煤层瓦斯抽采钻孔失效分析及封孔技术优化研究 摘要：瓦斯的开采工作是通过在借助已经安装在煤层中的抽气管道来进行的，这样在开采过程中就能避免人员身处井下的开采空间，从而能大大减少瓦斯开采事故的发生次数瓦斯作为一种绿色能源可以用于发电、取暖、供热和燃烧等，所以瓦斯开采显得尤为重要瓦斯抽采有很多种方式来进行钻孔布置，而在这些方式中顺层钻孔预抽方式是治理煤层瓦斯开采的重要手段基于此，对煤层瓦斯抽采钻孔失效分析及封孔技术优化进行研究，以供参考关键词：煤层瓦斯；钻孔；漏气；封孔材料；抽采效果引言瓦斯抽采是治理瓦斯灾害的重要手段，而井下本煤层钻孔因施工简便、成本较低，已在我国煤矿瓦斯抽采中得到了广泛应用然而，由于煤岩体受钻孔开挖等因素的影响，钻孔围岩裂隙演化发育，致使在抽采本煤层瓦斯时巷道内空气涌入钻孔，导致钻孔瓦斯抽采浓度持续降低1瓦斯开采漏气原理1.1巷道松动圈漏气的原理根据距离巷道由近及远壁面围岩可以依次分为松动圈、塑性ｑ区、弹性区和原岩应力区钻孔的孔口在巷道围岩的各个区域里都分布着封孔口，这一现象会极大地影响封闭钻孔的质量渗透性是其他岩层渗透区的１倍～３倍的完全渗流区也称松动圈，其裂痕呈现出网状结构，在这个区域内巷道里的空气是呈自由流动的状态的。
这一现象具有普遍性1.2极低透气性构造煤瓦斯抽采影响因素随着现代化科学测试技术的发展，国内外研究学者开始考虑温度场、电磁场及地应力场等对煤层内瓦斯流动的影响，对煤层瓦斯渗流过程中的各种物理效应进行了测试和研究，并以此为基础发展形成瓦斯流动多物理场耦合理论，建立了更为科学的瓦斯流动模型，得出了煤体在三轴应力的作用下，煤样渗透性与应力有关，渗透率随应力的增加而呈指数形式减小，瓦斯在煤层中的运移主要受煤层瓦斯压力、煤层透气性系数控制因此，煤层透气性系数是影响瓦斯抽采的重要因素钻孔瓦斯抽采是煤矿井下瓦斯灾害防治的重要举措之一，针对低透气性煤层，国内学者提出了煤层强化增透技术，如水力冲孔、割缝、压裂等，一定程度上减小了瓦斯安全隐患但是透气性极差条件下的全层构造软煤，目前没有成熟的瓦斯抽采技术，几乎是瓦斯抽采的禁区，制约该类煤层瓦斯抽采的主要客观因素为难以成孔和封孔2封孔效果的测试方法2.1通风系统优化（1）工作面通风量加大，由于综采工作面回采速度大幅增加，采空区瓦斯和工作面回风隅角瓦斯浓度超限，只靠工作面以往的正常通风量，无法有效吹散回风隅角积聚瓦斯，工作面通风量加大可以加强工作面主风流和回风隅角瓦斯积聚处的对流效果，同时也会造成采空区负压增加，加速采空区内部瓦斯流动速度，使回风流内瓦斯含量增加，因而会造成回风巷瓦斯超限的安全隐患。
2）安装局部通风机，工作面回风隅角是瓦斯容易积聚的区域，在此处安装局部通风机，增加回风隅角局部风量，能够降低瓦斯浓度，防止瓦斯大量积聚造成超限3）安装抽出式风机，在工作面安装抽出式风机，将风筒口连接至瓦斯容易积聚的区域，抽出式风机能够通过风筒将风筒口处瓦斯抽入风筒，并和风筒内风流稀释，随之排入回风巷2.2优化封孔工艺瓦斯抽采效果分析优化封孔采用简易胶囊充气膨胀，初期不能完全封堵抽采孔，会留有缝隙，负压抽采时，空气会从缝隙中流入，造成浓度偏小，抽采一段时间后，钻孔收缩，简易胶囊封孔的密封性会逐渐变好抽采初期瓦斯浓度降低较快，约1个月后，抽采浓度出现明显反弹，并且持续一定的时间优化封孔方式后，与传统抽采孔相比随着抽采时间延长，抽采负压、抽采浓度、抽采混合量与抽采纯量之间均呈正/余弦曲线变化的趋势，而且具有一定的对应性抽采浓度明显下降，但抽采纯量总体变化不大2.3采空区瓦斯抽采上隅角瓦斯浓度是影响工作面安全生产的重点，采空区瓦斯涌出又是上隅角瓦斯的主要来源，建立高效的采空区瓦斯抽采技术，对工作面上隅角瓦斯浓度控制具有重要意义由于瓦斯密度低，采空区瓦斯会向覆岩裂隙带扩散，裂隙带空间充满后则向工作面上隅角涌出，造成隅角瓦斯浓度超限。
