生單純的物理絡合反應，反應不劇烈，無明顯熱量放出，無有毒有害氣體生成。初凝時間可調，封孔長度容易控制，流動性強，帶壓注時能夠密封鉆孔周邊松散煤體和縫隙，膨脹系數為8%012%0，凝固膨脹后不析水，密封嚴實。2、封孔設計如圖2所示，采用2m花管、12m實心雙抗管和2m實心鐵管，花管放置在鉆孔前段用于護孔，雙抗管與花管連接，末端2m包裹棉紗與聚氨酯混合物，用鐵絲將棉紗固定在雙抗管上做為前端堵板。采用速凝膨脹封孔材料或聚氨酯混合物封堵鉆孔孔口段，孔口段封孔深度1.5m，凝固時間10min。封孔段配置兩路4分鐵管，在孔口安設球閥，外露300mm

6、，分別做為注漿管和返漿管，注漿管長4m,返漿管上向孔長12m,下向孔長4m。（二）封孔工序1、掃孔下套管前，利用鉆桿將封孔段內的煤粉采用壓風全程清掃干凈。2、下套管及堵孔將雙抗管與花管連接，雙抗管末端2m包裹棉紗與聚氨酯混合物，用鐵絲將棉紗固定在雙抗管上。將底部敷設棉紗的雙抗管送至孔中預定深度后，反復抽動雙抗管路，使底部棉紗與孔壁充分接觸。在孔口位置，將4分鐵管分兩路鋪設孔中，做為注漿管及返漿管，外露0.3m，孔口連接球閥，注漿管長度4.0m,返漿管上向孔長12m，下向孔4.0m。采用速凝膨脹封孔材料或聚氨酯混合物封堵鉆孔孔口段，孔口段封孔深度1.5m，孔口段凝固時間不低于10min。3、壓注

7、封孔材料采用型號OZB-50-6風動注漿泵注漿，將速凝膨脹封孔劑與水按1:1比例混合后注入孔中，當預埋返漿管有漿液流出時，鉆孔內漿液已滿，此時關閉返漿管路球閥繼續注漿。我們經過反復試驗，確定了帶壓注漿的壓力和時間最佳值，即注漿泵壓力達到2MPa，保持注漿5分鐘后停止注漿并關閉注漿管，此時鉆孔內裂隙已經得到充分封堵。由于速凝膨脹封孔劑具有凝固膨脹后不析水，膨脹系數高的特點，因此在停泵后，漿液凝固過程中，材料將繼續膨脹，充填裂隙，達到密封鉆孔的目的。4、合茬抽采待注漿4小時后，封孔材料完全凝固，即可連接抽采管路進行瓦斯抽采，抽采負壓保持在1315KPa。（三）鉆孔驗收及標準為確保鉆孔封孔和抽采做到

8、全過程跟蹤及監督，課題小組在總工程師領導下，進行了明確的分工，并相互配合，通防科負責鉆孔及封孔工藝設計、勘探處潘三鉆機工區現場組織實施、抽排隊驗收鉆孔及抽采效果考察。三家單位各抽調2名工程技術人員，在封孔時現場跟班，落實新工藝措施和解決現場問題。嚴格按照潘三礦鉆孔設計施工及驗收管理規定進行驗收及效果考察，并在執行中比照集政201146號文管理。1、勘探處潘三鉆機工區取鉆及封孔時，抽排隊安設專職驗收員現場驗收。2、下套管前不執行掃孔或掃孔不符合要求，責任人進“三違”學習班學習，當班機長罰款300元。3、套管、注漿管、返漿管不按要求下到位，封孔前端堵板密封不嚴造成竄漿，必須重新透孔和封孔。責任人進

9、“三違”學習班學習，當班機長、現場跟班工程技術人員各罰款300元。4、注漿壓力達不到2MPa或注漿時間達不到5分鐘（注漿時孔周滲漿除外），責任人責任人進“三違”學習班學習，當班機長、現場跟班技術員各罰款300元。5、抽排隊考察單孔抽放效果，封孔合茬抽采48小時內，濃度低于40%或抽采CO大于24ppm的按封孔質量事故由通防科組織追查，并重新封孔或補孔，不計入勘探處潘三工區工作量，對責任人罰款500元，對責任單位罰款2000元。6、一個月內連續出現封孔質量事故三次，對勘探處潘三工區負責人建議行政警告及以上處分。通過嚴格的過程管理，鉆孔封孔質量顯著提高，抽采濃度大幅增加，抽采出現CO超過24ppm

10、的鉆孔明顯減少。鉆孔施工近三個月來，出現CO大于24ppm（最大不超過50ppm）只有軌順29#、運順21#、26#、46#共4個鉆孔，已按管理規定處理及重新封孔，目前鉆孔CO濃度均低于24ppm。四、效果考察潘三礦在1762（3）工作面已成功使用新的封孔工藝封孔139個。封孔后瓦斯抽采數據與1792（3）順層孔抽采數據對比見表1，單孔濃度對比見圖3，單孔抽采純量對比見圖4。表1 順層鉆孔封孔抽采數據表1762（3）運順順層鉆孔(抽放負壓13KPa)1762（3）軌順順層鉆孔(抽放負壓13KPa)1792（3）順層鉆孔 （抽放負壓13KPa）孔號CH4（%）CO（ppm）孔號CH4（%）CO（

11、ppm）孔號CH4（%）CO（ppm）運順24605軌順11580運順133020運順25550軌順12620運順143158運順26600軌順13653運順152840運順27455軌順14510運順163035運順28700軌順15635運順173152運順298010軌順16440運順182530運順30505軌順17780運順191552運順31705軌順18472運順2028112運順32600軌順19630運順213465運順33755軌順20685運順223560圖2 順層鉆孔（下向）封孔效果圖由表1、圖3及圖4可看出，新的封孔工藝與老的封孔工藝對比，在相同負壓（13KPa）下鉆

12、孔的抽采效果得到了很大程度提高，一個月后的抽采濃度由原來10%，提高到25%，增幅達到150%。不僅如此，新的封孔工藝的應用，提高了鉆孔的密封性，延長了鉆孔抽采壽命，鉆孔因抽采漏氣出現CO的幾率大大降低，見圖5. 圖6。目前1762（3）順層鉆孔平均抽采時間已持續達2個月以上，單孔平均抽采量0.05m3/min,相比1792（3）工作面順層孔抽采壽命而言，提高了9倍以上。五、結論通過改進封孔工藝與加強現場管理相結合，潘三礦在1762（3）順層長鉆孔瓦斯抽采濃度和連續抽采時間，相對于以前封孔工藝，兩個月后單孔平均抽采濃度，由原來不到10%，提高到25%，增幅達到150%，鉆孔因CO大于24ppm而停抽率由原來74%降為2%，降低了近37倍。1、封孔工藝首要的是封孔材料必須滿足滲透率高，不析水，膨脹性好的性能。本次選擇的封孔材料為速凝膨脹封孔劑，能滿足以上要求。潘三礦將繼續探索新型封孔材料的應用及改進堵板增加抗壓強度的研究工作。2、牢固樹立沒有抽不出的瓦斯，只有封不到位的