张艳利 ZHANG Yan-li
（河南工业和信息化职业学院，焦作 454000）
（Henan College of Industry & Information Technology，Jiaozuo 454000，China）
摘要： 为解决目前抽采钻孔封孔质量差，漏气严重，强度不高等问题，本文通过对加压封孔技术和施工工艺进行研究，确定了加压封孔技术参数和施工工序，现场试验结果表明该技术有效提高封孔质量，为瓦斯抽采、下向孔排水、水力压裂的顺利开展提供保障。
Abstract： In order to solve the problems of the poor quality， serious air leakage， low intensity of gas drainage borehole and sealing at present， this paper studies the technology of inflating and sealing and the construction technology to determine the parameters and construction process of inflating and sealing technology. Experimental results show that， this technology effectively improves the quality of hole sealing， and provide guarantee for the smooth development in gas extraction， drainage in downward-hole and hydraulic fracturing.
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关键词 ： 瓦斯抽采；下向孔；加压封孔
Key words： gas extraction；downward-hole；inflating and sealing
中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）19-0108-02
作者简介：张艳利（1984-），女，河南登封人，助教，主要从事矿井通风与安全方面的教学和研究。
1 研究目的
新河矿井地质条件极为复杂，矿井瓦斯含量高，压力大，具有突出危险性。煤层底板离灰岩含水层近，煤层直接顶板为泥岩，间接顶底板分别为砂岩含水层，含水丰富，因此矿井拟采取下向瓦斯抽采孔排水排渣气驱技术及水力压裂技术进行瓦斯突出治理。为使瓦斯治理项目实现较好效果，必须对现有封孔工艺进行优化，确定封孔材料组成，使其渗透性、凝结时间、固结强度等满足下向孔排水及水力压裂需要。
2 加压封孔技术
加压封孔技术基于加压水泥浆渗入瓦斯抽采孔壁裂隙，防止因钻孔壁裂隙发育漏气，从而提高抽采瓦斯浓度和抽采效果；防止煤层顶板裂隙水通过孔壁裂隙进入钻孔，增加钻孔涌水量。同时封孔时通过预埋1根6分铝塑管，作为自动排水排渣气驱的压风管/注水管，为后期下向孔自动排水排渣气驱奠定基础。
3 “聚氨酯+水泥浆”加压封孔技术要求
煤矿井下下向瓦斯抽采孔“聚氨酯+水泥浆”加压封孔结构如图1所示。钻孔内注浆段至煤层，即岩孔段全部注将封孔；孔内管包括1根瓦斯抽采管、1根压风/注水管、2根注聚氨酯管、1根注水泥浆管。
孔内管规格及封孔注浆技术参数如下：
①瓦斯抽采管，采用矿用“聚氯乙烯双抗抽放管”，外径φ50 mm，煤孔段全部制作成筛管，如图2所示。制作筛管要求：每50 mm设置1个直径为 10 mm的透气孔，相邻透气孔沿抽采管成45°相位角；最里端抽采管距里端头150 mm处开1个直径为26 mm的孔，作为压风管进入口。
②下向孔压风管，采用6分铝塑管，外径φ25 mm，内径φ20 mm。
③注聚氨酯管和注水泥浆管，采用4分铝塑管，外径φ20 mm，内径φ16 mm。
