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天固封孔材料在国投新集集团应用情况说明(新) 本文简介：天固封孔材料在国投新集集团应用情况说明天固封孔材料在国投新集集团应用情况说明为强化顺层钻孔封孔质量，提高钻孔瓦斯抽采效果，国投新集能源有限公司于2013年7月在集团下属的新集一矿、新集二矿、刘庄煤矿及口孜东煤矿开始使用中煤科工集团重庆研究院的天固封孔材料及工艺。四个煤矿分别在重庆研究院的技术人员指导
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天固封孔材料在国投新集集团应用情况说明
天固封孔材料在国投新集集团应用情况说明
为强化顺层钻孔封孔质量，提高钻孔瓦斯抽采效果，国投新集能源有限公司于2013年7月在集团下属的新集一矿、新集二矿、刘庄煤矿及口孜东煤矿开始使用中煤科工集团重庆研究院的天固封孔材料及工艺。四个煤矿分别在重庆研究院的技术人员指导下使用了新型“天固封孔”材料。现将各煤矿的使用情况作如下说明。
1
封孔材料及设备介绍
1.1
天固封孔材料简介
天固封孔材料是中煤科工集团重庆研究院针对井下瓦斯抽采浓度不高而专门研发的一种改性聚脲酸酯泡沫材料。由两种组分构成，封孔时两种组分以1：1的体积比均匀混合，通过ZBQS-10/4矿用气动双液注浆泵注入到煤矿瓦斯钻孔的指定深度，现场反应固化，能够很好的起到瓦斯钻孔密封的作用。
1.2
ZBQS-10/4矿用气动双液注浆泵简介
ZBQS-10/4矿用气动双液注浆泵（以下简称注浆泵），主要配套天固封孔材料用于井下瓦斯抽放钻孔封孔。注浆泵采用压缩空气作为主要动力，使用方便、安全可靠。注浆泵与天固封孔材料配合使用，可以确保瓦斯钻孔的密封性、实现瓦斯封孔操作和封孔质量的可重复性。
2
天固封孔工艺介绍
天固封孔工艺采用压力封孔。先用自成形封孔挡板，在前后两端发泡形成物理挡板，让中间注浆封孔材料在密闭的空间内，依靠材料自身发泡的膨胀压力，渗入煤层裂隙。具体操作如下：
1、使用挡板药袋进行单孔封孔时操作如下：
（1）钻孔在完成施工后准备Φ63mmPE管20m进行封孔（PE管露出钻孔孔口300mm左右），封孔需两个挡板药袋（一前一后放置在PE管上），钻孔封孔长度为20m。
（2）PE管用管接头连接牢固后用铁丝将挡板药袋固定在PE管上，先固定外面挡板药袋，药袋固定位置距钻孔孔口约800mm处，然后根据封孔长度将里面挡板药袋固定。挡板药袋固定后在两个药袋之间加入一根注浆管，并用铁丝将其固定在PE管上（注浆管露出钻孔孔口400mm左右）。
（3）以上工作完成后按挡板药袋上标注的方向抽出药袋上的隔芯，用双手按住挡板药袋两端，来回挤压搓揉药袋15～20次，时间10～20秒，使袋中两种液体充分混合均匀。
（4）在挤压搓揉时用力要均匀，完成搓揉后，迅速将药袋送入孔内，并用编织袋堵住孔口，任药袋自行反应，3分钟左右药袋在孔内爆开（揉搓时间越长，药物反应越快），约10分钟后材料可反应完全。
（5）在使用挡板药袋进行封孔时注意以下四点：
?①检查封孔药袋包装是否完整，无泄漏，如有泄漏请勿使用。
?②检查瓦斯抽放孔有无踏孔和堵孔现象，如有请将瓦斯抽放孔透通后在进行封孔。
?③药袋送入孔内后勿用眼睛对着抽放孔，以免材料喷出。
④单个瓦斯抽放孔的所有封孔袋搓揉时间之和不应大于2分钟。
2、在材料反应完全后将注浆泵的高压管与钻孔内注浆管相连接进行注浆。注浆泵配有两根吸浆管，在两个吸浆管上面均安设了压力表及泄压阀门，通过压力表可观测注浆情况（注浆饱和或注浆管路被赌塞，压力表均显示一定压力）。
