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    采煤工作面破碎围岩底板巷穿层钻孔瓦斯抽采技术

    时间：2023-01-13 09:20:34来源：百花范文网本文已影响人

    刘红星 贾博宇

    （河南能源义煤集团，河南 义马 472300）

    新义矿为煤与瓦斯突出矿井，目前所有工作面均采用底板岩巷穿层钻孔（水力冲孔）预抽煤层瓦斯的区域防突措施。但11090 工作面中部底板巷层位在二1 煤层底板下8～10 m 的泥岩层内，岩性破碎，打钻施工困难，并且砂质泥岩具有遇水易软化的特性，导致钻孔封孔时易出现塌孔、碎岩堵塞等现象，瓦斯抽采效果差。为解决该问题，研究提出围岩壁后注浆和均压封孔联动技术[1-5]，提高打钻和封孔质量，有效控制钻孔漏气通道，提高抽采效果。

    1.1 实施情况

    为降低钻孔施工前漏风通道，开展壁后注浆试验。根据钻孔封孔堵塞情况判断该区域围岩裂隙主要分布在二1 煤层底板以下2～4 m，为避免浆液进入煤体影响注浆效果，设计注浆钻孔终孔位置位于煤岩结合面以下3 m 处，主要对围岩裂隙发育区和破碎带进行注浆充填加固。钻孔按奇数和偶数呈双排交叉布置，控制巷道轮廓线以外20 m 范围。根据围岩裂隙发育情况，通过注浆钻孔对裂隙进行多轮次注浆，使浆液充分充填和胶结围岩内的裂隙，起到加固和堵漏作用，有效提高钻孔瓦斯抽采效果。在11090 中部底板巷93～106 组钻孔区域进行实验，共施工117 个钻孔，其中一次注浆钻孔117 个，二次注浆钻孔117 个，三次注浆钻孔31 个，四次注浆钻孔15 个，五次注浆钻孔7 个，六次注浆钻孔3个，七次注浆钻孔1 个，共注水泥18.8 t。11090 工作面及底板巷示意图如图1 所示，壁后注浆示意图如图2 所示。

    图1 11090 工作面及底板巷示意图

    图2 壁后注浆钻孔示意图

    1.2 注浆流程

    （1）注浆钻孔，每组间距6 m，每组9 个钻孔。

    （2）施工钻具采用MQT-130 锚索钻机或YT-28 风动凿岩钻机，钻头Φ45 mm。

    （3）钻孔封孔采用4 分注浆管（钢管），长度4 m，为一根2 m 长实管和一根2 m 长花管连接。

    （4）注浆管固管方式：4 分注浆管捆扎一根2 m 长囊袋PE 注浆管一起送入孔内，孔口先用水泥封堵（一次固管），封堵长度300 mm，4 分注浆管外露长度150 mm，PE 注浆管进入孔内1000 mm。待一次固管施工24 h 后，进行二次固管施工。利用封孔泵向孔内注浆加固注浆管，水灰比0.8:1，直至注浆管内返浆方可停止注浆固管施工。

    （5）二次固管注浆施工结束24 h 后，进行围岩裂隙注浆加固施工，浆液水灰比为1:0.8。

    （6）注浆压力预设为3 MPa，注浆压力持续稳定2 min 后，注浆结束。

    1.3 效果分析

    壁后注浆实施后，2022 年1 月4 日—2 月29日，每7 d 分别对注浆区域和未注浆区域巷道围岩顶板下沉量和两帮移近量进行监测和分析发现：未注浆巷道两个月内巷道顶板下沉量最大值17 mm，两帮移近量最大值28 mm；
    壁后注浆段巷道下沉量最大值10 mm，两帮移近量最大值16 mm，壁后注浆对巷道顶板下沉量和两帮移近量均有减缓作用。注浆段钻孔平均瓦斯初始浓度86.6%，抽采48 h 后平均瓦斯浓度72.4%，未注浆段平均初始瓦斯浓度72.6%，抽采48 h 后平均瓦斯浓度60.8%，并且钻孔孔口漏气由原来的每组3～4 个钻孔下降至每组1～2 个钻孔，钻孔漏气率降低21.6%，壁后注浆段钻孔抽采效果提升显著。通过钻孔窥视仪观测注浆前、后钻孔发现，注浆后钻孔内部较完整，裂隙发育减少，有效降低围岩顶板下沉量和两帮移近量，减少岩层裂隙，为施工穿层钻孔提供有利条件。