因此，为了提高二氧化碳和瓦斯的抽采效率，抽出高浓度瓦斯，钻孔轨迹应设计合理，钻孔应布置在裂隙带中下部，而不能进入冒落带根据该冒落带发育情况和以往瓦斯抽采经验，钻孔轨迹位于煤层顶板以上5～8倍的采高之间有较好的抽采效果因煤二层工作面距上覆油页岩层间距为26m-36m之间，因此将钻孔布置在煤层顶板向上20-28ｍ区域内，水平投影距17206回风顺槽左帮分别为5m、15m、20m、35m、45m处2.4注浆堵漏风工艺流程堵漏技术分为3个阶段：1）准备阶段首先将一体化专用封孔器插入到本煤层钻孔中，再对钻孔进行水力清洁；接着，根据封孔要求对一体化封孔器进行连接，并对各组件可靠程度进行检查；最后，将一体化专用封孔器插入到煤层钻孔内预定深度，使单式囊袋的外端同矿井巷道的壁面相平行2）一次注浆阶段先采用1∶1.5配比的水泥和水制备水泥浆液，同时在搅拌桶中进行连续搅拌，防止其固化成块；接着，启动气动式注浆泵，将已制备好的水泥浆液经一次注浆管注入封孔器当中当有大量水泥浆液自一次返浆管的孔口倒流出时，立刻停止注浆，并用扎带将一次注浆管扎紧，将钻孔与抽采管路连接，开始抽采瓦斯在抽采瓦斯一段时间后，瓦斯抽采体积分数持续降低，当其降低至16%以下（瓦斯爆炸体积分数为5%～16%），应立刻停止瓦斯抽采。
此时，钻孔围岩的空气泄漏已十分严重，瓦斯抽采效率低下，应立即开始二次堵漏阶段3）二次堵漏阶段因卸压区内钻孔围岩裂隙较为发育，需制备比较稀的浆液，使裂隙得到充分密封首先采用1∶2配比的水泥和水制备新的水泥浆液其次，启动注浆泵，将新制备好的水泥浆液经二次注浆管注入单式囊袋，当观察到囊袋完全膨胀且能够对钻孔壁进行紧密支撑时，立即停止注浆作业，并用扎带将二次注浆管扎紧2.5钻孔变形解决措施除了由于挖掘巷道时上下板压迫煤层导致煤层侧漏气以及在打孔时钻孔附近出现裂缝，而导致漏风这两种漏风原因，导致钻孔瓦斯无效开采外，钻孔的失稳变形也会导致钻孔瓦斯开采的失效关于矿井瓦斯的开采过程方面的问题有两个，分别是动力和阻力，为开采瓦斯提供动力的是瓦斯抽采泵，阻力指的的在开采中不透气的煤岩体和瓦斯对煤体强力吸附等由于开采中存在阻力，这使有限的动力只对一定范围内的瓦斯有作用，这一范围被称为抽采半径在负责抽采的管道口附近，或其他抽取手段抽取，先抽出的都是游离状态的瓦斯，抽采半径内的瓦斯最先被抽出，较远地方的瓦斯在补给过程中受煤体介质的阻力影响会延缓运送实效，因此会造成单位时间内瓦斯含量降低，局部抽采负压升高结束语随着科技的不断发展，煤矿企业的安全保障能力得到大幅提升。
伴随回采速度的加快，对瓦斯管控要求更高，瓦斯治理任务愈加繁重综采工作面生产效率提高造成采空区瓦斯涌出量的增加采空区瓦斯治理通过多巷道布置，加强通风的方式来稀释瓦斯浓度的治理方法效果较差，造成很多安全隐患参考文献[1]李普,张小东,覃木广.消除钻孔瓦斯抽采盲区空白带的布孔方式研究[J].矿业安全与环保,2020,47(06):37-42.[2]申凯,刘延保,巴全斌,张磊,熊伟.煤矿瓦斯抽采钻孔修护技术研究进展[J].矿业安全与环保,2020,47(06):102-106.[3]张玉明.高瓦斯矿井瓦斯防治技术分析[J].内蒙古煤炭经济,2020(22):136-137.[4]吴振芳.突出矿井掘进工作面瓦斯抽采技术研究[J].山东煤炭科技,2020(11):109-111+125.[5]邢王峰.瓦斯抽采钻孔封孔材料改进应用研究[J].山东煤炭科技,2020(10):128-129+132+142. -全文完-。