3、注浆泵经过设定后一个回程为一次，1米所需的药液量为注浆泵3个回程所产生的药液量，钻孔封孔为20米，即需60个回程。一个回程药液量为150克，即1米所需药液量为450克，故单孔所需药量为2700克，即2.7千克。
3
各矿使用情况介绍
3.1
新集一矿使用情况
根据目前钻孔施工情况，地勘公司新集一矿项目部指定在131305风巷的19#钻场使用天固封孔材料。
3.1.1
131305工作面概况
31305综放工作面位于1水平三采区（北中央采区）是三采区第二个采综放工作面，开采的煤层为13-1及13-1下煤层。该工作面可采范围：东至设计停采线，西至切眼,南至工作面风巷，北至工作面机巷。风巷(南帮)可采走向长1130.42m，机巷(北帮)可采走向长1136.10m，工作面平均可采走向长1133.25m，平均倾向长（工作面外帮）159.60m，平均斜面积180906.75m2。风巷底板标高-418.37m～-454.06m，机巷底板标高-488.30～-506.97m。
1、地质构造：本工作面13煤层总体为谢桥向斜南翼的单斜构造，煤层走向50°～90°,煤层倾向0°～320°，煤层倾角15°～32°,平均为23°。
根据131305底板瓦斯抽排巷、131105高抽巷、下部已回采的11煤工作面资料、131305高抽巷、正在回采的131305工作面巷道掘进资料、钻探、物探资料综合分析对工作面掘进影响的断层有2条（详见影响工作面掘进断层一览表）。另外，根据其它采区13煤层开采的实际资料显示，13煤层中的层间滑动断层较为发育，受其影响煤层厚度、产状变化较大。
煤层总体为宽缓的背斜构造，背斜轴位于8-9线和9线之间。另外F10断层伴生的背斜构造从本工作面西部近东西向穿过工作面。
2、瓦斯情况：131305工作面原始瓦斯含量11.02m3/t，原始瓦斯压力为1.7MPa（绝对压力）；2009年1月~2011年9月，131305地面钻井、穿层钻孔、131303机巷顺层钻孔累计抽采瓦斯量8752914.6m3，抽采率达45.03%，采用煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法、和煤层瓦斯含量井下直接测定方法，按照煤矿瓦斯抽采达标暂行规定要求布置检验点，测定的最大残余瓦斯压力为0.30MPa，残余瓦斯含量为4.1264m3/t,且检验钻孔施工期间均无顶钻、喷孔等瓦斯动力现象。
3、钻孔设计：131305风巷布置19个抽采钻场，钻场从设计切眼西帮向西70m为1#钻场，1#~19#钻场依次间距60m布置，19#钻场在设计停采线以东14m，131305风巷1#~18#钻场内设计布置顺层钻孔，每个钻场设计35个顺层钻孔，共计630个孔，平均孔深72m，工程量45432m。
3.1.2
实验结果
1、天固封孔材料孔内瓦斯初始浓度，见如下表格：
表1
天固封孔工艺在131305工作面风巷顺层钻孔应用抽采浓度
施工点
钻孔号
封孔后孔内瓦斯初始浓度（
%）
19#钻场
3#
1.8
7#
1.4
10#
3
2-2#
3.4
2-7#
15.0
平均值
4.92
2、水泥封孔工艺（两端为天固封孔袋）孔内瓦斯初始浓度，见下表：
表2
水泥封孔工艺131305工作面风巷顺层钻孔抽采浓度
施工点
钻孔号
封孔后孔内瓦斯浓度（
%）
19#钻场
1#
4.0
2#
3.4
4#
2.0
5#
3.8
6#
1.2
9#
1.8
2-1#
4.5
2-3#
1.0
2-4#
1.6
2-5#
3.0
2-6#
2.4
平均值
2.61
3、结果分析
由以上实验数据分析，所测的瓦斯浓度普遍较低，分析其原因主要有以下两点：