④注聚氨酯段要求用帆布袋，如图3所示。帆布代制作要求：长度800 mm，直径为钻孔直径的120%，距外端10 mm处有一直径为φ25 mm的进注聚氨酯的铝塑管小开口袋，长度为150 mm。内衬塑料袋：长度为700 mm，直径为钻孔直径的95%。
⑤聚氨酯用量采用下式计算：
式中：
Qj—聚氨酯A液或B液所需用量，ml；
l—封孔布袋的长度，cm；
R—封孔布袋的半径，cm；
k—聚氨酯A液、B液混合后的膨胀系数，取10～15。
⑥水泥段分为无压水泥浆段和加压水泥将段。
加压注水泥浆两端仅采用聚氨酯封孔，容易漏浆导致带压封孔失败，因此预先注入一小段水泥，防止漏浆，提高带压水泥浆段的压力。注浆用水泥采用焦煤筑王公司生产的“瓦斯抽放封孔料”，水泥干料与水按质量1：1或比重为1.62（试验膨胀率最大）配成水泥浆。
1）无压水泥浆段长度及水泥浆用量。
根据试验，无压水泥浆段有效长度500 mm时，注浆压力可达到0.8 MPa，因此，无压水泥浆段的长度最小取500 mm，如图4。水泥浆用量按下式计算：
式中：
Qw—水泥浆所需用量，ml；
R—钻孔的半径，mm；
l1—无压水泥浆段有效长度，mm，取500 mm；
l2—无压水泥浆段无效长度，计算公式为
d—钻孔直径，mm；
α—钻孔倾角。
2）加压水泥浆段长度、水泥用量及注浆压力
加压段封孔长度为岩孔段长度减去两端聚氨酯段长度，再减去无压水泥段长度。水泥浆用量按下式计算。
式中：
Qd—水泥浆所需用量，ml；
R—钻孔的半径，mm；
l—两端聚氨酯药袋之间的长度，mm；
Qw—无压水泥浆段的水泥浆用量，ml；
k—冗余系数，取1.1～1.2。
加压注水泥浆压力上限以不损坏抽采管为准，因此注浆压力取0.6 MPa。
4 “聚氨酯+水泥浆”加压封孔施工工序
封孔作业工序主要有：下管、注聚氨酯、无压注水泥浆和加压注水泥浆。
4.1 下管
①下管时要计算好各种管材需要长度，准确记录下管长度，确保各种管材下至预定位置。
②首先下煤孔段抽采筛管，对于下向孔，同时要下压风管，每隔2000 mm用铁丝把压风管和抽采管捆绑在一起；抽采筛管和压风管最里端端口缠裹一层窗纱，防止煤岩粉进入堵塞。
③从岩孔段最里端抽采管上套注聚氨酯布袋，同时下注聚氨酯铝塑管，布袋两端用铁丝扎紧；每隔2000 mm用铁丝把压风管、注聚氨酯管和抽采管捆绑在一起。
④从岩孔段中间开始，下注水泥浆铝塑管，每隔2 m用铁丝把压风管、注聚氨酯管、注水泥浆管和抽采管捆绑在一起。
⑤距孔口2200 mm处套注聚氨酯布袋，同时下注聚氨酯铝塑管，布袋两端用铁丝扎紧。
4.2 注聚氨酯
①聚氨酯分A、B料，用双液泵注入，先注入里端聚氨酯，再注外端聚氨酯，各注聚氨酯1～1.5 kg。
②注聚氨酯过程中应确保A、B料按比例注入。
③注完聚氨酯后，洗泵，做好记录，与注水泥浆班做好交接工作。
④注完聚氨酯4小时后，方可进行无压注水泥浆。
4.3 无压注水泥浆
①无压注水泥浆用量按钻孔实际参数计算为准。
②当注浆量达到预定值时，注浆结束，立即用清水洗泵。
③无压注水泥浆完成24小时后，方可进行加压注水泥浆。
4.4 加压注水泥浆
①加压注水泥浆用量按钻孔实际参数计算为准，注浆压力为0.6 MPa。
②当注浆量和注浆压力达到预定值时，注浆结束，立即用清水洗泵，最后用机油清洗泵体关键管路部件。
③加压注浆结束24小时后，可连负压进行瓦斯抽采。
④自动排水、排渣、气驱用铝塑管与“下向孔自动排水、排渣、气驱装置”电磁阀连接，以便进行定时排水、排渣、气驱抽采瓦斯。
5 结论
新河矿井在12091下顶抽巷4号钻场对32个钻孔使用了“聚氨酯+水泥浆”加压封孔技术，封孔严密，抽采浓度有大幅度提高，且强度满足了该钻场排水排渣气驱及水力压裂的需求，取得了较好的效果，使瓦斯抽采、下向孔排水、水力压裂可以顺利开展。
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参考文献：
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[3]王魁军，张兴华.中国煤矿瓦斯抽采技术发展现状与前景[J].中国煤层气，2006（01）.