大直径瓦斯抽采钻孔非凝固膏体材料封孔技术及设备研究

唐卫东¹，李晓伟²，周冬³

1. 山东省三河口矿业有限责任公司2. 中国矿业大学安全工程学院3. 江苏徐州新沂市公安局经济开发区派出所

摘 要：针对大直径瓦斯抽采钻孔密封方法采用固体材料封孔初期密封效果好,但随着时间推移,存在封孔变形破坏后的钻孔抽采瓦斯浓度急速衰减的问题,提出了一种大直径瓦斯抽采钻孔非凝固膏体材料封孔技术。该技术利用膨胀水泥与非凝固膏体材料配合形成多段"固、液、固"结构,利用膨胀水泥材料形成三段固体封孔段,然后在不同抽采时间段在固体封孔段中注入非凝固膏体材料,实现了钻孔抽采全过程的有效密封及抽采不同时间段的二次、多次封孔。基于大直径钻孔孔周裂隙半径的理论分析结果,对最佳注浆压力和黏度的关系进行了数值模拟,研究了非凝固膏体材料封孔的相关技术参数,得到最佳注浆压力为1.2 MPa,最佳黏度为0.001～0.03Pa·s。根据研究得到的注浆压力和黏度研制了一种封孔设备,设备利用"固、液、固"技术原理形成多段封孔结构,实现了固封液、液封气的抽采封孔模式。现场工业试验结果表明,大直径瓦斯抽采钻孔非凝固膏体材料封孔技术利用膏体材料具有随钻孔时空变化的特征,能有效解决固体材料封孔因钻孔变形而形成新裂隙,造成封孔失败、抽放浓度衰减过快的难题,且二次补浆后抽采体积分数能提升10%左右,有效提高了瓦斯抽采率。

关键词：瓦斯抽采;大直径钻孔;非凝固膏体材料;封孔;抽采浓度;注浆压力;黏度;