一种新的煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔方法

文章介绍了一种新的煤矿瓦斯抽采钻孔封孔方法,对其封孔原理、封孔工艺和封孔效果方面进行了论述,通过在李村煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔现场试验,提高了煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔质量和施工效率,降低了封孔材料成本,对煤矿井下瓦斯抽放钻孔封孔有一定的参考作用。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔技术研究

针对我国现有煤矿井下瓦斯抽采主要封孔方式,通过分析各个封孔方式的优缺点,得出采动效应下钻孔周边裂隙发育规律研究不透彻、封孔位置选择不合理、现有封孔技术及材料不能有效封堵采动过程中钻孔周边发育的裂隙是造成目前煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔效果不佳的主要原因。通过实验室试验、数值模拟及现场应用手段相结合,深化模拟基础理论研究;构建采动过程钻孔煤体裂隙发育规律理论与模型,确定及优选瓦斯抽采钻孔封孔位置、材料及装置;瓦斯抽采钻孔封孔技术的多元耦合化,降低乃至克服各个技术缺点,提高封孔质量;研发和改进"一体化"封孔装置,简化封孔操作、保证封孔效果、降低封孔成本等方面是封孔技术发展主要方向。     

定长定位封孔工艺的研究及应用

为探索更加简便和有效的瓦斯抽采钻孔封孔技术及工艺,通过对常用的瓦斯抽采钻孔封孔技术及工艺进行分析,研究了定长定位钻孔封孔工艺,并研制出与之配套的两端自堵式封孔囊袋。该技术工艺简便快捷,实现了一次性带压注浆封孔,并能够实现瓦斯抽采钻孔的定长定位封孔,封孔效果较好、效率较高,降低了工人的劳动强度。在龙山煤矿进行了封孔工艺效果对比试验,结果表明:定长定位封孔工艺能提高瓦斯抽采钻孔的封孔质量,单孔平均瓦斯抽采浓度提高约37.5%,所封钻孔的瓦斯抽采浓度衰减速度较慢,钻孔的使用周期较长,高浓度瓦斯抽采钻孔的比例较高。     

煤粉带压注浆封孔技术研究及应用

为了了解煤粉带压注浆封孔技术的封孔性能以及实际封孔效果,分别采用实验室实验和现场试验的方式对煤粉带压封孔技术进行了深层次的探索研究。结果表明:由煤粉和外添加剂组成的煤粉封孔材料具有一定的微膨胀特性,且随着水灰比的减小,煤粉封孔材料的膨胀性逐渐增大;利用煤粉带压注浆封孔技术进行封孔可以取得良好的封孔效果,其所封钻孔的抽放瓦斯浓度与利用膨胀水泥封孔技术所封钻孔的抽放瓦斯浓度相当,但封孔成本降低了约70%。     

钻屑回填封孔技术研究及应用

钻屑回填封孔技术是利用现场打钻所得煤屑与水泥按一定比例混合成浆并加入适量添加剂后通过两堵一注囊袋式封孔器进行注浆的一种封孔技术。为了充分利用钻孔过程中产生的煤屑,采用以煤封煤的方式进行封孔以提高封孔的效果,进而提高瓦斯抽采的效果,采用实验室实验和现场试验相结合的方法对钻屑回填封孔技术的使用材料及封孔效果的可靠性进行了分析。结果证实,钻屑回填封孔技术在封孔效果上比传统封孔技术有很大程度的提高,平均单孔浓度提高了70%左右,同时,也极大地节省了封孔所需材料,使单孔封孔成本降低50%左右。     

松软破碎煤体顺层钻孔封孔工艺探讨

根据钻孔施工区域不同瓦斯地质条件,因地制宜的选择钻孔封孔工艺是保证钻孔封孔质量,提高瓦斯抽采效率的关键。对基于"两堵一注"带压封孔原理的三种不同封孔工艺进行地面封孔材料特性参数测试、封孔器特性参数试验、封孔工艺地面模拟实验,并以余吾煤业N1205回风巷为试验巷道,进行试验,同时以单孔浓度为指标进行封孔效果考察,得出三种封孔工艺各自的优缺点及井下封孔效果的优劣,为余吾煤业受采动影响松软破碎煤体区域顺层钻孔封孔提供了重要的参考。     

顺层钻孔钻屑回填封孔技术探索

顺层钻孔预抽煤层瓦斯是瓦斯治理的主要手段,而钻孔的封孔质量直接决定了钻孔抽采浓度,影响瓦斯抽采效率。为了降低封孔成本,余吾煤业公司创新性地提出了以煤封煤的封孔理念,即以打钻产生的钻屑为主要封孔原料,辅以适量的水泥添加剂配制成封孔材料,利用布囊两堵一注带压封孔工艺,在余吾煤业N1101工作面进行了钻屑回填封孔技术的探索。通过地面与井下试验,确定了钻屑与水泥添加剂的合理配比、筛选钻屑的粒径范围、封孔注浆的工艺参数,得出了钻屑回填封孔的封孔效果。     