（1）19#钻场位于131305工作面的停采线之外，瓦斯浓度相对于该工作面内的其他钻场有较大的差别，浓度值远低于其他钻场；
（2）该钻场地质条件较差，煤层内夹矸较多，钻孔施工过程中就曾多次出现由于钻孔见矸而导致的报废等情况，这样这些钻孔对邻近钻孔的扰动极大。加之这些报废的钻孔并未进行封孔工作，因此该钻场孔内瓦斯浓度较小。
但是对比天固封孔工艺的瓦斯初始浓度平均值可发现：其平均值明显优于使用水泥封孔工艺的瓦斯初始浓度平均值，从数据上分析，浓度值提高约88.5%，对于孔内瓦斯浓度的提高效果是显著的。
3.2
刘庄煤矿使用情况
3.2.1
151305工作面概况
151305工作面为五采区13-1煤第三个掘进工作面，工作面沿煤层倾向布置。工作面轨道顺槽设计长约1394.6m（可采走向长约为1104.7m），胶带顺槽设计长约1436m（可采走向长约为1104.7m），设计工作面倾向长约为310.2m，工作面平均可采平面积约为336805m2。
1、地质构造：工作面总体形态为一单斜构造，本工作面煤层走向60°～70°,走向上起伏较小，倾向150°～160°,倾角7°～12°,平均倾角为10°；该工作面沿煤层倾向布置。煤层厚度4.30m～6.30m(含夹矸），平均总厚度5.14m，平均净煤厚4.76m；13-1煤在本工作面中普遍含有1～2层夹矸，最多含有三层夹矸；最上部一层夹矸较厚且稳定，可达0.6m～0.8m，底部夹矸局部发育；夹矸岩性多为含炭泥岩，局部为泥岩。
2、瓦斯情况：1513采区(西翼)F20以东至F22以西-740m水平以浅区域13-1煤层-740m（垂深766m）以上为无突出危险区。该处钻孔施工层位为13-1煤，本区域实测最大瓦斯压力0.3MPa；实测煤层瓦斯含量为3.6714m3/t，坚固性系数f为0.77~1.01。
3、钻孔设计：151305胶带顺槽每隔40m施工一个钻场，共设计施工27个钻场，每个钻场施工14个顺层钻孔，共设计施工378个钻孔，每个钻场工程量约1581m，总工程量约42687m。
3.2.2
实验结果
1、天固封孔材料孔内瓦斯初始浓度，见如下表格：
表3
天固封孔工艺在15130胶带顺槽顺层钻孔应用抽采浓度
施工点
钻孔号
封孔后孔内瓦斯浓度（
%）
21#钻场
4#
11.4
5#
17.0
6#
27.6
12#
9.4
13#
18.6
14#
17.2
平均值
16.9
23#钻场
1#
9.6
2#
13.5
5#
10.4
9#
13.5
10#
10.0
13#
7.2
平均值
10.7
25#钻场
2#
2.8
4#
12.6
5#
3.2
7#
18.8
10#
7.4
11#
3.8
平均值
8.1
2、实验结果分析
由于未能搜集到刘庄煤矿水泥封孔工艺的实验数据，所以在此特作出说明。但是通过从刘庄煤矿抽排区技术人员处了解的情况来看，与实验钻场相邻的4#、7#钻场的孔内瓦斯平均浓度仅为1.7%。以此数据来看，使用天固封孔材料所得的孔内瓦斯浓度达到了11.9%，是水泥封孔工艺的7倍，其效果是相当明显的。
3.3
口孜东矿使用情况
口孜东矿用于才开始使用，使用时间较短，使用天固封孔材料及工艺才封10个钻孔，还没有并入抽采管网，暂时没有使用数据。
3.4
新集二矿使用情况
根据地勘公司新集二矿项目部的安排，天固封孔材料在新集二矿的210106工作面风巷7#钻场进行了封孔实验。
1、天固封孔材料孔内瓦斯初始浓度，见如下表格：
表6
天固封孔工艺在210106风巷顺层钻孔应用抽采浓度
施工点
钻孔号
封孔后孔内瓦斯浓度（
%）
7#钻场
3#
11.8
4#
11.4
