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摘 要：本煤层瓦斯抽放是采煤工作面防突的一项主要区域性防突措施，通过封孔新技术改进应用，可降低钻孔的漏气率、增强封孔密封性，提高抽采浓度，有效增加钻孔可抽采时间、提升抽采量，满足采煤工作面安全生产及综合利用的需求。
关键词：本煤层钻孔 封孔 全程下套管
中图分类号：P634.2
一、前言
1.1研究目的和背景
瓦斯治理是一项利国利民的“生命工程”，随着开采规模的不断扩大，矿井开采深度的不断延伸，如不采取有效的防治措施，煤层瓦斯涌出量会越来越大，煤层瓦斯压力将越来越高，煤与瓦斯突出强度将越来越大，安全上的隐患也越来越多。瓦斯是煤矿的“第一杀手”，一旦发生事故往往就是大事故，人员伤亡大，经济损失惨重，负面政治影响较广。
瓦斯治理是煤矿企业的立矿之本，坚持先抽后采是治理瓦斯的治本之策和关键之举。瓦斯抽采是节能减排、保护环境的必然要求。搞好瓦斯治理，是促进安全生产的根本措施，也是提高煤与瓦斯突出矿井效益的有效途径。必须充分认识到瓦斯治理既是“保护生命”的要求，也是提高经济效益的有效途径。
本煤层瓦斯抽放是采煤工作面防突的一项主要区域性防突措施，就八矿当前本煤层抽放而言，钻孔形成后进行封孔，为了更好的预抽工作面内瓦斯，使抽采达标，我矿在采煤工作面回采前施工了大孔径、长钻孔的本煤层预抽钻孔。但本煤层钻孔受地应力、煤层等方面的因素，造成钻孔塌孔严重，钻孔无法长时间的预抽工作面瓦斯，钻孔塌孔严重，抽放效果的治理大打折扣，所以封孔工艺成为对预抽本煤层瓦斯是一项关键。封孔工艺的创新对消除工作面回采期间的突出危险性和回风流瓦斯超限问题，达到安全生产的目的有着很重要的意义。
1.2研究的意义
通过封孔新技术的研究、改进和应用，可大大降低钻孔的漏气率、增强封孔密封性、提高抽采浓度、消除因孔口漏气而导致钻孔失效等，并有效增加钻孔可抽采时间、提升抽采量，满足采煤工作面安全生产及综合利用的需求。
1.3 本煤层瓦斯抽采钻孔封孔工艺现状
由于受采动影响，本煤层钻孔周围裂隙发育，50%钻孔存在漏气现象，瓦斯的抽采浓度偏低，严重制约着煤矿瓦斯治理，极大的威胁着煤矿职工的安全。在我国，目前采用护孔的方法几乎没有，而采用最多的瓦斯抽采钻孔封孔方法为高分子发泡材料即聚氨酯封孔法。聚胺脂封孔就是由异氰酸脂和聚醚等然后添加几种助剂反应而生成硬质泡沫体密封钻孔，并且使用方法多种多样，如：聚氨酯加毛巾封孔、聚氨酯子母袋封孔、聚氨酯加水泥封孔等。
1.3.1 聚氨酯加毛巾封孔
聚氨酯加毛巾封孔方法是将聚氨酯A 药和B 药混合、搅拌之后，倒在扎在封孔管的毛巾上，然后立刻插入钻孔内的指定深度，药剂会迅速膨胀，直至充满封孔段的封孔管与钻孔内壁的空间，实现钻孔封堵，工人在用这种封孔方法封孔时，甲药和乙药的比例经常把握不准，既造成材料的浪费也会导致封孔材料发泡膨胀不充分，封堵效果不理想。且聚氨酯强度较小，抽采钻孔因应力集中造成塌孔，从而形成裂隙，造成漏气。
1.3.2 聚氨酯子母袋封孔
聚氨酯子母袋的封孔原理与聚氨酯加毛巾封孔是一样的，只是在包裝上，人们对其进行了改进。厂家在生产封孔剂时取消了原有的分桶包装，而是将两种药剂包装在同一塑料袋中，但在中间加工了隔离条带。在使用时，挤压塑料袋破坏隔离条带，使A、B 药混合，然后缠绕在抽采管上，将缠有药剂袋的抽采管插入钻孔内，当药剂膨胀后实现对钻孔的封堵，