    2.1 实施情况

    在实施围岩壁后注浆后，虽然岩层裂隙有所控制，但传统封孔工艺依然存在封孔不严等情况。为改进封孔工艺，在11090 中部底板巷开展117 个钻孔均压封孔试验，与12030 中部底板巷第二评价单元中122个传统封孔钻孔（两堵两注）进行对比试验。均压封孔技术采用双负压进行抽放，利用囊袋式封孔器在抽放钻孔内形成主、副抽放腔室，在主、副抽放腔室所产生负压的共同作用下，裂隙内的抽放负压会二次分布，降低了主抽放腔室与外界的压差，同时副抽放腔室所产生的负压会产生屏蔽作用，阻止空气流向主抽放腔室，从而减少抽放过程中漏风，达到提高瓦斯抽采浓度的目的。钻孔抽采时布置2趟抽放管路（主抽放管路、副抽放管路），首先采用两堵两注封孔工艺将封孔管连接主抽放管进行抽采。两堵两注施工完成后，距离孔口2 m 处下一个活动囊袋，囊袋要新穿入一根Φ40 mm 实管，并包裹原Φ40 mm 实管。囊袋注浆结束后，采用气室注浆管对气室密闭段进行注浆填充密闭，避免封孔管间隙漏气，气室密闭段长度不少于1 m。囊袋注浆压力0.8～1.2 MPa，注浆频率1次/秒，达到设定压力，注浆频率变缓（2～3 秒/次），方可停止注浆；
    注浆段注浆压力0.7～1.2 MPa，原则上要达到1 MPa，提前出现反清水情况可根据实际压力值情况匀速缓慢注浆，实管内返清水和泵憋停方可停止注浆；
    浆液水灰比1:2；
    最低注浆量120 kg，现场以实际为准，不出现返清水和注浆频率变缓现象，不得停止注浆。均压抽放瓦斯封孔技术示意图如图3 所示，穿层钻孔平面和剖面如图4、图5 所示。

    图3 均压抽放瓦斯封孔技术图

    图4 穿层钻孔布置平面图 （m）

    图5 穿层钻孔布置剖面图（m）

    2.2 应用效果

    钻孔施工封孔连抽后，对瓦斯抽采浓度进行了40 d 的跟踪考察，分别对钻孔封孔后的初始浓度、第48 小时浓度及10 d、20 d、30 d、40 d 瓦斯浓度的平均值进行对比分析。采用传统封孔工艺的钻孔组当月平均抽采浓度20.4%，纯流量0.21 m3/min，瓦斯抽采量6 745.26 m3，各钻孔平均初始浓度为65.6%，40 d 后平均瓦斯抽采浓度为14.8%，浓度衰减较快，表明在初始抽放时存在一定程度的漏风，而且随着抽放时间的进行，漏风程度进一步扩大。采用均压封孔工艺的钻孔组当月抽采浓度46.8%，纯流量1.9 m3/min，瓦斯抽采量18 521.26 m3，平均初始瓦斯抽采浓度为76.2%，40 d 后平均瓦斯抽采浓度为27.8%，比传统的封孔工艺瓦斯抽采浓度提高13%，瓦斯抽采各项指标均明显提升。

    （1）通过研究壁后注浆工艺和流程，在11090工作面中部底板巷对围岩裂隙进行多轮次注浆，充填和胶结围岩内的裂隙，减少岩层裂隙和钻孔施工前漏风通道，为穿层钻孔施工和后期冲孔、封孔等提供保障。

    （2）通过对比壁后注浆前后的各项瓦斯抽采数据，注浆段钻孔平均初始浓度86.6%，抽采48 h 后平均浓度72.4%，而未注浆段平均初始浓度72.6%，抽采48 h 后平均浓度60.8%，并且钻孔孔口漏气由原来的每组3～4 个钻孔下降至每组1～2 个钻孔，钻孔漏气率降低21.6%，壁后注浆段钻孔抽采效果提升显著。

    （3）在传统两堵两注封孔工艺基础上，试验均压封孔技术。在主、副抽放腔室所产生负压的共同作用下，裂隙内的抽放负压会二次分布，降低了主抽放腔室与外界的压差，同时副抽放腔室所产生的负压会产生屏蔽作用，阻止空气流向主抽放腔室，从而减少抽放过程中漏风。

    （4）通过均压封孔对比试验发现，采用均压封孔工艺的钻孔组当月抽采浓度46.8%，纯流量1.9 m3/min，瓦斯抽采量18 521.26 m3，平均初始瓦斯抽采浓度为76.2%，40 d 后平均瓦斯抽采浓度为27.8%，比传统的封孔工艺瓦斯抽采浓度提高13%，瓦斯抽采各项指标均明显提升，有效提高封孔质量。

    （5）两种技术联动后，有效降低钻孔施工前和封孔后两类漏风通道，有效提高瓦斯抽采效果。

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