1、精選優質文檔-傾情為你奉上瓦斯抽采鉆孔新型封孔材料及封孔工藝 “兩堵一注帶壓注漿”封孔方案一、研究背景及意義高瓦斯煤層的開采往往伴隨著大量瓦斯涌出，特別是隨著煤炭生產的高效集約化和開采深度的增加，瓦斯涌出量越來越大，瓦斯災害已成為制約高效集約化開采技術發展和安全生產的最重要因素。因此，如何有效地解決高瓦斯煤層開采過程中的瓦斯突出和大量瓦斯涌出問題，對煤礦安全生產具有十分重要的意義。解決高瓦斯低透氣性突出煤層開采過程中的瓦斯問題的主要措施是瓦斯抽采。通過瓦斯抽采，不僅可以有效地減少煤層開采過程中的瓦斯涌出，確保煤礦生產的安全性；同時，抽采出來的高濃度瓦斯又可加以利用，實現煤與瓦斯的共采。由于井下

2、鉆孔周圍的煤巖體強度較低(尤其在松軟的巖層和煤層中)，鉆孔周圍往往存在微裂隙，這種情況增加了密封的難度。理論上來說，如果鉆孔不漏氣，瓦斯抽采濃度應當為100%。據調查，我國約有65%的回采工作面預抽瓦斯濃度低于30%，充分反映了抽采鉆孔封孔質量差的現狀。目前所采用的瓦斯抽采鉆孔密封材料及工藝多種多樣，沒有統一的技術要求和標準，封孔材料經歷了水泥砂漿-高分子聚氨酯類材料-注漿式封孔的發展過程，普遍存在瓦斯抽采濃度低，鉆孔密封性差；而要解決上述問題，各大院校及企業開展鉆孔密封技術、密封材料及配套裝備的研究工作進行了多年，現就封孔材料及技術發展的歷程及現狀進行介紹。二、國內外礦井封孔技術現狀目前國內

3、普遍采用的封孔技術主要有機械式封孔、聚氨酯類有機材料封孔、水泥類無機材料封孔等。1.機械式封孔我國煤礦現有的機械式封孔方法主要分為封孔器封孔和膠囊封孔兩類。目前現場采用的鉆孔封孔器大多是利用封孔器與鉆孔壁的摩擦或粘結錨固來達到封孔的目的，且都是在孔口段進行封孔，主要有摩擦式和膨脹式兩種。圖1顯示為推脹式封孔器使用前和使用中狀態。使用機械式封孔器封孔時，封孔較嚴實，抽完瓦斯后還可接上水管實施煤體淺孔注水，實現一孔兩用，封孔器用完后還可以回收繼續使用。缺點是較笨重，操作不方便，若用于煤層開口的鉆孔時，由于煤孔形狀難以保持規則的圓形及孔壁破碎而封孔效果往往不好，封孔質量不易保證。 圖1瓦斯抽采用推脹

4、式封孔器(2)膠囊封孔技術的示意圖如圖2所示，其利用特殊橡膠的膨脹與恢復功能，通過管路及閥門控制，實現對鉆孔密封。該裝置采用多級橡膠密封，大大提高了鉆孔密封的可靠度，對于煤層的瓦斯壓力準確測定，瓦斯抽采率提高等工作具有較好的效果，同時可回收多次使用。該種封孔方法結構簡單，操作方便，具有膨脹性大、密封性好等特點；該裝置不需要注漿泵等動力源，只需一個小型打氣筒，杜絕了電氣安全事故；裝置無有毒物質，杜絕了工人職業健康危害問題。但是裝置使用起來勞動強度大，成本較為昂貴，并且對裂隙發育擴展的封堵幾乎無用。1、雙體封孔膠囊；2、抽采管；3、真空壓力表；4、球閥；5、充氣壓力表； 6、儀表架； 7、充氣軟管

5、； 8、打氣筒圖2 膠囊封孔2.聚氨酯類有機材料封孔聚氨酯封孔是近年來最流行的一種封孔工藝技術，據調查，山西省一半以上都采用這種封孔方式，其主要原理是利用聚氨酯高發泡率填充鉆孔來完成封孔。聚氨酯封孔工藝大致可分為人工封孔和機械噴注兩種。(1)聚氨酯的人工封孔工藝最初由俞啟香教授在礦井瓦斯防治一書中做了詳盡描述，即卷纏藥液法，如圖3所示，主要包含聚氨酯雙組份混合，涂布卷纏和插入鉆孔三個步驟。 1、雙組份混合 2、涂布卷纏 3、插入鉆孔圖3、卷纏藥液法封孔操作程序但是該方法整個操作過程較麻煩，工人接觸聚氨酯藥液機會較多，易將藥液濺到皮膚上，目前煤礦流行的的聚氨酯手工封孔方式是用封孔袋直接綁在瓦斯抽