二、研究内容与方案
2.1 瓦斯地质情况
八矿是我国自行设计和施工的第一座特大型矿井，设计能力3Mt，2005年矿井核定生产能力为400万吨/年，实际生产原煤306万吨。89年被重庆煤科院鉴定为煤与瓦斯突出矿井，97年又被其鉴定为严重煤与瓦斯突出危险矿井。2008年八矿瓦斯等级鉴定，相对涌出量18m3/t，绝对瓦斯涌出量95m3/min，同时，我矿瓦斯绝对涌出量每年以7%左右的速度递增。八矿突出危险煤层为己15和戊9、10煤层，二水平水平己15煤层瓦斯含量为16～20m3/t，瓦斯压力为0.6～1.8Mpa，戊9、10煤层目前瓦斯含量为19 m3/t，瓦斯压力为1.8Mpa，下一步随着二水平的推进，瓦斯含量和瓦斯压力会更大。所以回采工作面在回采前的区域瓦斯治理是势在必行的，本煤层瓦斯抽采浓度偏低、钻孔有效抽放周期短的技术难题，在分析煤体特征的基础上，结合现有封孔技术，提出了全程下套管封孔的技术方法。阐述了全程下套管封孔的基本原理，通过理论分析，确定了全程下套管封孔工艺技术参数，2个月的工业性试验结果表明：应用全程下套管封孔技术可提高本煤层瓦斯抽放浓度20%～55%，并可延长抽采钻孔的有效抽采时间50 d左右。
2.2 主要研究内容：
2.2.1确定所下的套管的长度、封孔段的位置以及封孔的气密性。
2.2.2根据煤层倾角和钻孔开孔位置，确定钻孔的夹角，使开孔和终孔均在硬煤层中，并保证长钻孔的所下套管的位置到位，有效防止钻孔塌孔现象。
2.2.3用全程下套管封孔工艺的钻孔预抽率和普通封孔工艺的钻孔进行相比较，确定全程下套管封孔工艺在本煤层钻孔中的应用。
2.2.4提高预抽时间，确保工作面采前的抽采达标。
2.3 全程下套管封孔的原理
本煤层全程下套管封孔技术，是基于采煤工作面煤壁内存在的应力扰动沟通裂隙 ，利用钻孔下套管方式来达到改变瓦斯抽采钻孔因塌孔而造成钻孔堵死报废的目的。抽采钻孔封孔段的影响，提高本煤层瓦斯抽采钻孔密封、放塌孔效果。该技术利用25mm硬管（每一米钻两个5mm孔），以人力将一吋硬管全部下到抽采钻孔内，防止塌孔。具体工艺为： 封孔前利用压风吹净孔内钻屑，然后将25mm硬管全部下到抽采钻孔内，然后把50mm封孔管将25mm硬管套在管内，再利用聚氨酯快速构筑抽采钻孔封孔段注浆空间。利用聚氨酯的快速反应、承压性能为抽采钻孔制造一个闭合的封孔段空间 ，并网进行瓦斯抽放。
三.结论
3.1顺层钻孔长距离护封一体化技术的应用，有效防止了顺层瓦斯抽采钻孔的塌孔，提高了本煤层钻孔的封孔质量，提高瓦斯抽采量；通过下套管进行高效抽采，瓦斯抽采平均初始浓度达到39.4%，瓦斯纯流量提高了近1倍，40d后流量仅衰减15%。
3.2 通过顺层钻孔长距离护封一体化技术实施，提高了工作面的预抽效果，使工作面提前投入回采。降低在回采期间突出危险性和瓦斯涌出量降低，使工作面生产能力提高，并实现安全生产。间接效益明显。
四.取得的经济、社会效益
4.1经济效益
采用了本煤层全程下套管技术封孔后，原来的单孔预抽浓度为15%，经过本项目实施，平均单孔预抽浓度增加到50%，增大了抽放量，增加了抽放浓度。加快了区域瓦斯的治理进度，加快了工作面的回采速度，使原来的采煤工作面有原来的35米提高到了50米，单月提高产量17250吨。
4.2社会效益
