高瓦斯礦井存在的封孔技術(shù)(共9頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)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(kāi)采往往伴隨著大量瓦斯涌出，特別是隨著煤炭生產(chǎn)的高效集約化和開(kāi)采深度的增加，瓦斯涌出量越來(lái)越大，瓦斯災(zāi)害已成為制約高效集約化開(kāi)采技術(shù)發(fā)展和安全生產(chǎn)的最重要因素。因此，如何有效地解決高瓦斯煤層開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯突出和大量瓦斯涌出問(wèn)題，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。解決高瓦斯低透氣性突出煤層開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯問(wèn)題的主要措施是瓦斯抽采。通過(guò)瓦斯抽采，不僅可以有效地減少煤層開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯涌出，確保煤礦生產(chǎn)的安全性；同時(shí)，抽采出來(lái)的高濃度瓦斯又可加以利用，實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯的共采。由于井下

2、鉆孔周圍的煤巖體強(qiáng)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(lái)說(shuō)，如果鉆孔不漏氣，瓦斯抽采濃度應(yīng)當(dāng)為100%。據(jù)調(diào)查，我國(guó)約有65%的回采工作面預(yù)抽瓦斯?jié)舛鹊陀?0%，充分反映了抽采鉆孔封孔質(zhì)量差的現(xiàn)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(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)，封孔材料經(jīng)歷了水泥砂漿-高分子聚氨酯類材料-注漿式封孔的發(fā)展過(guò)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(wèn)題，各大院校及企業(yè)開(kāi)展鉆孔密封技術(shù)、密封材料及配套裝備的研究工作進(jìn)行了多年，現(xiàn)就封孔材料及技術(shù)發(fā)展的歷程及現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。二、國(guó)內(nèi)外礦井封孔技術(shù)現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)

3、普遍采用的封孔技術(shù)主要有機(jī)械式封孔、聚氨酯類有機(jī)材料封孔、水泥類無(wú)機(jī)材料封孔等。1.機(jī)械式封孔我國(guó)煤礦現(xiàn)有的機(jī)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(xiàn)場(chǎng)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(jié)錨固來(lái)達(dá)到封孔的目的，且都是在孔口段進(jìn)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(tài)。使用機(jī)械式封孔器封孔時(shí)，封孔較嚴(yán)實(shí)，抽完瓦斯后還可接上水管實(shí)施煤體淺孔注水，實(shí)現(xiàn)一孔兩用，封孔器用完后還可以回收繼續(xù)使用。缺點(diǎn)是較笨重，操作不方便，若用于煤層開(kāi)口的鉆孔時(shí)，由于煤孔形狀難以保持規(guī)則的圓形及孔壁破碎而封孔效果往往不好，封孔質(zhì)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(shù)的示意圖如圖2所示，其利用特殊橡膠的膨脹與恢復(fù)功能，通過(guò)管路及閥門控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔密封。該裝置采用多級(jí)橡膠密封，大大提高了鉆孔密封的可靠度，對(duì)于煤層的瓦斯壓力準(zhǔn)確測(cè)定，瓦斯抽采率提高等工作具有較好的效果，同時(shí)可回收多次使用。該種封孔方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，具有膨脹性大、密封性好等特點(diǎn)；該裝置不需要注漿泵等動(dòng)力源，只需一個(gè)小型打氣筒，杜絕了電氣安全事故；裝置無(wú)有毒物質(zhì)，杜絕了工人職業(yè)健康危害問(wèn)題。但是裝置使用起來(lái)勞動(dòng)強(qiáng)度大，成本較為昂貴，并且對(duì)裂隙發(fā)育擴(kuò)展的封堵幾乎無(wú)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(jī)材料封孔聚氨酯封孔是近年來(lái)最流行的一種封孔工藝技術(shù)，據(jù)調(diào)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(fā)泡率填充鉆孔來(lái)完成封孔。聚氨酯封孔工藝大致可分為人工封孔和機(jī)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(shū)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(gè)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(gè)操作過(guò)程較麻煩，工人接觸聚氨酯藥液機(jī)會(huì)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(kāi)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(duì)鉆孔封堵。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和徐州博安科技發(fā)展有限責(zé)任公司共同開(kāi)發(fā)的PB型號(hào)封孔袋，產(chǎn)品膨脹后生成樹(shù)脂泡沫，能滲入煤（巖）壁縫隙，充分封堵鉆孔裂隙，并且樹(shù)脂泡沫體強(qiáng)度高韌性強(qiáng)，能夠長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持良好的密實(shí)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(hào)封孔袋人工封孔簡(jiǎn)單易行、操作方便，但在具體操作過(guò)程中管路需要及時(shí)送入孔內(nèi)，避免聚氨酯未到位置就發(fā)生膨脹凝固，所以要求工作人員技術(shù)過(guò)硬，操作精度高。(2)聚氨酯機(jī)械噴注式封孔工藝主要利用聚氨酯雙組分注漿技術(shù)，

