天固封孔材料试验效果分析报告

天固封孔材料试验效果分析报告-1-国投新集能源股份有限公司地勘公司GUOTOUXINJINENGYUANGUFENYOUXIANGONGSIDIKANGONGSI天固封孔材料试验效果分析报告二○一三年十月天固封孔材料试验效果分析报告-2-天固封孔材料试验效果分析报告为进一步提高钻孔瓦斯抽采效果，执行公司技术经济一体化的企业管理理念。针对天固封孔材料全程封孔，天固封孔袋配合水泥浆封孔，聚胺酯全程封孔，聚胺酯配合水泥浆等四种封孔工艺，分别在新集一矿、新集二矿、口孜东矿、刘庄矿进行了试验。从试验煤层瓦斯基础参数、瓦斯浓度及其衰减程度等进行对比，并收集四种封孔方法所用封材料的量，计算其单孔的封孔成本，对比分析确定封孔效果较好、封孔成本较低的封孔工艺。1封孔工艺流程1.1天固封孔材料全程封孔试连接一根24m的Φ63mmPE封孔管进行探孔，然后取出分为两至多段，将下入孔内里端的一段从最里端后退1m扎上2组天固封孔袋，快速插入孔内并连接另一段封孔管，将封孔管下置到位。孔口下入一根4m的4分注浆管，外露管头接一根0.3m的6分软管，在大管上部紧靠封孔管送入孔内，孔口0.5m段用天固封孔袋封堵，也可用编织袋包裹桶装天固封堵，用ZBQS-10/4矿用气动双液注浆泵注天固封孔材料AB组分，注浆结束后将6分软管扎紧，及时退出注浆泵并清洗。1.2天固封孔材料配合水泥浆封孔试连接一根24m的Φ63mmPE封孔管进行探孔，然后取出分为两至多段，将下入孔内里端的一段从最里端后退1m扎上2组天固封孔袋，快速插入孔内并连接另一段封孔管，将封孔管下置到位。孔口下入一根注浆管（4m的4分管，在大管下部）和一根返浆管（4m的4分管，外露管头接一根0.3m的6分软管，在大管上部）紧靠封孔管送入孔内，孔口0.5m段用2组天固封孔袋封堵，也可用编织袋包裹桶装天固封堵，且用水泥团抹平封实。注浆泵联接注浆管注浆，待水泥浆液从返浆管顶部的6分软管返浆后，用8#铁丝将返浆管软管扎实（确保不漏浆液），退出注天固封孔材料试验效果分析报告-3-浆泵。1.3聚胺酯全程封孔试连接一根24m的Φ63mmPE封孔管进行探孔，然后取出分为两至多段，将下入孔内里端的一段从最里端后退1m裹上麻袋（或编织袋），麻袋两头用铁丝扎紧并倒入聚氨酯进行封堵（3组），快速插入孔内并连接另一段封孔管，将封孔管下置到位（里端封孔时要多加些编织袋或麻袋、棉纱一类的，防止水泥浆进入孔底封实钻孔）。孔口下入一根注浆管（4m的4分管，在大管下部）紧靠封孔管送入孔内，使用压风将聚氨酯AB药各一桶打入孔内（下斜孔可将AB药混合后灌入孔内），孔口0.5m段用聚氨酯封堵（3组），且用水泥团抹平封实。1.4聚氨酯封孔材料配合水泥浆封孔注浆前，试连接一根22m的Φ63mmPE封孔管进行探孔，然后取出分为两至多段，将下入孔内里端的一段从最里端后退1m裹上麻袋（或编织袋），麻袋两头用铁丝扎紧并倒入聚氨酯进行封堵（3组），快速插入孔内并连接另一段封孔管，将封孔管下置到位（里端封孔时要多加些编织袋或麻袋、棉纱一类的，防止水泥浆进入孔底封实钻孔）。孔口下入一根注浆管（4m的4分管，在大管下部）和一根返浆管（4m的4分管，外露管头接一根0.3m的6分软管，在大管上部）紧靠封孔管送入孔内，孔口0.5m段用聚氨酯封堵（3组），且用水泥团抹平封实。注浆泵联接注浆管注浆，待水泥浆液从返浆管顶部的6分软管返浆后，用8#铁丝将返浆管软管扎实（确保不漏浆液），退出注浆泵。