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摘要：突出煤层回采工作面采用本煤层顺层钻孔进行消突是一种简单可行的消突方式，但对于单一难抽煤层来说顺层钻孔存在封堵不严密，瓦斯浓度低等特点，影响了瓦斯抽采效率，本文通过改进封孔工艺并对比常用的三种封孔材料瓦斯抽采效果，验证了改进后封孔工艺的可行性。
关键词：顺层钻孔；封孔工艺
Abstract: coal mining face by the outstanding along the layer of coal seam in borehole sudden extinction is a simple and feasible way away axon, but for a single difficult for a coal seam bedding drilling there is not close, sealing, gas concentration low characteristic, the impact of the gas extraction efficiency, this article through improved hole sealing technology and contrast of the commonly used three kinds of hole sealing materials gas extraction effect, after verified the feasibility of hole sealing technology.
Keywords: bedding drilling; Hole sealing technology
中图分类号：P634文献标识码：A 文章编号：
1 概述
裴沟煤矿隶属郑煤集团，为突出矿井，矿井绝对瓦斯涌出量28.53m3/min，相对瓦斯涌出量7.22m3/t。主采煤层为二1煤层，属“三软”不稳定煤层，井田范围内地质条件复杂，全层构造煤，煤层瓦斯压力大、含量高，透气性低，属难抽煤层。
郑州矿区煤层为豫西典型三软突出煤层，具有瓦斯含量高、煤层透气性差等特点。长期以来突出危险工作多多依靠本煤层顺层钻孔进行回采区域消突，但顺层钻孔瓦斯抽采存在瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采效率差等明显的缺点。针对以上问题裴沟煤矿在顺层钻孔预抽回采区域瓦斯方面进行了探索并取得了一定的效果。
2.试验区概况
基于裴沟矿的实际情况以及工作面在掘进过程中的情况，选取在裴沟煤矿31071工作面回风联巷口以里200m范围内的煤层进行试验。该区域位于突出危险区内，煤厚4.0～17.3m，平均煤厚为9.67m，工作面原始瓦斯含量6.03—8.31m3/t，煤层透气性系数0.0056m/(MPa2•d)。
3.封孔方法改进
3.1封孔方法分析
31071工作面在进行试验之前已经经过顺层钻孔进行瓦斯抽采，原封孔参数为钻孔孔径为89mm,封孔管直径为25mm，封孔段长度为9m，花管长度为1m、封孔材料为聚氨酯。通过对试验区原461个钻孔统计分析可知，钻孔联抽24小时后，钻孔最高瓦斯浓度为18%，75%的瓦斯抽采钻孔浓度处于10—12%之间，一个月后瓦斯抽采浓度维持在1%，钻孔孔口负压维持在30KPa左右，瓦斯抽采浓度、负压偏低。经过对这461个钻孔分析瓦斯抽采浓度低的主要原因是封孔质量差，而影响封孔质量的主要因素包含两个因素：一个是封孔材料的选用，二是封孔段长度的影响。
3.1.1封孔材料
封孔材料的好坏直接决定了封孔质量的好坏。好的封孔材料必须具有操作方便、封孔严密、具有膨胀性等特点。长久以来，树脂材料因具有操易渗透、易膨胀、早强性、发泡稳定等特点为多数矿井所采用，但树脂材料为多孔材料，在实际操作中存在反应速度快、操作难度大等缺点，严重影响着封孔的质量。
3.2.2封孔段长度
巷道在掘进过程中矿山压力重新分布，会在巷道轮廓线外形成三区，即卸压区、应力集中区和原岩应力区。根据矿压规律巷道轮廓线周围6m范围内为卸压区，巷道轮廓线外10—15m范围内为应力集中区，巷道轮廓线15m范围外为原岩应力区。若封孔段长度小于卸压区的宽度，会造成卸压区裂隙与封孔管导通影响瓦斯抽采浓度；若封孔管长度小于应力集中区，封孔管则会因应力集中造成钻孔及早破坏，影响瓦斯抽采效果。过去封孔段采用聚氨酯逐段进行封孔，不能对孔壁进行整段加固，在钻孔的服务周期内易造成离层裂隙与封孔管导通，影响抽采效果。
3.2封孔工艺的改进
为了弥补上述封孔方式存在的缺点，通过对不同封孔材料、不同的封孔段长度进行对比试验研究。三种封孔材料分别为CF25矿用合成树脂、普通水泥、膨胀水泥；封孔段长度分别为9m和18m。
3.2.1钻孔布置
