囊袋式高压注浆封孔法的研究与应用——以宏远矿为例

技术与市场　２０１４年第２１卷第７期　创新与实践　囊袋　式高　压注浆封孔法的研究与应用　以宏远矿为例　贺ＪＪ、龙　（山西煤炭进出口集团煤业管理有限公司，山西太原０３０００６）　摘要：山西煤炭进出口集团宏远矿属于低透气性煤层，透气性系数＜０．１　ｍ　／（ＭＰａ・ｄ），瓦斯抽采困难，瓦斯抽采效率　低，井下瓦斯抽采一直采用聚氨酯封孔，而这种封孔方式存在着诸多问题。文章通过对囊袋式高压注浆封孔法的研究分　析，从而解决宏远煤矿瓦斯抽采存在的问题。　关键词：宏远矿；囊袋式高压注浆封孔法；瓦斯抽采　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１４．０７．０１２　０引言　水剂０．５％～１．５％、缓凝剂０．１％～０．５％、膨胀剂２％～８％。　１．２封孔步骤　１）在封孔器的后端加接若干根封孔管，根据合理封孔深　度，将封孔器插至钻孔内设定的深度，然后在注浆插头上涂抹　山西省是我国的第一产煤大省，瓦斯资源储量也相当丰　富。瓦斯作为一种洁净能源，燃烧后很少产生污染物，属优质　洁净气体能源。因此开发利用煤层瓦斯资源，对于充分利用洁　净能源、优化我国能源结构、改善煤矿安全生产条件以及减少　大气污染，都具有重大作用。　但是宏远矿属于低透气性煤层，瓦斯抽采效率低，在抽采　钻孔的封孔方面存在问题：本煤层抽采钻孔的抽采浓度衰减较　快，３个月后的抽采浓度很多都在３０％以下，个别钻孔的抽采　浓度仅１０％左右（距燃料瓦斯浓度的要求很远）。因此，封孔　技术环节是解决宏远煤矿瓦斯抽采存在的问题的关键一环。　为了彻底改善瓦斯抽采钻孔的封孔效果，解决瓦斯抽采的现实　难题，山煤集团在宏远矿进行了囊袋式高压注浆封孔技术应用　试验。　黄油，把注浆管及其插头插入注浆阀位置。　２）按要求的水灰比在风动搅拌器内搅拌浆液５　ｍｉｎ左右，　待均匀后启动风动注浆泵，注浆过程５　ｒａｉｎ左右，当浆液压力　第一次升高时，说明囊袋已充满浆液；当压力突然下降，说明压　力控制阀打开，开始向２个囊袋之间注浆；当浆液压力第二次　升高时，说明２个囊袋之间的空问已经注满浆液；当第二次浆　液压力升高至１．０　ＭＰａ时，停止注浆１—２　ｒａｉｎ，让蓄能器的浆　液继续补浆。　３）打开孔口的卸压阀，排除注浆管及蓄能器内的浆液，抽　出注浆管及插头进行清洗，其中总体封孔时间ｌ５～２０　ｒａｉｎ，插　入、注浆以及清洗时间均为５　ｍｉｎ左右，囊袋注浆封孔之后，可　直接联孔抽采，无需等待时间。　２应用分析　２．１试验地点概况　１　囊袋式高压注浆封孔法　囊袋式注浆封孔是国内不用聚氨酯的水泥带压注浆封孔　法，该方法与聚氨酯封孔和“两堵一一注”封孔法相比，封孔效果　有很大提高。其封孔原理方法如图１所示。　本次囊袋式注浆封孔法的试验地点在宏远煤矿１５０１０３运　输皮带巷，该矿位于山西省左权县，设计生产能力以１２０万ｔ／ａ　计算，矿井服务年限为１６．９年，该矿煤层厚度２．０８—５．４６　ｍ，　平均厚度４．２８　ｍ，煤层倾角６。，煤层原煤瓦斯含量为１０．４３—　１２．１２　ｍ　／ｔ，瓦斯压力为０．４７～０．８９　ＭＰａ，孔隙率为７．８％～　９．１％，可采走向长度５１８　Ｉｌｌ，倾斜长度１５０　ｍ，预计矿井绝对瓦　斯涌出量为５３．