2封孔材料及设备2.1封孔材料性能简介通过桶装天固、天固封孔袋、桶装聚氨酯（慢性）、袋装聚氨酯（快速）四类泡沫封孔材料分别在新集一矿、新集二矿检修车间进行地面试验，通过试验观测及计算得出实验结果如下：天固封孔材料试验效果分析报告-4-1、试验环境：温度T=32℃，气压P=100.65Kpa2、试验结果表2.1封孔材料性能试验结果实验项目桶装天固天固封孔袋桶装聚氨酯袋装聚氨酯反应开始时间30″2′30″2′30″1′30″反应成型时间2′50″4′30″8′30″5′30″反应固化时间7′30″8′00″14′20″8′30″膨胀系数18.37.210.311.9孔隙大小0.5～1.0mm1.0～1.5mm1.0～1.5mm1.5～2.0mm透气性≥1MPa透气≥20KPa透气≥1MPa透气≥1MPa透气透水性(常压)不透不透透透粘结性(铁管)一般一般一般一般2.2天固封孔材料简介天固封孔材料是中煤科工集团重庆研究院针对井下瓦斯抽采浓度不高而专门研发的一种改性聚脲酸酯泡沫材料。由两种组分构成，封孔时两种组分以1：1的体积比均匀混合，通过ZBQS-10/4矿用气动双液注浆泵注入到煤矿瓦斯钻孔的指定深度，现场反应固化，能够很好的起到瓦斯钻孔密封的作用。2.3ZBQS-10/4矿用气动双液注浆泵简介ZBQS-10/4矿用气动双液注浆泵（以下简称注浆泵），主要配套天固封孔材料用于井下瓦斯抽放钻孔封孔。注浆泵采用压缩空气作为主要动力，使用方便、安全可靠。注浆泵与天固封孔材料配合使用，可以确保瓦斯钻孔的密封性、实现瓦斯封孔操作和封孔质量的可重复性。3新集一矿试验情况3.1试验地点131305风巷19钻场3.2试验地点瓦斯地质概况1、13煤层赋存基本情况：黑色，块状、条带状，内生裂隙发育，天固封孔材料试验效果分析报告-5-半亮型煤为主，结构比较复杂，大部分含2～3层夹矸，靠近上部夹矸发育1～2层不稳定，厚约0～0.7m，平均厚度约0.26m；下部夹矸比较稳定，岩性为黑色的泥岩或碳质泥岩，是13-1煤层与13-1下煤层的分层夹矸，约0.26～0.65m，平均厚度约0.60m；13-1煤厚度较为稳定，全煤厚2.78～6.89m，平均厚度为5.40m，平均纯煤厚度5.12m；13-1下厚度不稳定，纯煤厚0.50～2.29m，平均厚度1.28m。2、13煤层瓦斯参数：根据《新集一矿131305工作面抽采达标评价报告》，工作面原始瓦斯含量11.02m3/t，原始瓦斯压力为1.7MPa（绝对压力）；2009年～2011年，先后采用地面钻井及井下穿层孔联合治理的方法，瓦斯治理取得了较好的效果。现131305工作面残余瓦斯压力0.3Mpa，残余含量2.06～4.37m3/t，在机巷进料联巷施工钻孔期间，均无顶钻、喷孔等瓦斯动力现象。预计工作面回采期间相对瓦斯涌出量为2.06～4.37m3/t，绝对瓦斯涌出量8.58～18.2m3/min；13煤坚固性系数f=0.64～0.97，透气性系数λ=0.0364m2/MPa2·d。3、131305工作面瓦斯涌出的主要来源：本煤层煤体含有的瓦斯、下伏老塘及邻近层煤体涌出的瓦斯。3.3试验结果由于该实验开始时间较迟（8月5日开始），注浆泵易堵，所实验钻孔数量较少，仅做了6个孔（孔号为7、10、11、26、29、33）时，该面的顺层钻孔就全部施工完毕了。1、各钻孔瓦斯浓度综合对比，如图3.1。2、各钻孔最大浓度对比，如图3.2。3、各钻孔瓦斯浓度衰减率对比，如图3.3。天固封孔材料试验效果分析报告-6-各孔瓦斯浓度变化综合对比图0510152025308.9夜8.12中8.14夜8.18夜8.18早8.18中8.20中8.23中8.27早8.30早8.31早9.1早9.7夜9.11夜时间瓦斯浓度1#1#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#14#15#16#17#18#19#20#21#22#23#24#25#26#27#28#29#30#31#32#33#34#35#图3.1各孔瓦斯浓度变化综合对比图各孔最大浓度对比图0510152025301357911131517192123252729313335孔号瓦斯浓度最大浓度图3.2各孔最大浓度对比图各孔瓦斯浓度衰减率对比图00.20.40.60.811357911131517192123252729313335孔号衰减率衰减率图3.3各孔瓦斯浓度衰减率对比图天固封孔材料试验效果分析报告-7-3.4结果分析1、使用天固材料封孔的初始浓度比未使用的高了1.78倍；2、使用天固材料封孔的瓦斯浓度均无衰减，目前仍在增长之中；3、到目前为止，使用天固材料封孔的瓦斯浓度仍在增长的占到100%，而其他的占到75.86%。