赛瑞封孔剂与注浆泵组合封孔工艺在宣东矿的应用

　　杨昆?赵晓荣?苗海生
　　摘 要：针对冀中能源张矿集团宣东矿瓦斯抽采封孔质量差、抽采瓦斯浓度偏低的问题，引进了赛瑞新型封孔剂和配套矿用手动注浆泵组合封孔工艺。通过在III3209轨巷试验，结果表明：赛瑞封孔剂和配套矿用手动注浆泵联合使用的封孔工艺比原封孔工艺平均瓦斯抽采浓度提高了近40%，单孔平均多抽瓦斯量约为1036.8 m3。
　　关键词：封孔；赛瑞封孔剂；注浆泵；试验
　　一、概述
　　瓦斯治理是煤矿安全生产工作过程中的重中之重，做好煤矿瓦斯治理工作、保护矿工生命安全的重要举措。在煤矿生产过程中常常会出现由于抽采钻孔封堵不严造成漏气，使得抽出瓦斯浓度偏低，煤体中大量的瓦斯不能被抽出，采掘过程中经常出现瓦斯超限的情况，从而影响煤矿的安全生产。＂一通三防＂的关键是防突，防突的关键是抽采，而抽采的关键还在于钻孔的封孔质量，只有保证封孔质量才能有效地将煤层内的瓦斯抽出来，才能消除突出事故发生。
　　冀中能源张矿集团宣东矿位于河北省张家口宣化区境内，矿井于1997年6月开工建设，2001年11月正式建成投产，设计生产能力120万吨/年，井田面积26km2，是公司的主力生产矿井之一。自1999年矿井进入采区煤层巷道掘进施工后，煤巷掘进工作面经常出瓦斯超限现象。2001年8月矿井瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井，2009年该矿瓦斯等级鉴定为煤与瓦斯突出矿井。
　　宣东矿目前Ⅲ3煤层瓦斯含量高，瓦斯涌出较大，严重威胁矿井采掘安全。该矿瓦斯抽采钻孔采用在抽放管路上缠棉布，将聚氨酯类化学封孔材料涂抹或浇淋于棉布上的封孔方法，此种方法短期看效果较好，但随着时间的推移，抽采效率显著降低，难以满足现阶段采掘抽采要求，迫切需要改进封孔材料及封孔工艺。
　　二、封孔工艺
　　1、赛瑞封孔剂
　　本产品是由中国矿业大学针对矿井煤层瓦斯抽放研发的高分子聚合材料，在聚酯材料中加入微膨胀颗粒，增大材料膨胀性与渗透性，更加适宜封堵微裂隙。产品主要用于密封瓦斯抽放钻孔，提高矿井瓦斯抽放效果。以1：1的体积比混合使用，根据现场工作需要可提供不同发泡倍数及聚合时间的产品。此封孔剂具有膨胀性大、可塑性和抗压、抗剪能力强、粘结力和气密性好等优点。该材料根据煤矿现场对起泡时间、发泡倍数等参数需求分为三种类型。
　　2、封孔设备
　　针对钻孔封孔深度大、赛瑞起泡的特性以及井下对机械设备轻便、灵巧、安全、实用的要求，封孔时采用中国矿业大学开发出一种高质量注浆的矿用手动注浆泵——KSZB160-2多功能双料注浆泵。
　　注浆泵无需用电，气驱动，工作时不产生噪声。它适用于化学材料注浆工作，能准确高效地完成注浆工作，注浆泵重量轻，操作简单，运输方便，封孔质量高，效果显著，成本相对低廉，是技术先进、性能安全的用于煤矿瓦斯钻孔注浆设备。该设备包括吸料装置，泵体、出料装置和混合装置，动力来源于人力，吸料装置包括吸料管、弯管；泵体包括泵、拉杆、泵架、连杆以及摇杆；出料装置包括出料管、直通接头；混合装置包括枪头和外接管。
