煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术优化研究

引言：煤矿瓦斯事故严重威胁安全生产，瓦斯抽采是有效防治手段，而钻孔封孔质量直接影响抽采效果。当前封孔技术存在密封不严等问题，为提高瓦斯抽采效率、保障煤矿安全，开展煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术优化研究十分必要。

1.现有封孔技术问题分析

1.1 封孔材料性能不足

现有煤矿瓦斯抽采钻孔封孔材料在性能上存在明显短板，难以满足长期高效封孔需求。传统水泥基封孔材料凝结后易出现收缩裂缝，钻孔周边岩层受力变形时，材料无法同步适应变形，裂缝会逐渐扩大，形成瓦斯泄漏通道，导致封孔密封性大幅下降，影响瓦斯抽采浓度。部分高分子封孔材料虽初始密封性较好，但耐老化性能差，长期处于井下潮湿、高温及化学腐蚀环境中，材料易发生降解、硬化或软化，力学性能与密封性能快速衰减，通常使用一段时间后就需重新封孔。此外，现有封孔材料与钻孔孔壁的粘结强度不足，尤其是在岩层裂隙发育的钻孔中，材料无法与孔壁紧密结合，易出现界面缝隙，瓦斯可通过界面缝隙绕过封孔段泄漏，降低抽采效率。这些性能不足导致封孔寿命短、维护成本高，制约了煤矿瓦斯抽采工作的持续开展。

1.2 封孔工艺存在缺陷

现有封孔工艺的不合理设计与操作，进一步加剧了封孔质量问题。传统封孔工艺多采用“单段注浆”方式，仅在钻孔某一段注入封孔材料，无法完全填充钻孔与套管之间的环形空间，尤其是钻孔深度较大或孔壁不规整时，易出现材料填充不饱满、空洞现象，形成瓦斯泄漏通道。部分工艺在套管安装时缺乏精准定位，套管偏心或倾斜，导致封孔材料在环形空间分布不均，局部厚度不足，无法有效阻挡瓦斯泄漏。封孔作业过程中，对钻孔预处理不到位也是常见缺陷，钻孔施工后未彻底清理孔内岩屑、积水，封孔材料与孔壁之间存在杂质隔离，降低粘结强度；同时，注浆压力控制不当，压力过高易导致孔壁坍塌，压力过低则材料无法充分渗透至岩层裂隙，无法实现深度密封。这些工艺缺陷使得封孔质量难以保证，即使使用性能较好的材料，也无法发挥最佳封孔效果。

2.封孔技术优化措施

2.1 新型封孔材料研发

针对现有材料性能不足，新型封孔材料研发聚焦高密封性、高适应性与长效稳定性。研发的复合改性水泥基材料，通过掺入高分子聚合物与膨胀剂，有效抑制水泥凝结收缩，材料硬化后体积微膨胀，紧密填充钻孔空间，同时提升材料韧性，可随岩层轻微变形而不产生裂缝，大幅增强密封性与抗裂性能。开发的耐老化高分子复合材料，选用耐酸碱、耐高温的基体树脂，搭配增强纤维与抗老化添加剂，材料在井下恶劣环境中可长期保持稳定的力学性能与密封性能，使用寿命显著延长。此外，新型材料注重提升与孔壁的粘结性能，通过添加界面粘结剂，增强材料与岩石、套管的粘结强度，即使在裂隙发育的钻孔中，也能形成紧密的界面结合，阻断瓦斯界面泄漏通道。新型材料还具备良好的施工性能，流动性适中，便于注浆操作，可适应不同孔径、深度的钻孔封孔需求。

