瓦斯抽采鉆孔孔內二次注漿堵漏技術應用

劉業忠

（山煤國際能源集團股份有限公司，山西 太原 030006）

霍爾辛赫煤業開采3 號煤層。3 號煤層具有瓦斯含量高、透氣性差、較松軟、高衰減等特點，目前通過本煤層鉆孔預抽為主的方式進行瓦斯抽采。然而，在瓦斯抽采過程中，經常出現封孔失效、動力擾動而導致瓦斯抽采鉆孔漏氣、抽采瓦斯濃度較低等問題，在連續采集封孔管底部不同深度位置處瓦斯濃度的基礎上，已判定得出鉆孔具體串孔、漏氣位置（鉆孔封孔段以里4～6 m，即孔深16～20 m 處存在“漏氣區域”）。因此，需進一步通過二次注漿技術手段對瓦斯抽采鉆孔進行堵漏處理，以提升本煤層鉆孔中瓦斯抽采的濃度，進而保證抽采效果。

1 工程概況

1.1 礦井基本情況

霍爾辛赫煤業隸屬于山西焦煤集團，地處山西省長治市長子縣，距離縣城約5 km，交通便利。井田面積71.394 7 km2，礦井產能4.0 Mt/a，屬高瓦斯礦井。3 號煤層具有瓦斯含量高、透氣性差、較松軟、高衰減等特點，煤層瓦斯含量7.95～11.99 m3/t，煤的孔隙率3.38%～3.97%，煤層瓦斯壓力0.42～0.48 MPa，瓦斯放散初速度△P 為13.0～15.1，煤的堅固性系數0.51～1.0，殘存瓦斯含量2.30～2.58 m3/t，煤的破壞類型為Ⅱ～Ⅲ類。

2.1 瓦斯抽采情況

目前，霍爾辛赫煤業礦井瓦斯治理措施以本煤層鉆孔預抽為主，在現場瓦斯抽采過程中，經常出現封孔失效、動力擾動而導致鉆孔漏氣、瓦斯濃度較低等問題。在連續采集封孔管底部不同深度位置處瓦斯濃度的基礎上，分析得出孔內淺孔區瓦斯濃度變化情況，進而精確判定出了鉆孔具體串孔、漏氣位置（鉆孔封孔段以里4～6 m，即孔深16～20 m 處存在“漏氣區域”）。

2 孔內二次注漿堵漏提濃技術

2.1 孔內二次注漿堵漏提濃技術機理

采用專用注漿設備，把漿液直接注進瓦斯鉆孔內封孔段的漏氣通道，注入的漿液可以流入漏氣裂隙內起到充填和凝固的作用，達到封堵孔內漏氣通道的作用。二次注漿封堵后，鉆孔外部空氣若進到孔內時所受阻力會增大甚至無法進到孔內，以降低孔內空氣比重，達到增大瓦斯抽采濃度的效果[1]。

如圖1 所示，把氣囊2 置入瓦斯鉆孔內預定位置處，以使漏氣區域能夠處在兩個氣囊之間，再向氣囊內注入一定量的氣體使其膨脹，氣囊1 能夠起到封堵瓦斯抽采管道端部的作用，氣囊2 可以起到封堵抽采鉆孔的作用。這樣，兩個氣囊之間的煤壁成為封堵區域，再通過注漿管對封堵區域實施帶壓注漿，當漿液充滿封堵區域之后可以涌到鉆孔周邊裂隙漏氣通道內，從而可以封堵孔內漏氣通道，達到提升瓦斯抽采濃度的效果[2]。

2.2 孔內二次注漿堵漏技術流程

（1）關閉與低濃度瓦斯抽采鉆孔相串孔的其他鉆孔

對低濃鉆孔進行孔內二次注漿前，若該鉆孔與其他鉆孔串孔，且已排查清楚具體和哪個鉆孔串孔，則關閉附近與之串孔的抽采鉆孔，防止注漿漿液被相鄰鉆孔抽走。

（2）連接推送注漿裝置

根據漏氣位置測量分析結果，依次連接封孔氣囊（里）→雙通道連接管（默認3 根，特殊情況需要增加封孔深度時可增加1～2 根）→封孔氣囊（外）→雙通道連接管順序依次連接注漿裝置并推入孔內，使得里端氣囊位于鉆孔主要漏氣位置以里區域，外端氣囊位于PVC 封孔管內。若在漏氣位置測量后無需退桿便可進行注漿操作，則省去此步驟[3]。