5#
20.4
6#
12.0
8#
9.8
10#
12.6
14#
5
16#
13.2
17#
12.6
19#
13.4
20#
23.6
21#
11.0
23#
16.8
24#
21.6
平均值
14.0
2、水泥封孔工艺（两端为天固封孔袋）孔内瓦斯初始浓度，见下表：
表7
水泥封孔工艺210106风巷顺层钻孔抽采浓度
施工点
钻孔号
封孔后孔内瓦斯浓度（
%）
7#钻场
1#
24.0
2#
25.0
7#
2.6
9#
5.6
11#
1.2
12#
14.8
13#
19.2
15#
15.0
18#
17.6
22#
25.4
平均值
15.0
3、结果分析
由以上实验数据分析，我们可看出在二矿的应用过程中两种封孔工艺的差别并不大，并未取得如期的效果，这还需在接下来的使用过程中不断总结，以期达到预期的效果，体现出天固封孔材料相对于其他现有封孔工艺的优越性。
4
使用情况总结
天固封孔材料在国投新集集团下属的四个煤矿的使用已经一月有余，在使用过程中重庆院的技术人员得到了各矿项目部的大力支持与配合，在此对地勘公司表示真挚的感谢。目前，从各个煤矿反馈的情况来看，天固封孔材料及工艺对于强化各矿顺层钻孔的封孔质量，提高钻孔瓦斯抽采浓度具有良好的效果。
此外，由于此次封孔实验进行仅一月，多数钻孔的抽采时间并不长，各矿瓦斯浓度统计数据还较少，因此本说明未对孔内瓦斯浓度的衰减作分析。
其优点主要体现在：
（1）从四个煤矿的使用情况来看，除了新集二矿以外其他各矿在数据上天固封孔材料对于提高顺层瓦斯抽放孔孔内瓦斯浓度具有十分明显的效果。新集一矿浓度提高约88.5%；刘庄煤矿的孔内瓦斯浓度更是达到了原来的7倍之多；
（2）自成形封孔挡板使用方便，操作简单。
（3）注浆有专用注浆泵，吸浆管配有泄压阀门，注浆安全性能好。
（4）通过注浆泵可计算钻孔所需浆液容量，可控制注浆量，避免浪费。
（5）该封孔工艺劳动强度较低，施工效率较高，对于建设高效节能型矿井具有很大的贡献。
5
存在的问题及建议
在这段时间的使用过程中我院技术人员发现在施工及封孔过程中存在一些问题，需要在随后的使用过程中加以改进，以使使用效果更加良好。
（1）封孔长度未能达到要求，国投新集地勘公司要求各矿封孔长度必须达到20米。然而在实际操作过程中由于种种原因，实际的封孔深度并未达到20米，有的甚至还未达到10米，这样瓦斯浓度将很难得到大幅提高，也降低了钻孔的利用率，并且将极大地影响瓦斯抽放系统的安全性。根据以往对煤矿瓦斯抽采卸压带深度的经验值，其数值一般为20米，这就要求封孔深度至少需要20米左右，因此在以后的使用过程中还需保证封孔深度。
（2）注浆管长度未达到要求。由于天固封孔材料反应速度较快，这样就造成材料的流动性能并不是特别突出，因此根据经验要求注浆管长度至少达到8米。但是实际施工过程中其长度也并未达到。
（3）目前各个矿都是采用的施工一个钻孔封闭一个钻孔，这样就势必导致后施工的钻孔对已经封孔完毕的钻孔造成极大的扰动。如此一来，将造成各钻孔孔内瓦斯浓度衰减太快,缩短了抽放钻孔的有效抽放期。因此，我院技术人员建议可以尝试将一个钻场的钻孔均施工完毕后再统一进行封孔施工。
（4）目前提供给矿上的封孔袋的爆袋时间为3分钟，下一步计划根据现场下注浆管的时间将封孔袋进行差异化设置，封孔里的采用慢速封孔袋。封孔口的采用快速封孔袋。减少封孔袋的使用量和提高现场的施工效率。
（5）建议地探公司对整个封孔流程进行现场规范，务必使现场的封孔长度，注浆管深度，封孔袋的搓揉情况满足现场要求。
9
天固封孔材料在国投新集集团
应用情况说明
中煤科工集团重庆研究院
2013年9月20日
