煤矿采煤工作面瓦斯抽放封孔技术分析

煤矿采煤工作面瓦斯抽放封孔技术分析

杨玉华

国家电投新疆能源化工四棵树煤炭有限责任公司  新疆 乌苏 833019

摘要：瓦斯气体是煤矿采煤工作面常见的一种气体，这种气体易燃易爆，从而给采煤作业人员带来重大安全风险。采煤工作面瓦斯抽放封孔技术是处理井下作业面瓦斯气体的主要措施之一。这种技术能有效抽采瓦斯气体，保障采煤作业的安全。但实际作业中的瓦斯抽放封孔技术的应用也会受到多种因素的影响，而降低瓦斯的抽采效果。文章以采煤工作面瓦斯抽放封孔技术为主，对其技术概况和影响其应用效果的因素进行了介绍，并重点分析探讨了该技术的优化改进措施，以充分发挥该技术的作用效果，保障煤矿采煤的安全性。

关键词：采煤工作面；瓦斯抽放封孔；影响因素；技术优化；

引言：由于瓦斯与煤层存在伴生关系，因此在开采煤层时容易遇到瓦斯气体的泄露。瓦斯气体一旦大规模泄露，其易燃易爆的性质会增大井下工作人员的风险几率，使其人身安全得不到保障。在煤矿开采行业，因瓦斯泄露而造成的安全生产事故层出不穷。因而在采煤作业之前，需要做好瓦斯抽放与封孔，以保障采煤工作面的安全生产。为有效保证瓦斯抽放封孔技术的正常使用，需要根据影响瓦斯抽放封孔质量的因素采取针对性的优化措施。

一、瓦斯抽放封孔技术

瓦斯抽放封孔技术是煤矿采煤作业时，抽采工作面瓦斯并进行有效封孔的技术。该技术的主要作用是防止工作面煤层中的瓦斯出现泄漏问题，保证采煤的正常进行和煤矿工人的生命安全。目前煤矿采煤作业中常用的瓦斯抽放封孔技术根据封孔技术的不同，可以分为三种，分别是水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔、两堵一注封孔等技术。其中，使用水泥砂浆进行封孔需要提前配置好水泥砂浆。这种封孔技术成本较低，施工劳动强度较大，但水泥砂浆在凝固时易出现裂缝，可导致瓦斯泄漏，因而其封孔效果不能完全保证。聚氨酯封孔主要是使用纺织物将混合后的聚氨酯材料包裹，然后缠绕在封孔管的上端，再插入钻孔。这种封孔技术的封堵效果较好，但封孔控制较为困难，且长时间使用后，封孔材料会漏气，而导致瓦斯的泄漏。两堵一注封孔技术主要是使用聚氨酯材料封堵瓦斯抽放口的两端，然后将水泥砂浆注入剩余孔段。这种技术的缺点是封堵钻孔裂缝的效果较差，易出现漏气问题。

二、影响瓦斯抽放封孔质量的因素

影响采煤工作面瓦斯抽放封孔质量，导致瓦斯泄漏的主要原因有以下四点：

第一是封孔材料的质量。封孔材料的质量是影响封孔效果的关键因素。不合格封孔材料容易导致封孔后出现裂缝。在采煤过程中，钻孔并不是固定不变的，可能会因煤层应力变化而导致钻孔变形。若封孔材料的强度、韧性较差，变形时会导致材料结构被破坏，从而出现裂缝漏气问题。

第二是封孔的深度较浅，而引起的漏气。煤矿采煤作业时，随着挖掘施工的进行，煤层的原始应力会被破坏，造成煤体的破裂与原始应力的重新分配。煤层的原始应力会向着卸压区、塑性区等部位延伸，导致卸压区出现较多的缝隙。因此，封孔深度一旦不足，气体便容易沿缝隙进入钻孔。所以，提高瓦斯抽放封孔质量的一个方法就是增加封孔深度。

第三是封孔材料没有孔壁完全接触。封孔时，封孔材料必须孔壁完全接触才能保证钻孔封堵的密实性。但目前常用的封孔材料的膨胀性相对较差，且长时间使用会出现收缩现象，从而导致封孔材料与孔壁之间出现不贴合的问题，进而形成了缝隙。