（3）封孔氣囊打壓封孔

現場施工中先把壓風管與注氣管連接牢固，再開啟二次注漿堵漏裝置的注氣閥門，向兩個氣囊實施注氣作業使其膨脹，在注氣壓力達0.35～0.45 MPa 范圍時，停止注氣作業，并觀察壓力表數值能否處于穩定狀態，如果壓力數值穩定且不漏氣，則可進入下一操作環節；如果壓力數值出現逐步下降，那么表明整個注氣系統具有輕微漏氣情況，要將注氣閥門保持開啟狀態，并通過適時調節注氣閥門，使壓力數值穩定于0.4 MPa 左右；如果壓力數值出現迅速下降，那么表明整個注氣系統具有嚴重漏氣情況，則關閉整個裝置并對其氣密性重新進行檢查后再重復之前操作[4]。

（4）配置注漿液

把注漿泵與壓風管聯系，先將60 kg 清水注入注漿泵中，按照1.2∶1 水灰比來配置注漿漿液，再采用邊攪拌邊逐漸倒入的方式，將50 kg 封孔水泥逐漸加入到注漿泵當中。

（5）封孔注漿

在注漿漿液充分攪勻之后，將試驗裝置的注漿管與注漿泵進行連接，再開啟注漿閥門進行注漿作業，并通過注漿壓力表實時觀察孔內注漿壓力變化情況，若注漿壓力超過0.5 MPa 時，要適當降低注漿速度，并逐步向孔內加壓注漿直至注漿壓力達1 MPa 或者憋泵停注。

（6）卸壓洗孔

當注漿作業完成之后，首先關閉注漿閥門并將壓力保持2 min 后再進行卸壓作業； 此后再開啟試驗裝置孔外氣囊的充氣閥門，并對其進行卸壓作業。完成卸壓后再通過試驗裝置的注漿管向孔內注入清水，整個過程約2 min，以達到稀釋孔內封孔段漿液的目的[5]。

（7）退出注漿裝置

洗孔結束后，清洗注漿泵，并將孔內裝置逐根退出并清洗干凈。

（8）恢復鉆孔抽采

注漿裝置全部退出后，更換孔口彎頭，恢復鉆孔正常并網狀態，并暫不抽采，待24 h 后，恢復二次注漿孔及附近相鄰鉆孔帶抽狀態，抽采穩定后利用光學瓦檢儀檢查鉆孔內的瓦斯濃度變化情況。

3 現場工業應用及效果

2022 年2 月21 日～6 月25 日，對霍爾辛赫煤業3502 進風順槽開展工業應用試驗，試驗鉆孔均為抽采3 個月以上的低濃度鉆孔，封孔管直徑50 mm，封孔深度18 m，并通過觀測單孔瓦斯濃度和抽采純量對二次注漿堵漏提高瓦斯抽采濃效果進行檢驗。二次注漿試驗鉆孔提高瓦斯抽采濃效果如表1 所示。

表1 二次注漿試驗孔瓦斯抽采濃度提高效果

通過表1 可以得出，16 個試驗鉆孔在注漿后鉆孔抽采瓦斯濃度普遍上升，二次注漿前鉆孔平均瓦斯抽采濃度8.68%，二次注漿后鉆孔平均瓦斯抽采濃度33.54%，提高幅度1.5～102 倍，平均提高3.86 倍，其中瓦斯濃度超過40%的有5 個鉆孔，瓦斯濃度超過30%有8 個鉆孔，瓦斯濃度超過10%的有11 個鉆孔。

二次注漿試驗鉆孔提高瓦斯抽采純量提升效果如表2 所示。

表2 二次注漿試驗孔瓦斯抽采純量提升效果

通過表2 可以得出，16 個試驗鉆孔在二次注漿后鉆孔抽采純流量普遍上升，二次注漿前鉆孔平均抽采純量0.009 5 m3/min，二次注漿后鉆孔平均抽采純量0.038 8 m3/min，提高幅度1.3～26.8 倍，平均提高4.08 倍，其中抽采純流量提升超過10 倍的有4 個鉆孔，抽采純流量超過2 倍的有11 個鉆孔。

4 結語

4.1 應用技術效果

根據霍爾辛赫煤業現場工業性試驗，瓦斯抽采鉆孔孔內二次注漿適用于煤礦井下瓦斯抽采鉆孔因漏氣而出現抽采瓦斯濃度降低的鉆孔進行二次封堵注漿處理，要求鉆孔封孔管內徑不小于50mm，鉆孔直徑不大于130 mm，并且孔內無護孔篩管，孔內0～22 m 范圍內無堵塞情況。

4.2 經濟社會效益

（1）通過鉆孔二次注漿堵漏，提高了瓦斯抽采負壓、濃度和流量，節約了鉆孔施工費用。單個鉆孔二次注漿成本500 元，其中設備損耗費200 元、材料費100 元、人工費200 元，按照單個鉆孔施工及封連孔1 萬元成本費用計算，修復單個鉆孔相當于節約9 500 元的直接成本。

（2）技術上，不僅延長了抽采鉆孔服務周期，縮短了工作面抽采達標時間，有利于抽、掘、采銜接平衡，也提高了單孔瓦斯抽采濃度和流量，為高濃度瓦斯綜合利用提供了充足的氣源保證。