6、采管上，雙手合攥把封孔袋從中縫壓開混合，用力上下揉搓使兩袋物料充分混合，把抽采管送到孔中，聚氨酯在封孔袋中膨脹，直到把袋子撐破，完成對鉆孔封堵。中國礦業大學和徐州博安科技發展有限責任公司共同開發的PB型號封孔袋，產品膨脹后生成樹脂泡沫，能滲入煤（巖）壁縫隙，充分封堵鉆孔裂隙，并且樹脂泡沫體強度高韌性強，能夠長時間內保持良好的密實性，保證封孔效果。其外觀及使用后情況如圖4所示。 圖4 PB型號封孔袋人工封孔簡單易行、操作方便，但在具體操作過程中管路需要及時送入孔內，避免聚氨酯未到位置就發生膨脹凝固，所以要求工作人員技術過硬，操作精度高。(2)聚氨酯機械噴注式封孔工藝主要利用聚氨酯雙組分注漿技術，

7、兩組分單獨按固定配比進料、輸出和混合，通過注漿管直接把聚氨酯注入鉆孔內，現場注漿量實現可控，節約用料。圖5是聚氨酯注漿泵工藝簡圖，在氣源箱（空氣壓縮機等）提供的動力下，聚氨酯A、B兩種料經由壓力表、單向閥，進入靜態混合器充分混合，最后注入鉆孔內，在阻液堵頭的阻擋作用下，聚氨酯膨脹封孔完畢。這種注漿泵以壓縮空氣為動力源，活塞帶活塞式注漿泵，可以自動實現不同體積比進料、混料和輸出，輸出壓力最高可達1823MPa。可以實現自動封孔技術，配套施工配件有封孔器、混合器、注漿桿等。施工操作簡便易行，12人操作即可。雖然機械噴注工藝具備操作簡便，質量穩定等優點，但準備工作量大、設備費用昂貴、聚氨酯消耗量大、

8、成本較高。1-氣源箱；2-A、B料入料口；3-壓力表；4-單向閥；5-靜態混合器；6-抽放管；7-阻液堵頭；8-鉆孔圖5 新型封孔泵通用的工藝簡圖聚氨酯類有機發泡材料具有發泡倍數高、質量輕、封孔迅速快等優點，在本煤層淺孔抽采鉆孔的封孔中應用較為廣泛。但是由于聚氨酯為粘性液體，滲透能力較弱，對鉆孔周圍巖體裂隙的封堵作用比較有限，直接影響了封孔質量；此外，該類材料存在遇水膨脹倍率過大，長時間放置收縮、與鉆孔離壁等問題。但是聚氨酯封孔袋由于操作方便，現在被廣泛用作堵頭，選用其他注漿材料作為封孔主體，即目前比較流行的“兩堵一注”式封孔方法。圖6 “兩堵一注”式封孔方法3.水泥類無機材料封孔水泥砂漿封孔

9、技術方便、簡單、成本低，對鉆孔周圍煤巖體的裂隙有一定的封堵作用，但水泥砂漿容易沉淀，固化后有開裂、收縮等現象。水泥無機類封孔材料原材料廣、價格低廉但是封孔深度有限、封孔相對復雜，并且普通水泥顆粒粒徑大，在煤巖體裂隙中的滲透性較差。近年來，特種膨脹水泥作為封孔材料被引入煤礦，雖然膨脹水泥克服了普通水泥漿液凝結速度慢、收縮性強，難以滲入微裂隙中的缺點，使鉆孔的封孔效果大大提高，加快了施工進度，但是膨脹水泥仍存在膨脹倍率不高，自身強度低，現場使用極易堵塞注漿泵，效果不太穩定等缺點。4.注管封孔法近年來，歐美國家展開了“注管封孔法”技術研究，顯著提高了封孔成功率及瓦斯抽采效率，其封孔方法步驟如下： （

