首山一矿底板穿层抽采钻孔封孔技术研究

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穿层钻孔采用“两堵一注”水泥浆带压注浆封孔技术进行密封,因钻孔岩变形、顶板岩性、层间距、巷道断面以及支护锚索钻孔等因素的影响,存在不易封孔、封孔段易被破坏等问题,进而形成漏气通道,降低瓦斯抽采效果。本文主要通过对穿层钻孔围岩变形进行观测及分析其影响抽采钻孔封孔效果,阐述漏气通道形成的原因,提出底板穿层抽采钻孔动态自适应封孔技术,通过“三堵两注”固液两相封孔技术和可伸缩抽采管的配合使用,确保在抽采过程中钻孔围岩、抽采管和封孔段的完整性和密封性,达到增强封孔效果,隔断漏气通道,提高抽采效率的目的。主要研究成果如下:(1)观测穿层钻孔围岩变形,并分析其对封孔效果造成的影响。采用横管式顶板离层仪和研制的钻孔孔径变形检测装置,对顶板离层变形及抽采钻孔孔径变形进行观测结果表明,由于巷道开挖、钻孔施工、地质条件等因素的影响,钻孔围岩发生了拉伸变形、挤压或错位变形,进而对穿层钻孔封孔效果的影响。(1)封孔前后,钻孔围岩中裂隙发育,难以进行有效封堵;(2)破坏封孔后的封孔材料和抽采管的完整性和密封性。(2)穿层钻孔围岩变形通过影响封孔效果,使钻孔产生漏气通道,阐述漏气通道4种存在形式及其检测判定方法。(3)针对钻孔围岩动态变形对穿层钻孔封孔效果的影响,提出了穿层钻孔动态自适应封孔技术。通过“三堵两注”固液两相封孔和可伸缩抽采管的配合使用,适应围岩离层变形、钻孔孔径收缩变形等对抽采钻孔的拉伸、错断、挤压等变形破坏,及时封堵修复固相封孔段钻孔周围巷道围岩形成的动态裂隙,阻隔钻孔漏气通道,保证封孔段和抽采管的完好密封性,确保穿层钻孔的高效抽采。(4)验证了穿层钻孔动态自适应封孔技术的可靠性。穿层钻孔动态自适应封孔技术与“两堵一注”封孔技术现场工业对比试验表明,(1)随着抽采时间的延长,围岩离层变形和孔径收缩变形对漏气通道发育的影响逐渐加剧,对比钻孔的主要漏气通道为抽采管和封孔段漏气,试验钻孔对抽采管和封孔段漏气通道进行动态自适应持续封堵修复,有效减少了抽采管和封孔段漏气,提高了钻孔瓦斯抽采浓度,延长了钻孔有效抽采时间;(2)试验钻孔的平均瓦斯抽采纯流量约是对比钻孔的2倍。封孔200天后,试验钻孔平均瓦斯浓度提高了74.28%。
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