　　3、具体封孔工艺
　　（1）在抽采管前端约1.5～2m处开始往外缠麻袋片（或棉纱、布料等），缠绕长度约为0.2～0.5m，并用铁丝扎紧。
　　（2）在麻袋片或棉纱上均匀涂上1：1比例的赛瑞封孔黑料和白料，然后依次连接抽采管，并迅速塞入孔内。
　　（3）在抽采管末端安装上阀门，然后把管径为4分的注浆铁管插入孔中，用蘸有黑料和白料的赛瑞封孔材料的棉纱封堵住孔口。
　　（4）安装好KSZB160-2型矿用手动注浆泵，注浆泵使用参照KSZB160-2型矿用手动注浆泵说明书。
　　（5）在手动注浆泵的两个料杯内加入黑白料（赛瑞封孔剂），开始压泵，待两个出料管都出料后，再接上枪头，并将枪头通过四分阀门接到注浆铁管上。
　　（6）随后使用手动注浆泵向钻孔内形成的封闭空间中注入一定量的赛瑞封孔材料，根据宣东矿的封孔深度计算得出黑白料各3L。
　　（7）完成注浆后，从注浆铁管上卸下枪头，并关闭注浆铁管末端的阀门。
　　（8）把进料管插入到混有少量清洗剂的清水中，冲洗设备及枪头，再用清水冲洗一次。
　　（9）卸下进料管和出料管及枪头，并将设备擦拭干净。
　　新型封孔工艺在增加封孔密实性的同时又增长了封孔长度，可有效封堵钻孔裂隙带，杜绝漏气的可能，可提高钻孔瓦斯的抽采浓度，延长瓦斯抽采期。
　　三、应用效果及效益
　　1、应用效果
　　经过现场实际考察并与矿方协商后，决定选取正在掘进的III3209轨巷作为本次试验地点。
　　在III3209轨巷同一钻场相邻钻孔或该巷道相邻钻场分别使用原封孔材料封孔及赛瑞封孔剂注浆泵组合封孔，接入抽采管路后在相同抽采条件下测定两种封孔材料封孔后的瓦斯浓度。赛瑞注浆泵组合封孔工艺比原封孔工艺瓦斯抽采浓度平均提高了近40%，且延长了瓦斯有效抽放期，充分反映了赛瑞封孔剂及带压注浆封孔工艺的优越性。
　　2、应用效益
　　赛瑞封孔剂具有抗压强度大、柔韧性好、煤孔壁粘合性优等特点，使用其和珠江本的组合封孔后钻孔抽放周期、抽放浓度等与原封孔方式相比均取得了较大的改善。综合对比得出：高抽放浓度维持周期长，一次封孔后一般可达2个月，单孔平均多抽瓦斯量约为1036.8 m3（按抽2个月算），以0.5元/m3计算瓦斯收益，则单孔创造利润为518.4元。赛瑞封孔剂和注浆泵组合封孔工艺的成功使用对宣东矿的瓦斯治理提供了有力的保障，良好的钻孔抽采效果使大量瓦斯提前被抽出，有效降低了采掘过程中煤与瓦斯突出的可能性，赛瑞封孔剂和注浆泵的应用不仅为宣东矿创造了巨大的经济效益，同时也取得了显著的社会效益。
　　四、结论
　　（1）赛瑞封孔剂和注浆泵组合封孔工艺封孔长度可以达到8米以上，增加了封孔深度和长度，有效避开巷道松动圈，比原封孔工艺瓦斯抽采浓度平均提高了近40%，且延长了瓦斯有效抽放期，充分反映了赛瑞封孔剂及带压注浆封孔工艺的优越性。
　　（2）赛瑞封孔剂和注浆泵组合封孔工艺高抽采浓度维持周期长，一次封孔后一般可达2个月，单孔平均多抽瓦斯量约为1036.8 m3（按抽2个月算），以0.5元/m3计算瓦斯收益，则单孔创造利润为518.4元。