10、1）在煤壁上首先鉆出一個深度10米15米的鉆孔，鉆孔直徑大于正常鉆進時的鉆孔；（2）將金屬管插入鉆孔，金屬管的內孔直徑不小于正常鉆進時鉆頭的直徑；（3）采用專用的注漿裝置將金屬管錨注入鉆孔內，使金屬管外壁與鉆孔壁之間充滿漿液；（4）鉆頭通過金屬管內孔，開始正常鉆進；（5）在金屬管內部進行封孔。 這種鉆孔封孔方法十分可靠，但是代價太高（澳大利亞要求金屬管必須是銅管）、投資大、操作工藝復雜。另外，為了采煤的需要必須在采煤之前將注管回收，對配套的裝備和井下空間環境有特殊的要求。這種封孔方法在澳大利亞、日本、美國等國廣泛采用，但是國外的封孔方法并不能夠適應我國國內的實際情況，我們需要根據不同煤礦的井下

11、實際條件，借鑒國外的經驗，研制開發適合不同礦區的封孔技術與裝備材料。三 、研究預期目標及考察指標通過現場深入調研礦井現存所有不同角度、煤巖體屬性、布孔方式鉆孔封孔工藝和材料，分析各種封孔工藝及材料優缺點。從理論方面深入研究鉆孔密封技術，開發具有良好密封性能的抽采鉆孔密封材料及工藝技術，研制相應配套一體化設備，選擇鄭煤集團下轄礦井進行現場效果考察。理論分析結合現場實際條件，形成適合西山煤電公司的瓦斯抽采鉆孔密封材料、密封工藝及一體化成套設備，提高瓦斯抽采效果。主要的技術指標：（1）瓦斯抽采濃度提高10-15%；（2）單孔封孔成本價格比聚氨脂封孔降低10-20%。（3）鉆孔封孔成功率提高10-15

12、%；通過研究瓦斯抽采鉆孔封孔工藝、密封材料及一體化裝備，為提高瓦斯抽采鉆孔密封材料的密封性能，降低材料使用價格，提供簡單易操作的配套密封裝備與工藝技術，有效地防治瓦斯突出問題，提高瓦斯抽采濃度及效果。圖1 抽放孔封孔工藝示意圖瓦斯抽放用注漿封孔器主要用于瓦斯抽放封孔，利用高壓漿液使封孔器兩端彈性橡膠囊體膨脹壓力上升，然后中間橡膠爆破體，然后對封孔段進行漿液注漿，從而實現封孔段封孔，本封孔器采用先兩端封堵，然后再對中間注漿封孔，解決現有封孔段距離不固定、抽放管堵塞等難題，實現對封孔段的精確封孔，對于角度比較大的抽放孔能精確固定封孔長度。本封孔器采用水泥漿液注漿封孔，降低了成本、減少環境污染，操作

13、簡單，降低工作勞動強度、提高工作效率。抽放瓦斯用注漿式封孔器（囊袋式封孔器）一、概述 抽放瓦斯用注漿式封孔器應用于抽放瓦斯封孔，利用注漿泵壓力使封孔器的兩頭橡膠膨脹體膨脹、中間由液漿封閉實現多層封孔，操作簡單，使用方便。具有操作簡單、使用方便、降低工人勞動強度、提高工作效率等優點。本產品執行標準為：MT/T 1110-2011Q/YJKY 02-2012。二、型號的組成及代表意義 FK S W - / 單向閥最小爆破壓力 封孔器外徑 用途：抽放瓦斯W 原理：液壓式 封孔器代號 FKSW-86/0.5表示外徑86mm，單向閥的最小爆破壓力0.5MPa的抽放瓦斯用注漿封孔器。三、結構特征與工作原理該封孔器主要注漿管、瓦斯抽放管、單向閥、爆破閥、橡膠膨脹體、堵頭等構成。封孔器的注漿管與注漿泵連通，液漿進入橡膠膨脹體。因單向閥的作用液漿通過橡膠膨脹體1及爆破閥進入橡膠膨脹體2，第二根膨脹體迅速膨脹，將膨脹體的外徑緊固在煤層孔壁上，利用橡膠材料的較大的摩擦系數所產生的摩擦阻力，把里邊的孔封閉；接著液漿封閉橡膠膨脹體1，把相對外面的孔封閉；當壓力大于0.5MPa時，爆破閥爆破，液漿將兩個膨脹體中間的部分充滿，進而實現多層密封，通過瓦斯抽放管連接瓦斯抽放管路抽放 四、技術性能：