2.2 封孔工艺改进

封孔工艺改进围绕全空间密封、精准控制与标准化操作展开，提升封孔质量稳定性。创新采用“分段注浆+裂隙充填”复合工艺，先在钻孔内安装多段式套管，通过专用注浆设备分阶段向套管与孔壁之间的环形空间注入封孔材料，确保材料填充饱满无空洞；同时，通过高压注浆将材料压入钻孔周边岩层裂隙，实现裂隙深度密封，阻断瓦斯通过岩层裂隙的泄漏路径。在套管安装环节，引入激光定位技术，实时监测套管安装位置与垂直度，确保套管居中安装，保证封孔材料在环形空间均匀分布，避免局部厚度不足。改进钻孔预处理工艺，施工后采用高压气流清理孔内岩屑，再用专用清洗剂冲洗孔壁，去除杂质与油污，提升材料与孔壁的粘结效果；同时，通过智能注浆系统精准控制注浆压力与流量，根据钻孔岩层特性自动调整参数，避免压力不当导致的孔壁坍塌或材料渗透不足问题。此外，制定标准化封孔作业流程，明确各环节操作规范与质量验收标准，确保不同施工人员操作一致性，提升工艺实施效果。

3.优化效果评估

3.1 封孔质量检测

通过多维度检测手段评估优化后封孔技术的封孔质量，结果显示封孔密封性与稳定性显著提升。采用瓦斯泄漏检测仪器对封孔段进行泄漏测试，优化后的封孔段在额定抽采负压下，瓦斯泄漏量远低于传统封孔技术，且长期监测显示泄漏量无明显上升趋势，证明新型材料与工艺能有效阻断瓦斯泄漏通道。通过钻孔成像技术观察封孔材料填充情况，优化工艺封孔的钻孔环形空间无空洞、缝隙，材料与孔壁、套管紧密结合，岩层裂隙内也可见封孔材料填充痕迹，填充饱满度大幅提升。对封孔材料进行现场取样检测，新型材料在井下使用一段时间后，力学性能与密封性能衰减幅度小，仍能满足封孔要求，封孔寿命显著延长。此外，通过监测钻孔周边岩层变形对封孔质量的影响，发现新型材料可随岩层轻微变形而不产生裂缝，封孔结构稳定性强，进一步验证了优化技术的封孔质量优势。

3.2 瓦斯抽采效率提升

优化封孔技术的应用直接推动煤矿瓦斯抽采效率大幅提升，为煤矿安全生产提供有力支撑。在相同抽采条件下，采用优化技术封孔的钻孔，瓦斯抽采浓度显著高于传统封孔钻孔，抽采初期浓度提升明显，且浓度衰减速度慢，高浓度抽采持续时间延长，有效增加了瓦斯抽采量。抽采负压稳定性也得到改善，优化封孔技术减少了瓦斯泄漏，抽采系统负压能稳定维持在设计范围，避免因泄漏导致的负压波动，确保抽采系统高效运行。对于高瓦斯矿井，优化封孔技术可缩短瓦斯抽采达标时间，原本需较长时间抽采才能使煤层瓦斯含量降至安全范围的区域，采用优化技术后达标时间缩短，加快了采掘工作面推进速度，缓解了矿井生产接续紧张问题。同时，抽采效率提升减少了井下瓦斯涌出量，降低了瓦斯爆炸、窒息等安全事故风险，为煤矿安全生产创造了良好条件。

3.3 经济效益分析

从经济效益角度评估，优化封孔技术的应用实现了煤矿瓦斯抽采成本降低与综合收益提升。在直接成本方面，优化封孔技术虽新型材料采购成本略高于传统材料，但封孔寿命延长，减少了重复封孔次数与维护费用，长期来看单孔封孔总成本显著降低；同时，抽采效率提升加快了瓦斯抽采进度，减少了抽采设备无效运行时间，降低了设备能耗与折旧成本。在间接收益方面，抽采效率提升增加了瓦斯抽采量，煤矿可将抽采的瓦斯用于发电、供暖或对外销售，创造额外经济收益；达标时间缩短加快了采掘进度，提升了煤矿原煤产量，增加了主营业务收入。

结束语：煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术优化研究成果显著，有效解决了现有封孔技术的不足。通过采用新型材料与改进工艺，提高了封孔质量和瓦斯抽采效率。后续应持续改进与完善，进一步推动煤矿瓦斯抽采技术发展，保障煤矿安全生产。

参考文献：

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