通过顺层钻孔长距离护封一体化技术实施，提高了工作面的预抽效果，使工作面提前投入回采。降低在回采期间突出危险性和瓦斯涌出量降低，使工作面生产能力提高，并实现安全生产，间接效益明显。
关键词：本煤层钻孔 封孔 全程下套管
中图分类号：P634.2
一、前言
1.1研究目的和背景
瓦斯治理是一项利国利民的“生命工程”，随着开采规模的不断扩大，矿井开采深度的不断延伸，如不采取有效的防治措施，煤层瓦斯涌出量会越来越大，煤层瓦斯压力将越来越高，煤与瓦斯突出强度将越来越大，安全上的隐患也越来越多。瓦斯是煤矿的“第一杀手”，一旦发生事故往往就是大事故，人员伤亡大，经济损失惨重，负面政治影响较广。
瓦斯治理是煤矿企业的立矿之本，坚持先抽后采是治理瓦斯的治本之策和关键之举。瓦斯抽采是节能减排、保护环境的必然要求。搞好瓦斯治理，是促进安全生产的根本措施，也是提高煤与瓦斯突出矿井效益的有效途径。必须充分认识到瓦斯治理既是“保护生命”的要求，也是提高经济效益的有效途径。
本煤层瓦斯抽放是采煤工作面防突的一项主要区域性防突措施，就八矿当前本煤层抽放而言，钻孔形成后进行封孔，为了更好的预抽工作面内瓦斯，使抽采达标，我矿在采煤工作面回采前施工了大孔径、长钻孔的本煤层预抽钻孔。但本煤层钻孔受地应力、煤层等方面的因素，造成钻孔塌孔严重，钻孔无法长时间的预抽工作面瓦斯，钻孔塌孔严重，抽放效果的治理大打折扣，所以封孔工艺成为对预抽本煤层瓦斯是一项关键。封孔工艺的创新对消除工作面回采期间的突出危险性和回风流瓦斯超限问题，达到安全生产的目的有着很重要的意义。
1.2研究的意义
通过封孔新技术的研究、改进和应用，可大大降低钻孔的漏气率、增强封孔密封性、提高抽采浓度、消除因孔口漏气而导致钻孔失效等，并有效增加钻孔可抽采时间、提升抽采量，满足采煤工作面安全生产及综合利用的需求。
1.3 本煤层瓦斯抽采钻孔封孔工艺现状
由于受采动影响，本煤层钻孔周围裂隙发育，50%钻孔存在漏气现象，瓦斯的抽采浓度偏低，严重制约着煤矿瓦斯治理，极大的威胁着煤矿职工的安全。在我国，目前采用护孔的方法几乎没有，而采用最多的瓦斯抽采钻孔封孔方法为高分子发泡材料即聚氨酯封孔法。聚胺脂封孔就是由异氰酸脂和聚醚等然后添加几种助剂反应而生成硬质泡沫体密封钻孔，并且使用方法多种多样，如：聚氨酯加毛巾封孔、聚氨酯子母袋封孔、聚氨酯加水泥封孔等。
1.3.1 聚氨酯加毛巾封孔
聚氨酯加毛巾封孔方法是将聚氨酯A 药和B 药混合、搅拌之后，倒在扎在封孔管的毛巾上，然后立刻插入钻孔内的指定深度，药剂会迅速膨胀，直至充满封孔段的封孔管与钻孔内壁的空间，实现钻孔封堵，工人在用这种封孔方法封孔时，甲药和乙药的比例经常把握不准，既造成材料的浪费也会导致封孔材料发泡膨胀不充分，封堵效果不理想。且聚氨酯强度较小，抽采钻孔因应力集中造成塌孔，从而形成裂隙，造成漏气。
1.3.2 聚氨酯子母袋封孔
聚氨酯子母袋的封孔原理与聚氨酯加毛巾封孔是一样的，只是在包裝上，人们对其进行了改进。厂家在生产封孔剂时取消了原有的分桶包装，而是将两种药剂包装在同一塑料袋中，但在中间加工了隔离条带。在使用时，挤压塑料袋破坏隔离条带，使A、B 药混合，然后缠绕在抽采管上，将缠有药剂袋的抽采管插入钻孔内，当药剂膨胀后实现对钻孔的封堵，
二、研究内容与方案
2.1 瓦斯地质情况
