煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析

煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析

白小军

华晋焦煤沙曲一号煤矿，山西 柳林 033300

摘要：目前，传统的抽采孔封堵方式是采用聚氨酯、水泥砂浆封孔或膨胀胶囊机械封孔，其中，聚氨酯容易发泡，封孔效率高，但进行封堵时容易出现封堵不严密、注浆管易堵塞等问题，水泥砂浆封堵时，向孔内注水泥浆过程中有瓦斯不停地泄漏，在水泥浆干燥凝固之前，孔内瓦斯气体将充填的水泥砂浆中冲开一定的缝隙，造成瓦斯泄漏，封堵效果不好等，膨胀胶囊机械式封堵装置，在封堵完成后，随着时间推移，孔内瓦斯集聚量变大，压力增加，完成固定的封堵装置在压力推动下随着胶囊收缩慢慢出现松动，出现漏气，使用效果不好，针对以上封孔方式存在的问题，研究提出瓦斯抽采钻孔封孔装置及封孔工艺。

关键词：抽采钻孔；封孔装置；封孔工艺；储水腔；水泥腔

1封孔原理

为了提高抽采封孔质量，针对目前封孔技术的不足，研究提出一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔装置，对抽采钻孔进行封孔后，随着煤壁向钻孔内瓦斯涌出，孔内瓦斯量不断增加，通过水和水泥的混合对孔洞进行封孔。能够防止抽采钻孔内瓦斯气体对水泥和水的混合浆体凝固前造成裂隙等影响，使浆体封孔效果更好，封孔严密，并且能够随着抽采孔内瓦斯气体的不断增加，对抽采孔进行封孔，封堵效果更好，该装置由主体装置和封堵装置组成。

1.1主体装置

主体装置由弹性套、盖板、主体筒、紧固螺纹、导气槽和连接板组成，2个连接板分别置于弹性套的两端，连接板由刚性材料制成，弹性套一端的连接板中部开有通孔，主体筒一端置于弹性套一端的连接板上，外侧置有紧固螺纹，由刚性材料制成，主体筒上对称开有2个导气槽，且分别和主体筒内相连通，2个盖板分别置于主体筒内壁上，且分别和2个导气槽相对应，盖板上开有多个进气孔，且进气孔的直径从进口到出口逐渐变大。

1.2封堵装置

封堵装置由隔板、固定管、过滤网、滑动筒、转动块、六角卡槽、导向套、固定弹簧、水泥腔、分隔片、储水腔、连接杆和橡胶套组成，隔板置于弹性套上，且将弹性套内部分隔为储水腔和水泥腔，其中储水腔小于水泥腔，储水腔内置有水，水泥腔内置有水泥。隔板由钢性材料制成，且中部开有贯穿通孔，分别位于隔板中部通孔的上下两侧，贯穿孔内置有分隔片，由塑料制成。2个固定管一端分别置于隔板上，且分别和隔板上的2个贯穿孔相对应，固定管位于水泥腔内，并开有多个条形槽，分别和储水腔相连通，分隔片置于条形槽内。导向套置于主体筒另一端中部，为长方体形状。滑动筒一端置于导向套内，另一端置于主体筒内，滑动筒上开有多个通孔。连接杆一端置于滑动筒内，且和滑动筒一端中部相连接，另一端依次穿过弹性套一端的连接板中部的通孔。隔板中部的通孔和弹性套另一端的连接板中部相连接，连接杆上套置有2个橡胶套，分别位于水泥腔和储水腔内。固定弹簧套置于连接杆上，一端和弹性套一端的连接板相连接，另一端和滑动筒另一端相连接。转动块置于滑动筒一端上，且位于主体筒外，转动块上开有六角卡槽。

2封孔工艺

2.1封孔过程

对已经施工完成的瓦斯抽采钻孔封孔时，首先将弹性套推进瓦斯抽采钻孔内，然后使用六角扳手旋转转动块，转动块带动滑动筒转动，滑动筒通过导向套带动主体筒转动，进而将主体筒旋进瓦斯抽采钻孔内，此时，主体筒对煤矿瓦斯抽采孔洞进行封堵。随着时间推移，钻孔内瓦斯浓度不断增加，瓦斯压力增大，钻孔内瓦斯涌入主体筒上的2个导气槽内，然后分别通过对应盖板上的进气孔流进主体筒内，然后通过滑动筒上的多个通孔进入到滑动筒内，滑动筒内压强增加，对弹性套一端的连接板进行挤压，并且滑动筒受瓦斯气体挤压沿着导向套滑动，固定弹簧伸长，进而弹性套受挤压膨胀，连接杆上的2个橡胶套分别受挤压压缩，进而储水腔和水泥腔分别膨胀，储水腔内的水对隔板上2个贯穿孔内的分隔片进行挤压冲击，由于分隔片由塑料制成，硬度较小，进而隔板上的分隔片被储水腔内水冲破，储水腔内水分别通过隔板上的贯穿孔流进2个固定管内，对固定管上条形槽内的分隔片进行冲击，条形槽内的分隔片被冲破后，固定管内的水直接通过固定管上的多个条形槽冲进水泥腔内，水和水泥混合形成浆体，对应水泥腔的弹性套进一步胀起，进而使弹性套外壁和瓦斯抽采孔内壁紧密贴合，待水泥和水的混合浆体凝固后，进而对煤矿瓦斯抽采孔洞进行封堵。