１８　ｍ　／ｒａｉｎ，相对瓦斯涌出量为２１．０６　ｍ　／ｔ，煤　层透气性低，透气性系数＜０．１　ｍ　／（ＭＰａ・ｄ），属于高瓦斯矿井。　１．瓦斯抽采管；２．复合囊袋；３．钻孔出浆阀；４．囊袋进浆通道；　５．水泥圆柱体；６．钻孔裂隙充填膨胀区；７．高应力区　此次试验本煤层钻孔的封孔的深度为２１　ｍ，实行联网预抽。　２．２效果分析　图１　囊袋式注浆封孔器原理图　１．１封孔注浆材料　宏远矿此次试验封孔总数为３００个，负责封孔施工巷道　６００　ｍ，封孔之后，对孔口进行了处理，确保密封完好。由于封　孔的日期是变动的，为了便于对瓦斯浓度数据的分析，将３个　月的封孔时间分为５月２６日～６月１５日、６月１６日～７月１５　囊袋式注浆封孔方法对配套注浆材料的流动性、渗透性、　膨胀性、早强性有特殊要求。注浆材料选材与配比直接影响封　孔质量和瓦斯抽采的效果，因此要采用硫铝酸盐水泥和普通硅　酸盐水泥的复合作为注浆材料的基础，然后添加减水剂、膨胀　剂等外加剂进行试验。注浆材料各部分的组成比例分别为普　通硅酸盐水泥８．７％～３０％、硫铝酸盐水泥７０％～８２．３％、减　日、７月１５日一８月１９日三个时间段，并利用计算机分别对这　三段时间内的钻孔瓦斯平均浓度进行了分析，发现在封孔后的　３个月里，１群一３１群钻孔瓦斯平均浓度仍在７０％左右，比较稳　（下转第２５页）　技术与市场　２０１４年第２１卷第７期　创新与实践　熔融反应器，在这一系列的反应后混料快转变成为半晶质结构　的炭质终产品。　质量的好坏直接影响着焦炭的质量，随着我国炼焦煤质量的不　断下滑，应该加大对来煤质量的监督和检查的重视程度，掌握　３炼焦工艺及用煤技术发展进步的实践　３．１　干熄焦工艺　来煤的质量变化情况，对保障焦炭质量稳定具有重要作用。最　后，要完善炼焦和备煤工艺，在积极努力要求好外部资源支持　的同时，更要完善自身的工艺水平，这是焦煤生产行业的重中　干法熄焦主要是利用冷的惰性气体在干熄炉内和红焦直　接换热，达到冷却炭焦的目的。随着技术的不断成熟和设备的　完善，经过不断的调试和改进，在回收红焦热量、节约水资源、　之重，就现在形势来讲，在提高焦炭质量、降低优质焦煤、肥煤　用量方面主要是采取煤调湿、配型煤、捣固炼焦等措施。　５结语　消除湿熄焦产生的污染、缓解炼焦煤短缺方面取得成效，改善　了焦炭的质量。　３．２煤调湿技术　炼焦技术是保障我国钢铁业持续长久发展的重要前提，焦　炭是高炉冶炼不能替代的原燃料，我国的炼焦煤资源越来越匮　乏，对我国未来炼焦产业的稳定有着深远影响，也对我国钢铁　业的整体发展形成一定阻碍。想要改变这一现状，除了继续优　煤调湿技术采用间接传热和烟气携湿降氧相结合的蒸汽　管回转干燥技术，在干熄焦发电后将蒸汽作为干燥热源，同时　将焦炉烟道所产生的废气引入蒸汽管回转筒干燥机，以此作为　化传统工艺，还要积极寻求能够代替常规工艺的非焦煤炼焦新　技术，扩大炼焦用煤资源，争取赶上国外的先进技术水平。国　外的钢铁公司早就开始研究如何开展这一技术，使钢铁业不再　受焦煤资源的限制，我国也要开始注重这一方面的研究，对企　业的发展具有重大意义，也为我国钢铁业的持续发展保驾护　航。　参考文献：　载气和部分热源，这一工艺技术，大大提高了我国炼焦工艺技　术水平，这一实质性的突破，在节能环保的同时提高了经济效　益，获得了良好的社会回报。　