7、兩組分單獨(dú)按固定配比進(jìn)料、輸出和混合，通過(guò)注漿管直接把聚氨酯注入鉆孔內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)注漿量實(shí)現(xiàn)可控，節(jié)約用料。圖5是聚氨酯注漿泵工藝簡(jiǎn)圖，在氣源箱（空氣壓縮機(jī)等）提供的動(dòng)力下，聚氨酯A、B兩種料經(jīng)由壓力表、單向閥，進(jìn)入靜態(tài)混合器充分混合，最后注入鉆孔內(nèi)，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(dòng)力源，活塞帶活塞式注漿泵，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同體積比進(jìn)料、混料和輸出，輸出壓力最高可達(dá)1823MPa?？梢詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)封孔技術(shù)，配套施工配件有封孔器、混合器、注漿桿等。施工操作簡(jiǎn)便易行，12人操作即可。雖然機(jī)械噴注工藝具備操作簡(jiǎn)便，質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但準(zhǔn)備工作量大、設(shè)備費(fèi)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(tài)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(jiǎn)圖聚氨酯類有機(jī)發(fā)泡材料具有發(fā)泡倍數(shù)高、質(zhì)量輕、封孔迅速快等優(yōu)點(diǎn)，在本煤層淺孔抽采鉆孔的封孔中應(yīng)用較為廣泛。但是由于聚氨酯為粘性液體，滲透能力較弱，對(duì)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(zhì)量；此外，該類材料存在遇水膨脹倍率過(guò)大，長(zhǎng)時(shí)間放置收縮、與鉆孔離壁等問(wèn)題。但是聚氨酯封孔袋由于操作方便，現(xiàn)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(wú)機(jī)材料封孔水泥砂漿封孔

9、技術(shù)方便、簡(jiǎn)單、成本低，對(duì)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(kāi)裂、收縮等現(xiàn)象。水泥無(wú)機(jī)類封孔材料原材料廣、價(jià)格低廉但是封孔深度有限、封孔相對(duì)復(fù)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(lái)，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(jié)速度慢、收縮性強(qiáng)，難以滲入微裂隙中的缺點(diǎn)，使鉆孔的封孔效果大大提高，加快了施工進(jìn)度，但是膨脹水泥仍存在膨脹倍率不高，自身強(qiáng)度低，現(xiàn)場(chǎng)使用極易堵塞注漿泵，效果不太穩(wěn)定等缺點(diǎn)。4.注管封孔法近年來(lái)，歐美國(guó)家展開(kāi)了“注管封孔法”技術(shù)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(gè)深度10米15米的鉆孔，鉆孔直徑大于正常鉆進(jìn)時(shí)的鉆孔；（2）將金屬管插入鉆孔，金屬管的內(nèi)孔直徑不小于正常鉆進(jìn)時(shí)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(nèi)，使金屬管外壁與鉆孔壁之間充滿漿液；（4）鉆頭通過(guò)金屬管內(nèi)孔，開(kāi)始正常鉆進(jìn)；（5）在金屬管內(nèi)部進(jìn)行封孔。 這種鉆孔封孔方法十分可靠，但是代價(jià)太高（澳大利亞要求金屬管必須是銅管）、投資大、操作工藝復(fù)雜。另外，為了采煤的需要必須在采煤之前將注管回收，對(duì)配套的裝備和井下空間環(huán)境有特殊的要求。這種封孔方法在澳大利亞、日本、美國(guó)等國(guó)廣泛采用，但是國(guó)外的封孔方法并不能夠適應(yīng)我國(guó)國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，我們需要根據(jù)不同煤礦的井下

11、實(shí)際條件，借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，研制開(kāi)發(fā)適合不同礦區(qū)的封孔技術(shù)與裝備材料。三 、研究預(yù)期目標(biāo)及考察指標(biāo)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)深入調(diào)研礦井現(xiàn)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(yōu)缺點(diǎn)。從理論方面深入研究鉆孔密封技術(shù)，開(kāi)發(fā)具有良好密封性能的抽采鉆孔密封材料及工藝技術(shù)，研制相應(yīng)配套一體化設(shè)備，選擇鄭煤集團(tuán)下轄礦井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)效果考察。理論分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(shè)備，提高瓦斯抽采效果。主要的技術(shù)指標(biāo)：（1）瓦斯抽采濃度提高10-15%；（2）單孔封孔成本價(jià)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(guò)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(jià)格，提供簡(jiǎn)單易操作的配套密封裝備與工藝技術(shù)，有效地防治瓦斯突出問(wèn)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(duì)封孔段進(jìn)行漿液注漿，從而實(shí)現(xiàn)封孔段封孔，本封孔器采用先兩端封堵，然后再對(duì)中間注漿封孔，解決現(xiàn)有封孔段距離不固定、抽放管堵塞等難題，實(shí)現(xiàn)對(duì)封孔段的精確封孔，對(duì)于角度比較大的抽放孔能精確固定封孔長(zhǎng)度。本封孔器采用水泥漿液注漿封孔，降低了成本、減少環(huán)境污染，操作

13、簡(jiǎn)單，降低工作勞動(dòng)強(qiáng)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(yīng)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(shí)現(xiàn)多層封孔，操作簡(jiǎn)單，使用方便。具有操作簡(jiǎn)單、使用方便、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率等優(yōu)點(diǎn)。本產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為：MT/T 1110-2011Q/YJKY 02-2012。二、型號(hào)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(hào) 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(jié)構(gòu)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(gòu)成。封孔器的注漿管與注漿泵連通，液漿進(jìn)入橡膠膨脹體。因單向閥的作用液漿通過(guò)橡膠膨脹體1及爆破閥進(jìn)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(shù)所產(chǎn)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(duì)外面的孔封閉；當(dāng)壓力大于0.5MPa時(shí)，爆破閥爆破，液漿將兩個(gè)膨脹體中間的部分充滿，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多層密封，通過(guò)瓦斯抽放管連接瓦斯抽放管路抽放 四、技術(shù)性能：