1優化穿層鉆孔封孔長度參數的理論依據

1．1底板巖層巖性

2713工作面直接底為泥巖，呈黑色塊狀，性脆、易碎，厚度約為1．3m。基本底為砂質泥巖和細砂巖，呈深灰色，泥質膠結，整體結構較為穩定，厚度為16～45m，平均厚度為32．7m。2713工作面底板瓦斯抽放巷設計層位位于二2煤層底板下10～15m巖層內，即位于砂質泥巖和細砂巖巖層中。

1．2鉆爆法施工的巷道巖石松動圈影響范圍

2713工作面底板抽放巷與所解放煤巷空間關系為內錯布置，掘進方式為鉆爆法施工，支護方式為錨網噴支護。大量的現場觀測數據表明，在采礦和深部地下工程中，圍巖松動圈普遍存在，小的為20～30cm，大的超過300cm，在較穩定圍巖中開掘的一般巷道中，巷道巖石松動圈范圍一般為100～200cm。由于2713工作面底板抽放巷底板巖層較為穩定，從理論上講，在2713工作面底板10～15m的巖層中，由于其原生裂隙及巷道施工對圍巖產生的松動圈裂隙對底抽巷穿層鉆孔封孔的嚴密性影響范圍是有限的，一味增加封孔段長度取得的密封效果與封孔成本的增加相比，得不償失，因此有必要進行封孔長度的研究與試驗，按相關瓦斯抽采技術標準，確定車集煤礦穿層抽放鉆孔合理的封孔技術參數。

2封孔效果對比試驗方案

（1）試驗區域。在2713底抽巷選定一段煤層瓦斯條件較為穩定的區域，對于見煤深度大于20m的鉆孔，分別使用13mPE管和20mPE管進行交叉封孔，之后對2種不同封孔長度的鉆孔封孔效果進行持續觀測和跟蹤，觀測指標主要為鉆孔抽放濃度和流量。通過一段時間（預定為60d）的觀測，對比分析觀測數據，以確定最經濟有效、合理的封孔長度。

（2）試驗鉆孔。2713底抽巷導向點DC10至DC點前22m之間的區域共設計有鉆孔49個，根據試驗方案要求，見煤深度大于20m的鉆孔共有28個，為確保試驗效果的可比性，對鉆孔穿煤段相近的鉆孔進行編組，并采取13mPE與20mPE管交叉封孔的方式進行對比試驗。

（3）數據觀測。試驗過程中，主要觀測參數包括鉆孔瓦斯抽放濃度和流量，觀測周期為5～7d。

3試驗數據分析

（1）鉆孔濃度對比分析。根據對比試驗過程中采集的鉆孔濃度觀測數據，繪制鉆孔濃度變化曲線圖（藍色曲線為13mPE管封孔，褐色曲線為20mPE管封孔），能夠直觀形象地顯示出不同封孔長度下鉆孔濃度的高低以及變化情況。189、190號鉆孔濃度對比由鉆孔濃度變化曲線圖可知，鉆孔濃度在抽放周期內均呈現出一定的波動性，但總體效果顯示，使用13mPE管與20mPE進行封孔，其抽放濃度無明顯差異。

（2）抽放流量對比分析。根據對比試驗過程中采集的鉆孔流量觀測數據，經過數據分析，試驗鉆孔流量較為穩定，各次觀測數據變化幅度不大，為便于對比分析，計算出試驗期間鉆孔平均流量，并繪制鉆孔流量柱形圖。由于鉆孔流量主要受封孔嚴密性和煤層透氣性兩方面因素影響，從圖5可知，在同一抽放周期內同一區域的試驗鉆孔，其流量數值穩定分布在0．006～0．013m3／min區間內。由此可知，使用13mPE管封孔的鉆孔，其密封性相比使用20mPE管封孔的鉆孔無明顯下降的情況。

4經濟成本分析

根據“兩堵一注法”封孔工藝要求，對比PE管（封孔管）、注漿管、排氣管、速凝封孔劑等主要材料的使用量，經計算，使用13mPE管進行封孔相比20mPE管每孔可節約成本180元左右。

5結論

（1）從鉆孔抽放效果、封孔材料投入量入手，通過選取鉆孔抽放濃度、流量等關鍵數據進行綜合對比分析，優化封孔技術方案，不僅能夠大量節省成本，達到封孔工藝性價比的最優化，具有較好的經濟效益，而且不改變原本的封孔操作方式，不會對現場工人的操作產生負面影響。

（2）通過封孔工藝優化對比試驗，為以后的封孔工藝設計和優化提供了較好的參考經驗，不僅能夠創造可觀的經濟效益，而且對于提高整個礦井的瓦斯抽放基礎管理工作水平具有重要意義。

作者：魏永建 史顯鋒 單位：河南能源化工集團