煤矿采煤工作面瓦斯抽放封孔技术研究

对煤矿瓦斯抽放钻孔封孔技术进行实验、分析、研究,依据钻孔外部岩层条件及钻孔施工技术要求,改进了封孔内外囊袋、封孔段位置及长度施工方法及各项技术指标,保证了工程质量,提高施工效率及瓦斯抽放效果。通过对注浆压力试验总结,确定了囊袋及封孔注浆压力值的确定方法及基本参数值,为高质量、高效率封孔注浆提供了适用参数及理论指导。     

穿层钻孔返渣封孔技术研究与应用

为了提高松软煤层穿层瓦斯抽采钻孔封孔效果,分析了现有穿层钻孔封孔技术的不足,阐述了返渣封孔技术在穿层钻孔应用中的原理、要求,分析了返渣封孔技术的封孔深度和抽采负压,并在平煤股份八矿己15-14140胶带运输巷底抽巷开展了现场试验。试验结果表明:穿层钻孔返渣封孔技术在松软煤层具有良好的适应性,采用穿层钻孔返渣封孔技术后,每孔封孔成本减少50%左右,在13 kPa负压条件下连续抽采100 d后,钻孔抽采浓度全部维持在35%以上,有效提高了穿层钻孔封孔效果。     

钻隔封封孔技术在提高瓦斯安全抽采效率中的应用研究

为解决瓦斯抽采钻孔密封性差、漏风量大和伴生的破碎煤体自燃灾害,提出了新型钻隔封一体化封孔技术来对瓦斯抽采钻孔封孔。钻隔封一体化封孔技术通过注入柔性膏体封孔材料密封钻孔,钻孔内和钻孔周围煤壁喷涂黏性无机密封材料,来实现动态密封钻孔周围新生裂隙,隔绝破碎煤体与周围空气接触,提高瓦斯抽采浓度和降低破碎煤体自燃风险。煤矿现场试验表明,采用新型钻隔封一体化封孔技术后,瓦斯抽采钻孔周围煤体漏风大大降低,瓦斯抽采浓度较常规封孔的钻孔提高了2.3倍,钻孔内部温度降低了12.8℃,破碎煤体自燃风险大幅降低,切实保障瓦斯抽采工作安全高效进行。     

深部首采关键保护层预抽钻孔高效封孔技术研究

为提高深部首采关键保护层预抽钻孔的封孔质量及抽采效果,基于淮南矿区谢桥矿B组煤首采6煤层瓦斯地质条件,理论分析了钻孔围岩应力场、裂隙场的分布规律及合理封孔位置,现场试验了“囊袋式两堵一注”与“聚氨酯+水泥浆”两种封孔方法的应用效果,获得了提高穿层、顺层预抽钻孔封孔质量的关键影响因素及封孔参数。结果表明:“囊袋式两堵一注”封孔方法瓦斯抽采效果较好,穿层预抽钻孔的封孔效果在0~15m范围内随封孔长度增加而提高,若继续增加封孔长度,封孔效果提高不明显;顺层钻孔封孔范围为5~18m,从保证封孔质量、降低经济成本两方面综合确定封孔深度为13m。     

“双重接替”顺层钻孔全孔深护孔技术研究

郑州矿区三软煤层透气性差,顺层钻孔护孔困难,加之受封孔材料和封孔工艺限制,封孔深度较浅,不能有效对煤层瓦斯进行均匀抽采。通过对郑州矿区三软煤层开展钻孔封孔技术及工艺的调查与分析,探索试验"双重接替"顺层钻孔深孔封孔工艺技术,对提高瓦斯抽放浓度及效率具有重要意义。     

井下水力压裂穿层钻孔封孔工艺

为提高煤矿井下水力压裂穿层钻孔的封孔效果,减少封孔材料消耗,降低封孔成本,简化封孔工艺,分析了煤矿井下水力压裂增透技术的封孔机理,针对封孔时出现的3类裂隙提出了对应的密封方法。在此基础上研究了水力压裂穿层上向钻孔"三段式"封孔工艺,确定了该封孔工艺的基本参数。通过将该封孔工艺应用于临涣煤矿,验证了其有效性。     