八矿是我国自行设计和施工的第一座特大型矿井，设计能力3Mt，2005年矿井核定生产能力为400万吨/年，实际生产原煤306万吨。89年被重庆煤科院鉴定为煤与瓦斯突出矿井，97年又被其鉴定为严重煤与瓦斯突出危险矿井。2008年八矿瓦斯等级鉴定，相对涌出量18m3/t，绝对瓦斯涌出量95m3/min，同时，我矿瓦斯绝对涌出量每年以7%左右的速度递增。八矿突出危险煤层为己15和戊9、10煤层，二水平水平己15煤层瓦斯含量为16～20m3/t，瓦斯压力为0.6～1.8Mpa，戊9、10煤层目前瓦斯含量为19 m3/t，瓦斯压力为1.8Mpa，下一步随着二水平的推进，瓦斯含量和瓦斯压力会更大。所以回采工作面在回采前的区域瓦斯治理是势在必行的，本煤层瓦斯抽采浓度偏低、钻孔有效抽放周期短的技术难题，在分析煤体特征的基础上，结合现有封孔技术，提出了全程下套管封孔的技术方法。阐述了全程下套管封孔的基本原理，通过理论分析，确定了全程下套管封孔工艺技术参数，2个月的工业性试验结果表明：应用全程下套管封孔技术可提高本煤层瓦斯抽放浓度20%～55%，并可延长抽采钻孔的有效抽采时间50 d左右。
2.2 主要研究内容：
2.2.1确定所下的套管的长度、封孔段的位置以及封孔的气密性。
2.2.2根据煤层倾角和钻孔开孔位置，确定钻孔的夹角，使开孔和终孔均在硬煤层中，并保证长钻孔的所下套管的位置到位，有效防止钻孔塌孔现象。
2.2.3用全程下套管封孔工艺的钻孔预抽率和普通封孔工艺的钻孔进行相比较，确定全程下套管封孔工艺在本煤层钻孔中的应用。
2.2.4提高预抽时间，确保工作面采前的抽采达标。
2.3 全程下套管封孔的原理
本煤层全程下套管封孔技术，是基于采煤工作面煤壁内存在的应力扰动沟通裂隙 ，利用钻孔下套管方式来达到改变瓦斯抽采钻孔因塌孔而造成钻孔堵死报废的目的。抽采钻孔封孔段的影响，提高本煤层瓦斯抽采钻孔密封、放塌孔效果。该技术利用25mm硬管（每一米钻两个5mm孔），以人力将一吋硬管全部下到抽采钻孔内，防止塌孔。具体工艺为： 封孔前利用压风吹净孔内钻屑，然后将25mm硬管全部下到抽采钻孔内，然后把50mm封孔管将25mm硬管套在管内，再利用聚氨酯快速构筑抽采钻孔封孔段注浆空间。利用聚氨酯的快速反应、承压性能为抽采钻孔制造一个闭合的封孔段空间 ，并网进行瓦斯抽放。
三.结论
3.1顺层钻孔长距离护封一体化技术的应用，有效防止了顺层瓦斯抽采钻孔的塌孔，提高了本煤层钻孔的封孔质量，提高瓦斯抽采量；通过下套管进行高效抽采，瓦斯抽采平均初始浓度达到39.4%，瓦斯纯流量提高了近1倍，40d后流量仅衰减15%。
3.2 通过顺层钻孔长距离护封一体化技术实施，提高了工作面的预抽效果，使工作面提前投入回采。降低在回采期间突出危险性和瓦斯涌出量降低，使工作面生产能力提高，并实现安全生产。间接效益明显。
四.取得的经济、社会效益
4.1经济效益
采用了本煤层全程下套管技术封孔后，原来的单孔预抽浓度为15%，经过本项目实施，平均单孔预抽浓度增加到50%，增大了抽放量，增加了抽放浓度。加快了区域瓦斯的治理进度，加快了工作面的回采速度，使原来的采煤工作面有原来的35米提高到了50米，单月提高产量17250吨。
4.2社会效益
通过顺层钻孔长距离护封一体化技术实施，提高了工作面的预抽效果，使工作面提前投入回采。降低在回采期间突出危险性和瓦斯涌出量降低，使工作面生产能力提高，并实现安全生产，间接效益明显。