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瓦斯事故是我国煤矿安全生产中最严重的自然灾害事故之一。早在20世纪50年代,瓦斯抽采就被我国列为治理煤矿瓦斯灾害的重要措施,并在高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井推广。我国的瓦斯抽采技术历经几十年的发展,取得了显著的进步,在治理煤矿瓦斯和预防瓦斯事故的过程中起到了至关重要的作用。然而,目前我国许多矿井的瓦斯抽采率和瓦斯抽采浓度仍然不达标,除了煤层瓦斯基础工作做得不够、瓦斯抽采方法选择不恰当以外,另外一个重要原因就是瓦斯抽采钻孔封孔效果不佳。
煤矿瓦斯封孔是煤矿抽放瓦斯钻孔中的一项重要技术,钻孔的密封性直接影响抽采效果。因此,瓦斯抽采钻孔的封孔质量是做好抽采工作的最基础的保障性措施。如何提高封孔质量、增强瓦斯抽采效果,是亟待解决的问题,也是矿井安全生产的重要保证。
目前,我们常见的封孔工艺有水泥砂浆封孔法、聚氨酯泡沫封孔法、两堵一注和二堵一压四种方式。
水泥砂浆封孔法是采用水泥封孔泵将水泥砂浆打入数米深处 ,待水泥固化后起到密封作用 。水泥封孔方法的优点在于成本较低 , 材料易得。然而,水泥封孔方法有三个缺陷,首先是材料固化时间长 (通常大于24h) ,完全固化前易流淌形成缝隙,封孔效果差;其次,水泥材料韧性太差 ,无法随着采煤过程中钻孔的变形而形变,容易导致煤层气抽采后期封孔材料与煤层分离,从而严重影响抽采效果。
聚氨酯泡沫封孔法:手工搅拌混合聚氨酯 A、B 组分,搅拌后利用棉布进行吸附并包裹在瓦斯抽放管道上,随瓦斯抽放管道一并插入抽放孔,由于聚氨酯泡沫有固化速度快 、膨胀倍率高,与煤壁粘附力强、强度与韧性相对较高等优点, 聚氨酯泡沫封孔法在前几年被广泛的推广应用。
两堵一注能使钻孔周围的裂缝得到充填、密闭、抑制内部气体、液体外渗,另一方面能使钻孔得到可靠的支护,保证钻孔的稳定。具有操作简单、使用方便、成本低、降低工人劳动强度、提高工作效率等优点。
从封孔原理和实际封孔效果来看“两堵一注”封孔法是较好的瓦斯抽采钻孔封孔方法,其优越性在于:通过加压注浆可以封堵钻孔周边煤体裂隙浆液,在注浆压力作用下可以劈裂、扩展钻孔周边煤体裂隙充填孔隙和煤体凹凸面,增大浆液扩散范围,同时,在大渗透压力梯度作用下深入煤体微裂隙内,并产生凝聚力,待浆液固化后形成树枝状分布,并与煤体颗粒固结在一起,有效密封漏气通道,从而达到提高瓦斯抽采效果的目的。
制约该方法封孔效果的瓶颈有 3 个方面 ①两端封堵用的封堵材料强度不够 ;②缺乏对多重损伤条件下抽采钻孔周边裂隙发育时效特性的研究,对钻孔周边煤(岩)体的裂隙分布以及裂隙发育随时间变化的规律认识不足。 ③缺乏对合理始封深度和注浆压力等注浆参数的深入研究。
二堵一压:由金鼎安全首创的二堵一压封孔工艺在施工前核实抽放钻孔的实钻参数,主要有:钻孔长度、钻孔孔径、钻孔传媒厚度、钻孔孔内有无出水、出水量大小、孔内是否积水、孔內是否易塌孔、孔口瓦斯溢出情况、孔内煤岩特性等。然后根据封孔设计的要求铺设管路,采用气动注浆泵,将速凝膨胀封孔剂与水按1:1比例混合后注入孔中。由于速凝膨胀封孔剂具有凝固膨胀后不析,膨胀系数高,凝固后微膨胀的特点,因此在停止注浆后,浆液凝固过程中,封孔材料将继续膨胀,充填缝隙,达到密封钻孔的目的。
金鼎安全“二堵一压”的封孔工艺突破了“两堵一注”在封孔效果上的瓶颈,大大提高了封孔质量。
通过对现有封孔方式的分析发现,要取得好的封孔效果,有效提高瓦斯抽采浓度,首先应掌握钻孔周边裂隙发育区域,采用合理的始封深度和封孔长度;其次,采用的注浆材料需要克服聚氨酯、水泥砂浆等单一封孔材料在煤、岩层裂隙封孔不密实的缺点,尽可能地封堵钻孔周边不同尺度的孔隙和裂隙;最后,选择合理的注浆压力,使封孔材料能够扩散并渗透到钻孔周边的裂隙中,提高封孔质量。
