金鼎安全瓦斯治理工艺----“两堵一注”封孔试验报告为提高钻孔瓦斯抽放浓度，提高抽放效率，缩短抽放达标期，做好瓦斯治理，在桃园煤矿II2轨道大巷6#钻场及II1028机巷对安徽宿州市金鼎安全技术股份公司的囊袋式封孔装置+速凝膨胀材料的“两堵一注”封孔工艺进行了试验。
本次实验共选取穿层钻孔40个，顺层钻孔10个，旨在验证囊袋式（矿用封孔器）“两堵一注”封孔效果。
一、概况桃园煤矿位于安徽省宿州市南部北杨寨乡境内，北距宿州市12km（交通位置见图1-1）。
其北界为F断层，南部以第10勘探线为界与祁南煤矿毗邻，西界1煤层-800m底板等高线的水平投影为界。
井田南北为10煤层露头线，东界至32走向长约15km，东西倾向宽1.5～3.5km，井田面积约32km2。
煤层为煤与瓦斯突矿井核定生产能力160万t/a，为煤与瓦斯突出矿井，82出危险煤层。
桃园煤矿II2采区走向长约2500m，倾斜宽约1600m，面积约4.5km2。
1、II2采区10煤层赋存、瓦斯、地质条件II2采区10煤层两极厚度0.54～4.04m，平均厚3.22m，含1层泥岩或炭质泥岩夹矸。
煤层顶板为泥岩、粉砂岩和砂岩，岩性变化复杂，砂岩与泥岩、粉砂岩常相间出现；底板多为泥岩及粉砂岩。
10煤层推测瓦斯压力为0.69～1.47MPa，在标高为-538.5m时，煤层瓦斯压力为0.74MPa。
煤层瓦斯含量为5.29～7.84m3/t，在标高为-823m时，煤层瓦斯含量达到8m3/t。
2、实验区域地质概况及瓦斯赋存情况II1028工作面位于Ⅱ2采区北翼，上区段为即将回采的Ⅱ1026工作面，下为10煤层未开拓区域，左以Ⅱ2轨道上山保护煤柱为界，右至Ⅱ2采区边界。
该工作面外段走向长约310m受古河流冲刷影响，局部煤层因冲刷而缺失，煤层厚度变化较大，厚度为0～4.2m，平均3.4m，局部含有一层夹矸，一般厚0～0.3m，平均0.2m；煤层倾角为20～33°，平均26°；煤层顶、底板均为泥岩。
局部顶板纵向裂隙较为发育。
Ⅱ1028工作面处于突出危险区域实测Ⅱ1028工作面深部-774.5处10煤层瓦斯含量为6.33m3/t3、实验区域钻孔设计情况1、6#钻场设计施工5列40个钻孔，钻孔设计孔径为113mm，孔底轴向间距6×6m网格状布置。
钻孔穿过煤层进入煤层顶板0.5m，钻孔控制到巷道两侧轮廓线外均不少于15m。
2、Ⅱ1028机巷向工作面内部施工顺层孔共设计190个孔。
钻孔设计孔径为113mm，孔底轴向间距5m。
二、原封孔工艺及存在的问题1、原封孔工艺方法及流程封孔管为Φ50mm，长度为18m的PE管，前段2m为花管，孔口段封孔长度不小于1.5m。
（1）将一个编织袋底部开口套在PE管花管后1.5m处，用铁丝扎紧袋底，将编织袋向后翻开备用。
（2）将专用塑料袋用铁丝捆扎在编织袋中间部位的PE管上，向塑料袋内倒入黑（白）聚氨酯，用棉线绳将塑料袋捆扎在PE管上，棉线上留扣，取一根与套管长度一致的铁丝作为拉线，将铁丝穿入棉线预留的扣内，向塑料袋内倒入白（黑）聚氨酯，使用棉线将塑料袋袋口与PE管扎紧。
（3）将编织袋口部位割出一处缺口，将拉线铁丝从缺口内捋出，将编织袋袋口束紧用铁丝捆扎在PE管上。
（4）在套管上绑上回浆管，回浆管长度不小于10m孔口预留0.3m。
（5）两人配合将套管送入孔内，将拉线铁丝从孔内拉出，将PE管在孔内来回窜动几次，以便聚氨酯能够充分混合，孔口外预留0.3m,便于软管连接。