第四是钻孔附近的漏气圈发育问题。瓦斯抽放钻孔在煤层或岩层的应力变化影响下会发生形变变形，会在钻孔周边产生一些缝隙。这些缝隙会随着应力变化而逐渐的发展，当缝隙越来越大时，钻孔便容易出现漏气的情况。缝隙越多，瓦斯漏气的几率也就越大。我们将存在缝隙漏气的区域称之为漏气圈。

三、瓦斯抽放封孔技术的优化措施

安全生产是煤炭开采工作中的重中之重，为有效预防采煤工作面的瓦斯泄露问题，保证采煤作业的安全，必须保证瓦斯抽放封孔作业的质量。鉴于瓦斯抽放封孔作业常常发生漏气问题，必须对瓦斯抽放封孔技术的工艺进行优化，一方面要优化瓦斯抽放技术，可以使用高强度管或铁管改进瓦斯引流。另一方面则要对封孔技术进行重点优化。

3.1加强瓦斯抽放封孔位置的控制

如果瓦斯抽放封孔的位置不科学，便可导致瓦斯抽放封孔出现漏气问题。因此要对封孔位置进行科学地控制。

首先，要控制好外囊袋与孔口之间的安全距离。煤矿的岩层应力会因开采作业而发生改变，若外囊袋与孔口之间的有效安全距离较短，注入钻孔的水泥砂浆等封堵材料会在应力的作用下沿着岩层缝隙流出，导致封口效果不佳，易出现缝隙。若安全距离较长，则会出现浪费封孔材料的情况，同时还会影响封孔质量。因此，在瓦斯抽放封孔前，施工人员要重视煤矿岩层的实况分析，必须安排专业人员对岩层的实际情况进行深入分析，确定岩层的质地、走向，设计确定合理的钻孔角度。若钻孔岩层的质地较为坚硬，钻孔角度不应小于45°，以垂直钻孔为最佳选择。当采用垂直钻孔时，安全距离可减小为4米。若岩层性质为中性岩，钻孔角度应保持在30°到45°之间，安全距离应保持在6米，才能不影响瓦斯抽放封孔的施工效果。若遇到破碎性岩层，钻孔角度应小于30°。此时要适当增加外囊袋与孔口的安全距离，以保证注浆效果。通常情况下安全距离为8米左右。

其次，要控制好内囊袋与煤层之间的安全距离。封孔作业时必须保证内囊袋不出现任何问题，否则会导致封孔作业失败。通常要控制内囊袋与煤层之间的距离要大于2米，以保证钻孔深度不会过浅，以防止岩层缝隙影响封孔质量。随着钻孔直径的增大，瓦斯抽放效率也会得到提升，若钻孔较大，内囊袋的安全距离不宜太长，否则会导致瓦斯的积聚，从而影响抽放效率。为了有效控制内囊袋与煤层的安全距离，保证封孔注浆效果，可以在内囊袋与煤层之间设计使用筛管。

最后，要控制好注浆封孔的长度。注浆是瓦斯抽放封孔作业的关键环节，在实际施工时，需要将内囊与外囊之间的注浆长度控制在6米的距离。虽然这一长度可以适当增加钻孔的合格率，但依然不能完全保证钻孔的成功率。为了减少钻孔失败，施工人员可以适当减少注浆钻孔的长度，可以从6米缩小到4米的范围内。注浆封孔的长度与岩层的硬度有关系，岩层硬度越低时，注浆封孔的长度会随之增加，但最长不得超过10米的距离。

3.2加强对注浆压力的控制

注浆压力的大小会对采煤工作面瓦斯抽放封孔的施工效果产生直接的、实质性的影响。为有效封堵钻孔，避免瓦斯气体的泄漏，在进一步优化瓦斯抽放封孔技术的施工工艺时，可以加强对注浆压力的控制。控制注浆压力通常可以从两个方面入手。