在31071工作面下付巷回风联巷口以里200m范围内分别布置五组钻孔，每组钻孔布置6个顺层钻孔，顺层钻孔采用ZY—150型钻机施工，孔径为113mm，钻孔坡度为+26度，钻孔深度为78m，钻孔终孔间距为3m。
3.2.2封孔工艺
钻孔采用“两堵一注”封孔工艺，封孔管为直径50mm，注浆压力为0.5—1.0MPa之间，花管长度为6m，实管长度18m，注（反）浆管管径为32mm，注浆管长度为16m，反浆管长度为4m，注浆管、封孔管材料为PVC管，普通水泥按照水灰比1：1进行配比，膨胀水泥按照水灰比2：1进行配比。具体封孔工艺为钻孔施工完成后，先有风管进行清孔作业，待煤粉清除完毕后，先下6m花管，后下18m实管，并在实管起始端和实管末端0.5m范围内用胶带捆绑袋装合成树脂并同时下入注浆管和反浆管，待袋装树脂材料凝固后进行反复循环注浆。
图1 “两堵一注”封孔工艺示意图
1—花管；2—袋装树脂封孔段；3—实管；4—注浆封孔段；5—反浆管；
6—注浆管
3.2.3抽采设计
采用31采区2BEF瓦斯抽采泵进行抽采，额定抽采流量为60m3/min，抽采极限负压80KPa，抽采主管路管径为300mm。
4.试验效果考察
4.1不同封孔材料对比
4.1.1瓦斯抽采浓度对比
通过考察瓦斯抽采浓度能够直接反应封孔质量的好坏。经过151天的瓦斯抽采，矿用合成树脂最高瓦斯浓度26%，普通水泥单孔最高瓦斯抽采浓度75%，膨胀水泥最高瓦斯抽采浓度46.2%。通过对比平均浓度发现普通水泥瓦斯抽采浓度要略高于膨胀水泥和矿用合成树脂。
图2不同封孔材料平均瓦斯抽采浓度变化曲线
4.1.2氧含量对比
为了考察三种封孔材料的气密性，分别选取三种材料瓦斯抽采代表钻孔，合成树脂材料选取7#钻孔、普通水泥选取16#钻孔、膨胀水泥选取61#钻孔。通过分别对代表钻孔瓦斯抽采气样的考察，分别利用气象色谱仪考察不同封孔材料中瓦斯抽采气样中的氧含量，来确定不同封孔材料的气密性。通过试验考察，利用矿用合成树脂材料封孔、普通水泥、膨胀水泥封孔的瓦斯抽采气样氧含量最高分别达到15.66%、11.46%和8.379%。利用膨胀水泥封孔效果最好，利用普通水泥封孔效果次之，利用合成树脂封孔效果最差。
表1 不同封孔材料瓦斯抽采气样中氧含量数据
图3 不同封孔材料瓦斯抽采气样中氧含量曲线
4.1.3瓦斯含量对比
为了考察不同封孔材料封孔抽采后的瓦斯抽采效果，分别在合成树脂、普通水泥以及膨胀水泥分别布置钻孔孔深为50m，孔径为94mm。测定结果见表3-3。通过对比发现采用膨胀水泥封孔的瓦斯抽采效果较好，瓦斯含量在原先的基础上降低了37.52%。
表3-3 不同封孔材料抽采前后瓦斯含量的变化
4.2不同封孔段长度对比
通过对不同封孔段长度瓦斯抽采浓度的变化曲线可以看出封孔段为9m时瓦斯抽采数据衰减速度快，最低浓度处于1—2%左右，而封孔段为18m时瓦斯抽采浓度衰减慢，瓦斯抽采浓度相对稳定，这说明封孔段达到18m能够提供顺层钻孔的瓦斯抽采效率。
图4 不同封孔段长度瓦斯抽采数据变化曲线
5.结论
（1）从瓦斯抽采浓度、氧含量、煤层残余瓦斯含量三个方面对比常用的三种顺层钻孔封孔材料，发现膨胀水泥封孔优于普通水泥和矿用合成树脂，封孔工艺改进后瓦斯抽采浓度有原先的最高瓦斯抽采浓度15%左右提高到现在的最高浓度达到75%。
（2）封孔工艺改进后封孔段9m延长至18m，瓦斯抽采浓度提高明显，瓦斯抽采浓度变化相对稳定，单孔服务周期也相应的得到了提高。
作者簡介：齐文国（1986—），男，山东潍坊人，助理工程师，毕业于中国矿业大学，现从事防治煤与瓦斯突出工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：顺层钻孔；封孔工艺
Abstract: coal mining face by the outstanding along the layer of coal seam in borehole sudden extinction is a simple and feasible way away axon, but for a single difficult for a coal seam bedding drilling there is not close, sealing, gas concentration low characteristic, the impact of the gas extraction efficiency, this article through improved hole sealing technology and contrast of the commonly used three kinds of hole sealing materials gas extraction effect, after verified the feasibility of hole sealing technology.