（6）将2m长的注浆管沿孔壁送入孔内孔口预留0.2m，向孔内1.5m处捣入一团棉纱，以防聚氨酯膨胀堵塞注浆管。
（7）将编织袋内倒入聚氨酯，捣入孔内。
（8）待聚氨酯膨胀后，清理孔口，再捣入快速水泥,使两段聚氨酯之间形成膨胀水泥注浆空间。
（9）把封孔所用水泥浆按比例配比搅拌均匀，(水泥与水的体积比1:1～1.5)，利用封孔设备2ZBQ-9/3煤矿用风动注浆泵注进孔内,待回浆管回浆后将回浆管对折扎紧，继续注浆，要求封孔压力超过1.5MPa，注浆结束后将注浆管对折扎紧，封孔结束。
2、原封孔工艺存在的问题（1）操作步骤较多，程序繁琐。
（2）各种材料用量、注浆量不易掌握，现场操作存在偷工减料情况。
（3）前堵头中的聚氨酯反应时间不易掌握，塑料袋在送入孔内过程中容易被孔壁刮破，失去作用，造成注浆效果达不到要求。
（4）前后堵头耐压强度低，容易发生前端堵头被顶掉而从套管内返浆的情况。
三、囊袋式“两堵一注”封孔原理及工艺流程1、囊袋式“两堵一注”封孔原理采用新型囊袋式“两堵一注”封孔，即使用宿州金鼎安全技术股份有点公司生产的“FKJW-50/0.5”矿用封孔器，根据所需封孔长度，通过一根注浆管注入“速凝膨胀封孔剂”浆液先快速密封两端囊袋，使两端囊袋鼓起，当注浆压力达到0.6MPa时，注浆管路预留的爆破阀门自动爆破，此时浆液自行向两囊间的密封腔注入，直至注浆压力达到1-1.5MPa时停止，此时钻孔空间及周围裂隙可得到有效密封。
封孔设计如图所示：2.新型囊袋式两堵一注封孔工艺流程（1）下入套管及囊袋式封孔材料前首先使用清水或压风将钻孔冲洗干净，保证孔内无煤岩粉钻孔通畅。
（2）准备好封孔套管，使用透明胶带将囊袋式封孔材料捆扎在封孔套管上，并预留一定长度的注浆管。
（3）两至三人配合将捆扎好的封孔管送入孔内，孔口预留200mm，以便与抽放管路连接。
（4）使用风动注浆泵通过注浆管注浆，直至注浆压力达到要求。
四、两种封孔工艺的比较1.工效方面表1两种封孔工艺工效对比注：原封孔工艺与新式封孔均按照“打一、封一、注一、合一、抽一”的施工工序施工。
2.封孔成本表2新老封孔工艺成本比较（顺层钻孔/单孔）原封孔工艺囊袋式封孔工艺项目用量单价(元)费用（元）项目用量单价费用封孔剂75kg 1.8135封孔剂100kg 1.8180注浆管2m 510囊袋1套110110回浆管10m 550封孔剂(孔口封堵)5kg1.89聚氨酯3kg 24.7874.34快速水泥20卷0.9919.8编织袋4个1.997.96封孔方式单孔用时（h）人员（个）原封孔工艺1-1.52-3囊袋式封孔12-3总费用297.1总费用299从表1、2中的数据分析可以看出，两种封孔工艺在人工成本上基本一致，原封孔工艺使用聚氨酯进行封孔，需缠编织袋人工送入孔内，操作不便，极易造成聚氨酯等材料的浪费。
3.效果分析实验中我们采集了使用两种不同封孔工艺下的钻孔相关的瓦斯抽放参数做一对比，并进行了效果分析。