首先，施工人员要确定囊袋的注浆压力。目前的封孔注浆作业都是依靠相应的注浆设备来完成的。在注浆前必须做好注浆设备的检查工作，确保各个设备的状态正常，可以无故障使用。施工人员还要检查注浆管路和连接口的密封性和连接状态，防止注浆过程发生管路爆裂或连接口脱落等问题。在注浆时，施工人员要使用专业的仪表检测注浆压力。检测仪表要保证其质量，检测精度要合格。如果仪表的精度较差，则不能准确的检测和控制注浆压力，从而影响到注浆施工。由于注浆压力通常会选择囊袋压力的80%，所以施工人员要合理地控制囊袋注浆的最大压力，以防止因压力过大而导致囊袋出现问题，从而影响注浆施工。能够有效地控制囊袋注浆压力，对于提高注浆施工的成功率也能起到很大的作用。因此，在抽放作业前，施工人员要对囊袋的抗压能力进行检查，以明确囊袋的抗压能力，然后将其压力值的80%作为此次囊袋注浆的最大压力值。为便于控制注浆压力，施工人员在注浆过程中，可以详细记录注浆的压力值变化，作为控制注浆压力的重要依据。

其次，要明确封孔注浆作业的压力值。在开始进行封孔注浆作业后，再向囊袋内注入浆体约8分钟时，便可进行封孔注浆。封孔注浆作业要综合考虑其注浆质量和注浆效率，为了提升注浆的质量和效率，需要根据封孔长度计算出具体的注浆量，然后根据注浆量设计注浆过程。施工人员要结合实际注浆量，参考囊袋的注浆压力数值，计算封孔处注浆所需压力的最大值。需要注意的是，一些施工人员简单地认为封孔注浆压力越大越好，压力越大越能保证注浆的密实性，越能让封堵材料充实各个缝隙。但在实际作业中，封孔注浆的压力值并不是越大越好。例如，以水泥砂浆作为封孔材料时，由于水泥砂浆具有膨胀性的特点，导致水泥砂浆无法深入填充到岩层缝隙中。因此，当注浆压力过大时，便容易使水泥砂浆出现较大幅度的膨胀，影响到囊袋的使用和封孔注浆作业。封孔注浆压力值通常会选择囊袋注浆压力最大值的25%到50%。以最大压力值为2MPa的囊袋为例，则封孔注浆压力的最大值需要控制在0.5MPa到1MPa之间。封孔注浆的压力值必须得到有效的控制，若压力值过大，则在注浆过程可能会破坏囊袋的完整性，导致囊袋发生浆液泄漏的问题，从而严重影响封孔注浆的正常进行与封堵效果。同时，封装注浆的压力值也不宜过小。过小的封孔注浆压力会影响封孔注浆的饱满性，降低钻孔封堵的严密性，从而容易出现漏气问题。因此，封孔注浆压力值的计算必须参照囊袋注浆最大压力值，确保封孔注浆压力值处在合理的范围内。施工人员在封孔注浆前，需要事先估算注浆量，在封孔注浆结束后，还要对比实际的注浆量和估算量，以判断封孔注浆是否饱满。若发现注浆并未饱满，可以合理地调整封孔注浆压力，以确保注浆的饱满度。

结束语

煤矿开采生产伴随着巨大的危险性，因此保证采煤作业安全和人员安全是煤矿采煤作业的第一目标。为了实现此目标，要重点控制采煤作业中的危险因素，如瓦斯气体。采煤工作面瓦斯抽放封孔技术是防范瓦斯泄露的重要技术之一，使用该技术可以有效避免瓦斯的泄漏。但该技术的实际应用会受到多种因素的影响，而导致施工质量出现较多的问题，影响预防瓦斯泄漏的实际效果。因此，煤矿采煤作业，要重视现有瓦斯抽放封孔技术的工艺缺陷和不足，并在原有技术的基础上间不断优化改进，以进一步提高瓦斯抽放封孔的质量。

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作者简介：杨玉华（1971.05-），男，汉，四川犍为，中专，助理工程师，技师，主要研究方向：煤矿采煤掘进工作。