Keywords: bedding drilling; Hole sealing technology
中图分类号：P634文献标识码：A 文章编号：
1 概述
裴沟煤矿隶属郑煤集团，为突出矿井，矿井绝对瓦斯涌出量28.53m3/min，相对瓦斯涌出量7.22m3/t。主采煤层为二1煤层，属“三软”不稳定煤层，井田范围内地质条件复杂，全层构造煤，煤层瓦斯压力大、含量高，透气性低，属难抽煤层。
郑州矿区煤层为豫西典型三软突出煤层，具有瓦斯含量高、煤层透气性差等特点。长期以来突出危险工作多多依靠本煤层顺层钻孔进行回采区域消突，但顺层钻孔瓦斯抽采存在瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采效率差等明显的缺点。针对以上问题裴沟煤矿在顺层钻孔预抽回采区域瓦斯方面进行了探索并取得了一定的效果。
2.试验区概况
基于裴沟矿的实际情况以及工作面在掘进过程中的情况，选取在裴沟煤矿31071工作面回风联巷口以里200m范围内的煤层进行试验。该区域位于突出危险区内，煤厚4.0～17.3m，平均煤厚为9.67m，工作面原始瓦斯含量6.03—8.31m3/t，煤层透气性系数0.0056m/(MPa2•d)。
3.封孔方法改进
3.1封孔方法分析
31071工作面在进行试验之前已经经过顺层钻孔进行瓦斯抽采，原封孔参数为钻孔孔径为89mm,封孔管直径为25mm，封孔段长度为9m，花管长度为1m、封孔材料为聚氨酯。通过对试验区原461个钻孔统计分析可知，钻孔联抽24小时后，钻孔最高瓦斯浓度为18%，75%的瓦斯抽采钻孔浓度处于10—12%之间，一个月后瓦斯抽采浓度维持在1%，钻孔孔口负压维持在30KPa左右，瓦斯抽采浓度、负压偏低。经过对这461个钻孔分析瓦斯抽采浓度低的主要原因是封孔质量差，而影响封孔质量的主要因素包含两个因素：一个是封孔材料的选用，二是封孔段长度的影响。
3.1.1封孔材料
封孔材料的好坏直接决定了封孔质量的好坏。好的封孔材料必须具有操作方便、封孔严密、具有膨胀性等特点。长久以来，树脂材料因具有操易渗透、易膨胀、早强性、发泡稳定等特点为多数矿井所采用，但树脂材料为多孔材料，在实际操作中存在反应速度快、操作难度大等缺点，严重影响着封孔的质量。
3.2.2封孔段长度
巷道在掘进过程中矿山压力重新分布，会在巷道轮廓线外形成三区，即卸压区、应力集中区和原岩应力区。根据矿压规律巷道轮廓线周围6m范围内为卸压区，巷道轮廓线外10—15m范围内为应力集中区，巷道轮廓线15m范围外为原岩应力区。若封孔段长度小于卸压区的宽度，会造成卸压区裂隙与封孔管导通影响瓦斯抽采浓度；若封孔管长度小于应力集中区，封孔管则会因应力集中造成钻孔及早破坏，影响瓦斯抽采效果。过去封孔段采用聚氨酯逐段进行封孔，不能对孔壁进行整段加固，在钻孔的服务周期内易造成离层裂隙与封孔管导通，影响抽采效果。
3.2封孔工艺的改进
为了弥补上述封孔方式存在的缺点，通过对不同封孔材料、不同的封孔段长度进行对比试验研究。三种封孔材料分别为CF25矿用合成树脂、普通水泥、膨胀水泥；封孔段长度分别为9m和18m。
3.2.1钻孔布置
在31071工作面下付巷回风联巷口以里200m范围内分别布置五组钻孔，每组钻孔布置6个顺层钻孔，顺层钻孔采用ZY—150型钻机施工，孔径为113mm，钻孔坡度为+26度，钻孔深度为78m，钻孔终孔间距为3m。
3.2.2封孔工艺