浅析井下瓦斯抽采钻孔封孔技术现状与进展

钻孔封孔技术是决定井下瓦斯高效抽采利用的重要因素之一。基于大量文献调研，对现有的井下瓦斯抽采钻孔封孔技术按封孔工艺分为一次封孔技术和二次封孔技术进行论述。分类列举了几种典型的封孔技术，并总结各类封孔技术的适用条件及优缺点。在综合分析一次封孔技术和二次封孔技术不足的基础上，展望了其未来的发展趋势。研究认为：二次封孔技术相较于一次封孔技术虽能有效地封堵新生裂隙，延长钻孔的服务时间，保证连续高效地抽采瓦斯等优势，但仍存在密封工序复杂、人为因素多、操作时间长、密封成本高等问题亟需解决；对漏气失效钻孔进行修复和再处理，延长钻孔服务时间将成为我国煤矿瓦斯抽采技术的关键环节；钻孔封孔技术将趋向自动化、无人化、智能化，钻孔智能探测技术、钻孔围岩智能识别技术、封孔智能控制技术、封孔智能执行技术的研发将成为我国煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术的主要研究方向。     

底板穿层瓦斯抽采钻孔定点封孔工艺研究与应用

传统的底板穿层瓦斯抽采钻孔原插接式封孔工艺存在易出现封孔管错位、钻孔漏气等问题，为实现一孔多用、提高钻孔抽采效率、降低钻孔封孔成本目的，以白龙山煤矿一井为工程背景，研究并应用了穿层瓦斯抽放钻孔定点封孔工艺。通过钻孔窥视仪选择钻孔内岩性相对较好的孔段作为封孔点，有效避开了巷道围岩松动圈、构造带，且缩短了封孔段距离。与原封孔方式相比，定点封孔方式由于实现整管一次性下管到位而提高了劳动效率，消耗的单孔材料降低了10%,定点封孔方式的抽采钻孔单孔瓦斯抽采浓度提高近15%。     

“两堵一注”封孔装置在瓦斯抽采中的应用

为了取得良好的钻孔密封效果,提高瓦斯抽采体积分数以及钻孔密封效率,节省封孔成本,针对传统聚氨酯封孔效率低、封孔效果差、封孔耗材多、封孔成本高的特点,开发了一种"两堵一注"新型封孔设备并进行了理论分析和现场验证。结果表明,该装置具有效果好、效率高、耗材少、成本低的特点,具有良好的封孔效果。     

底抽巷上向穿层瓦斯抽采钻孔封孔工艺优化研究

为了提高瓦斯抽采浓度,以小屯煤矿底抽巷现有瓦斯抽采钻孔封孔工艺为背景,针对封孔过程中出现的封孔质量差导致抽采浓度过低、封孔效率低及材料浪费现象,从优化封孔工艺、水泥浆与马丽散最佳性能配比、注浆长度、需水及水泥用量、现场搅拌盒设计五方面考虑,设计便捷的现场水泥搅拌盒,优化封孔工艺运用于现场瓦斯浓度稳定在25%-58%。结果表明,优化封孔工艺提高了瓦斯抽采浓度、封孔效率,并节约封孔成本。     

加压注浆封孔技术的研究与应用

为了提高焦作矿区松软煤层瓦斯抽采钻孔封孔质量,延长有效抽采周期,增加抽采量,在分析煤体特征的基础上,提出了加压注浆封孔技术,对封孔工艺和材料设备进行对比选择,并在演马庄矿和九里山矿进行了4个多月的工业性试验。结果表明:加压注浆封孔技术使瓦斯抽采浓度提高了20%～40%,抽采纯量提高了1.13～1.75倍,有效降低了封孔成本。     

布囊式定点定长带压封孔工艺应用

瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害的根本措施。N1101胶带顺槽钻孔原采用两堵一注封孔技术,为减少钻孔与封孔使用材料及提高抽采钻孔封孔效果,采用8 m一体式布囊定点定长带压封孔新工艺,不仅封孔用料较原封孔工艺节约25 kg/孔,而且提高了封孔的气密性,钻孔抽采瓦斯浓度提高10%左右,封孔时间缩短1/2,大大降低封孔成本,扩大瓦斯抽采能力,提高瓦斯抽采率,缩短抽采达标时间,效果显著。     

钻孔新型封孔方法与封孔深度研究

抽采瓦斯钻孔封孔方法与封孔深度决定了封孔质量和抽采效果。通过分析巷道及钻孔周边卸压区主要影响因素,利用RFPA~(2D)数值模拟软件,结合鹤煤八矿煤层力学参数,对3202工作面蠕变效应进行研究,确定了合理的封孔位置和封孔长度;采用新型径向膨胀封孔技术开展现场试验,结果表明,与原封孔技术相比,采用径向膨胀封孔技术单孔平均瓦斯抽采浓度和抽采纯流量分别提高了72%和59.7%,取得良好的封孔效果。