2.2主要部件功能

主体筒的直径设计与瓦斯抽采孔的直径进行设定，使其一致。连接板由刚性材料制成，能够随着滑动筒内瓦斯气体的不断增加，对弹性套进行挤压，进而使弹性套胀起，对孔洞进行封堵；主体筒外侧置有紧固螺纹的设计，能够和瓦斯抽采孔壁上的螺纹形成配合，便于将主体筒旋进瓦斯抽采孔洞内；盖板上开有多个进气孔，且进气孔的直径从进口到出口逐渐变大的设计，便于瓦斯抽采孔内的气体进入到滑动筒内；储水腔小于水泥腔的设计，符合泥和水的混合比例，使混合形成浆体硬度较大，进而提高对瓦斯抽采孔的封堵效果。隔板由钢性材料制成的设计，能够和2个连接板形成配合，对储水腔和水泥腔进行挤压；分隔片由塑料制成的设计，分隔片硬度较小，脆性较大，进而在受到瓦斯气体挤压时，能够挤压破裂，进而使水和水泥混合形成浆体，对瓦斯抽采孔进行封堵。导向套为长方体形状，滑动筒为长方体形状的设计，能够使滑动筒无法在导向套内转动，进而在转动块时，能够使滑动筒通过导向套带动主体筒转动，进而将主体筒旋进瓦斯抽采孔内；隔板上的分隔片和固定管上的分隔片配合，对储水腔内冲击的水进行阻隔的设计，在储水腔内的水达到一定冲击度后，才能进入到水泥腔内，进而能够使水在流进水泥腔内，和水泥充分混合，提高混合形成的浆体效果，更好地对瓦斯抽采孔进行封堵。

3封孔效果考察

现场试验在某工程5#煤层5107工作面进行，该矿井绝对瓦斯涌出量188.54m3/min，相对瓦斯涌出量30.28m3/t，5107工作面煤层赋存稳定。采取本煤层预抽治理工作面瓦斯，钻孔垂直煤壁布置，间距6.5m，本煤层预抽达标后，回收预抽干管，选取45个抽采钻孔，平分为3组，每组15个钻孔，分别采用聚氨酯、水泥砂浆封孔、封孔装置进行封孔.3种封孔工艺封孔之后，针对钻孔孔口瓦斯浓度进行观测20d，不同的封孔工艺孔口瓦斯浓度变化。封孔初期孔口瓦斯浓度较大，是因为封孔初期水泥砂浆或聚氨酯未完全固化，有瓦斯溢出，后期聚氨酯封孔后孔口瓦斯浓度较高，聚氨酯发泡后密度小，空隙多，瓦斯溢出，平均孔口瓦斯浓度达5.5%，水泥砂浆孔口瓦斯浓度平均为3.7%，封孔装置封孔后孔口瓦斯浓度平均为2.1%，大大降低了钻孔瓦斯涌出，比聚氨酯封孔孔口瓦斯浓度降低了61.8%，比水泥砂浆封孔孔口瓦斯浓度降低了43.2%，有效地减少钻孔向巷道的瓦斯排出。

4结语

封孔装置结构简单，方便实用，能够防止抽采孔内瓦斯气体对水和水泥的混合浆体造成影响，使浆体在凝固期间无瓦斯溢出造成的裂隙，进而更好地对抽采孔进行封孔。进行第1次机械式封孔后，随着抽采孔内瓦斯气体的不断增加可自行对抽采孔进行封堵封堵效果更好。

封孔装置封孔工艺提高了封孔质量，比聚氨酯封孔孔口瓦斯浓度降低了61.8%，比水泥砂浆封孔孔口瓦斯浓度降低了43.2%，降低了钻孔向巷道内瓦斯涌出量，为井下了安全生产提供了保障。

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