钻孔采用“两堵一注”封孔工艺，封孔管为直径50mm，注浆压力为0.5—1.0MPa之间，花管长度为6m，实管长度18m，注（反）浆管管径为32mm，注浆管长度为16m，反浆管长度为4m，注浆管、封孔管材料为PVC管，普通水泥按照水灰比1：1进行配比，膨胀水泥按照水灰比2：1进行配比。具体封孔工艺为钻孔施工完成后，先有风管进行清孔作业，待煤粉清除完毕后，先下6m花管，后下18m实管，并在实管起始端和实管末端0.5m范围内用胶带捆绑袋装合成树脂并同时下入注浆管和反浆管，待袋装树脂材料凝固后进行反复循环注浆。
图1 “两堵一注”封孔工艺示意图
1—花管；2—袋装树脂封孔段；3—实管；4—注浆封孔段；5—反浆管；
6—注浆管
3.2.3抽采设计
采用31采区2BEF瓦斯抽采泵进行抽采，额定抽采流量为60m3/min，抽采极限负压80KPa，抽采主管路管径为300mm。
4.试验效果考察
4.1不同封孔材料对比
4.1.1瓦斯抽采浓度对比
通过考察瓦斯抽采浓度能够直接反应封孔质量的好坏。经过151天的瓦斯抽采，矿用合成树脂最高瓦斯浓度26%，普通水泥单孔最高瓦斯抽采浓度75%，膨胀水泥最高瓦斯抽采浓度46.2%。通过对比平均浓度发现普通水泥瓦斯抽采浓度要略高于膨胀水泥和矿用合成树脂。
图2不同封孔材料平均瓦斯抽采浓度变化曲线
4.1.2氧含量对比
为了考察三种封孔材料的气密性，分别选取三种材料瓦斯抽采代表钻孔，合成树脂材料选取7#钻孔、普通水泥选取16#钻孔、膨胀水泥选取61#钻孔。通过分别对代表钻孔瓦斯抽采气样的考察，分别利用气象色谱仪考察不同封孔材料中瓦斯抽采气样中的氧含量，来确定不同封孔材料的气密性。通过试验考察，利用矿用合成树脂材料封孔、普通水泥、膨胀水泥封孔的瓦斯抽采气样氧含量最高分别达到15.66%、11.46%和8.379%。利用膨胀水泥封孔效果最好，利用普通水泥封孔效果次之，利用合成树脂封孔效果最差。
表1 不同封孔材料瓦斯抽采气样中氧含量数据
图3 不同封孔材料瓦斯抽采气样中氧含量曲线
4.1.3瓦斯含量对比
为了考察不同封孔材料封孔抽采后的瓦斯抽采效果，分别在合成树脂、普通水泥以及膨胀水泥分别布置钻孔孔深为50m，孔径为94mm。测定结果见表3-3。通过对比发现采用膨胀水泥封孔的瓦斯抽采效果较好，瓦斯含量在原先的基础上降低了37.52%。
表3-3 不同封孔材料抽采前后瓦斯含量的变化
4.2不同封孔段长度对比
通过对不同封孔段长度瓦斯抽采浓度的变化曲线可以看出封孔段为9m时瓦斯抽采数据衰减速度快，最低浓度处于1—2%左右，而封孔段为18m时瓦斯抽采浓度衰减慢，瓦斯抽采浓度相对稳定，这说明封孔段达到18m能够提供顺层钻孔的瓦斯抽采效率。
图4 不同封孔段长度瓦斯抽采数据变化曲线
5.结论
（1）从瓦斯抽采浓度、氧含量、煤层残余瓦斯含量三个方面对比常用的三种顺层钻孔封孔材料，发现膨胀水泥封孔优于普通水泥和矿用合成树脂，封孔工艺改进后瓦斯抽采浓度有原先的最高瓦斯抽采浓度15%左右提高到现在的最高浓度达到75%。
（2）封孔工艺改进后封孔段9m延长至18m，瓦斯抽采浓度提高明显，瓦斯抽采浓度变化相对稳定，单孔服务周期也相应的得到了提高。
作者簡介：齐文国（1986—），男，山东潍坊人，助理工程师，毕业于中国矿业大学，现从事防治煤与瓦斯突出工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。