4新集二矿试验情况4.1试验地点210106风巷7#钻场4.2试验地点瓦斯地质概况210106工作面内1煤、1上煤总体为倾向NNE的单斜构造，倾向一般为10～54，°一般煤层倾角在7～11°之间，平均倾角9°左右，局部受地质构造影响倾角变化较大。由于受古沉积环境影响，1煤组局部受冲刷较为严重，造成1上煤缺失，1煤变薄。预计1上煤风巷尖灭范围；从2101运煤上山拨门施工至180m左右；机巷尖灭范围：从2101运煤上山拨门施工至337m的位置和从457m位置施工至675m的位置。在1上煤尖灭及出现地段顶板岩性变化大，煤层倾角、厚度变化较大，裂隙较发育且构造较多。（1）1煤：黑色、碎块状～粒状为主，块状次之，内生裂隙较发育，局部裂隙充填黄铁矿膜，弱玻璃光泽，以亮煤为主、暗煤次之，少量镜煤，属半亮型煤。工作面内1煤层厚度基本稳定，厚度0.1～5.0m，平均3.5m，局部可能尖灭，尖灭及发育段煤层产状变化较大。上距1上煤0～2.2m，平均1.1m左右。煤层坚固性系数f=0.78～1.43，局部较小。一般煤层倾角在7～14°，平均9°，局部受地质构造和冲刷影响倾角大于20°。天固封孔材料试验效果分析报告-8-（2）1上煤：黑色、块状～片状，内生裂隙较发育，局部裂隙充填黄铁矿膜，弱玻璃光泽，以亮煤为主、暗煤次之，少量镜煤，属半亮型煤。1上煤厚度0～4.8m，平均3.1m。煤层结构较简单，受冲刷影响，1上煤局部尖灭，煤层厚度变化较大。上距4-2煤76.30～96.20m，平均85.2m。煤层坚固性系数f=0.78～1.43。一般煤层倾角在7～14°，平均9°，局部受地质构造和冲刷影响倾角变化较大。210106工作面最大煤层原始瓦斯含量为4.9m3/t。4.3试验结果1、210106风巷7#钻场各钻孔瓦斯抽采浓度统计，如表4.1。2、210106风巷7#钻场各钻孔瓦斯抽采浓度曲线，如图4.1。4.4结果分析通过抽排区提供的钻孔瓦斯浓度数据，并形成曲线分析，此三种封孔方法抽采浓度无明显区别。瓦斯浓度最高的为2#孔（8月17日中班封孔，8月20日早27.2%，9月6日中15.6%）；其次是22#孔（8月29日中班封孔，8月30日中25.4%,9月6日中21.1%）；再次是1#孔，水泥封孔，浓度最高为24.2%。三种封孔方法都存在浓度非常低的钻孔。总体看水泥浆封孔效果最好，天固袋分段封孔次之。天固封孔材料试验效果分析报告-9-表4.1210106风巷7#钻场各钻孔瓦斯抽采浓度统计表孔号0816夜0817夜0818夜0819中0820早0821中0826夜0828夜0829早0830中0902早0904夜0906中封孔10002423.613.613.6121212.411.21211.2C200252527.22121.419.619.419.217.218.615.4C30000011.81211.21212.611.61212.6B403.611.411161312.8109.69.47.2107.8A50000020.420.418.416.615.217.81516.2A60128.27.85.63.23.25.256.45.66.25.4A7000002.62.62222.221.8C89.810.810.41211.25.25.24.64.54.64.84.85.2A90000005.6555.25.656C1012.66.86.86.28.46.66.68.28.18.48.28.27.2A11000001.22123.62221.6202018.4C1214.876.463.82.61.21.81.61.41.21.61.2C1300000019.217.41716.217.81615.6C14510.69.810