３．３脱硫脱氢制酸工艺　我国现有的煤气脱硫脱氢工艺种类繁多，比如ＡＳ法脱硫　脱氢技术，ＨＰＦ氨法脱硫等，这其中也不乏脱硫效率底、废液处　理难、设备腐蚀等问题的存在。　４炼焦工艺及用煤技术发展趋势　首先要开发新的煤资源，从我国的长久发展来看，虽然目　［１］　王甘霖．鞍钢炼焦工艺及用煤技术发展趋势［Ｊ］．鞍钢技　术，２０１ｌ（３）：６７—６８．　［２］　崔军．改善炼焦工艺管理，扩大炼焦用煤范围［Ｊ］．山西　化工，２０１４（５）：３４—３５．　前总的炼焦煤资源还可以供应，但是也存在某一煤种资源短缺　的问题，我国曾用过的不少矿点煤到现在很多甚至已经枯竭，　所以急需开发新资源。其次要强化地方煤的管理和应用，来煤　［３］　杨桂芝．关于炼焦工业中的煤调湿技术小议［Ｊ］．中国化　工贸易，２０ｌ３（６）：５６—５７．　（上接第２３页）　瓦斯的抽采浓度，高于瓦斯爆炸的极限，促进了矿井的安全　生产。　３结语　定，预计还会保持一段时间；在封孔后的２个月里，３２＃一７５＃、　１３２＃一１７７＃钻孑Ｌ瓦斯平均浓度分别维持在８０％和７６％左右，　长时间内不会有太大变化；封孔后的１个月里，７６＃一１３１＃、　本次试验地点选在宏远矿１５０１０３运输顺槽，共施工２５４　个钻孔，用于实验封孔、联孔新技术，获得了成功，取得了井下　瓦斯安全洁净抽采关键技术的重大突破。通过对钻孔封孔技　术的改进，使钻孑Ｌ平均浓度均稳定在５０％以上，为宏远矿提高　１７８＃一２５４＃钻孔瓦斯平均浓度很稳定的维持在６５％以上。　由以上分析可知，钻孔瓦斯的平均浓度均在５０％以上，单　个钻孔平均浓度不低于２５％，该试验通过对囊袋式注浆封孔　技术的应用，改善了宏远矿封孔漏气严重，本煤层瓦斯抽采浓　度低的问题。在试验时，钻孔周围的裂隙得到了充填，消除了　了瓦斯抽采效果，保证了管路的安全输送，以抽采促进了安全　的良性发展。　开孔时形成的漏气通道，使钻孔得到了可靠的支护，保证了钻　孔的稳定和实际抽采时需要的负压值。在试验的过程中，注浆　的压力可以由原来的１０　ｋｇ／ｅｍ　提高到１５　ｋｇ／ｃｍ　，大大增加了　这次通过工业性试验验证了囊袋式注浆封孔技术的优越　性，囊袋式注浆封孔和标准化联孔装置结构新颖、构思巧妙，能　够顺利的进行现场施工，封孔、联孔效果显著提高，是提高本煤　层瓦斯抽采浓度的有效方法，为以后囊袋式注浆封孔技术的推　广奠定了良好基础。　参考文献：　孔内抽采负压，提高了抽采效率和效果。　由于宏远煤矿此前采用的是聚氨酯封孔法，封孔效果不　佳，造成瓦斯浓度过低，而低浓度瓦斯在抽采或利用中很容易　达到瓦斯爆炸极限，造成安全性事故，“１２・２１”事故的发生就　与抽采中的低浓度瓦斯有很大关系。此次通过应用囊袋式注　［１］　张福旺．囊袋式两堵一注封孔装置在顺层钻孔瓦斯抽采　中的应用［Ｊ］．煤炭工程，２０１３（１１）．　浆封孔法技术，宏远矿抽采管路内的瓦斯抽采浓度不再低于瓦　［２］　李季．煤矿硬质聚氨酯泡沫封孔安全性能实验研究［Ｄ］．　北京：中国地质大学，２０１１．　斯爆炸极限，提高了管路的安全，有效降低了事故的发生率。　综上所述，此次囊袋式注浆封孔法在宏远矿的应用，使宏　远矿封孔技术得到了极大提高，封孔严密，透气性降低，提高了　［３］　吴龙山．井下负压抽放瓦斯封孔技术研究［Ｊ］．山西煤　炭．２０１１（１１）．