⑴穿层钻孔表3穿层钻孔封孔效果钻场编号封孔方式抽采浓度％混合流量m³/min纯流量m³/min百米钻孔纯流量m³/min负压KPa5#原封孔方式8.50.3640.0300.0612.56#囊袋式“两堵一注”封孔30.40.4580.1390.3412.4实测单孔浓度数据见表4、表5.表4囊袋式“两堵一注”封孔工艺单孔瓦斯浓度（6#钻场）孔号浓度%孔号浓度%孔号浓度%孔号浓度%孔号浓度% 15-13216-14517-15118-13819-155 15-81816-82317-86018-82219-8015-73516-62517-72218-72819-510 15-52016-52217-52518-52519-428 15-36816-44517-40.518-47516-35217-25018-370补16-51818-235补16-150表5原封孔工艺单孔瓦斯浓度（5#钻场）孔号浓度%孔号浓度%孔号浓度%孔号浓度%孔号浓度% 10-12211-11512-84513-2814-125 10-21511-71312-62313-41214-80 10-33511-52012-42513-61814-510 10-62211-43512-32213-82514-418 10-73811-2512-54513-53514-612 10-82411-3212-25213-7014-210分析：从表3可知，对于穿层钻孔，囊袋式“两堵一注”封孔工艺较原封孔工艺，抽放浓度提高3.58倍（30.4/8.5），钻场瓦斯抽放纯流量提高4.63倍，百米钻孔纯流量提高5.67倍。
可见，同样的钻孔条件下，囊袋式“两堵一注”封孔工艺可以大抽采达标期为原封孔工艺的21.55%。
⑵顺层钻孔顺层钻孔时，两种封孔工艺效果抽放见表6.表6两种封孔工艺的抽放效果对比钻场编号封孔方式抽采浓度％混合流量m³/min纯流量m³/min百米钻孔纯流量m³/min负压KPa第八组原封孔方式11.5％ 1.1040.1260.9068.6第七组囊袋式“两堵一注”封孔15.5％0.6490.100 1.012.5分析：从表6数据可知，囊袋式“两堵一注”封孔工艺百米钻孔抽放纯流量较原封孔工艺提高9.1%，但抽放负压提高45.3%，即囊袋式“两堵一注”封孔工艺比原封孔工艺提高了封孔严密度。
表7原封孔工艺单单孔抽放浓度（第八组）孔号浓度孔号浓度孔号浓度孔号浓度2121002081204120010 211202070.120320补20435 210802068202520957205 1.52013表8囊袋式“两堵一注”封孔工艺单孔抽放浓度（第七组）孔号浓度孔号浓度孔号浓度孔号浓度19916.5补19550192351982519570191171975019428196351933从表中可看出，不论是穿层钻孔还是顺层钻孔抽采浓度整体偏低，但囊袋封孔材料的应用还是将抽放浓度提高了一倍以上。
分析瓦斯抽采浓度偏低的原因有以下几个方面：（1）该区域原始瓦斯含量低，在4#钻场内施工的两个压力测定钻孔，实测最大的瓦斯压力为0.48MPa，换算成瓦斯含量仅为3.7m3/t，瓦斯不易从煤体中释放。
（2）煤层顶底板砂岩含水影响。
瓦斯可以随着水的流动而排放，水分子被吸附在煤体表面后，减弱了煤对瓦斯的吸附能力,同时水分占据了煤的孔隙空间，排挤了自由状态的瓦斯。
实际施工中大量钻孔出水，导致抽放浓度不高。
（3）矿井地质条件的影响。
受断层的影响，断层在某些情况下有利于瓦斯的排放，一般情况下张性断裂时有利于瓦斯排放。
（4）抽采合茬过程中的个别钻孔漏气，导致的抽采浓度低。
五、结论1、瓦斯抽采效果方面应用新型囊袋式“两堵一注”封孔材料的钻孔瓦斯抽采浓度单孔最高可达到75％以上，钻场（单组）总浓度相比原工艺封孔提升一倍以上，抽采纯流量也比原封孔工艺有所提高。
且经后期持续跟踪发现，此工艺封孔衰减速度较慢，可长时间保证抽采效果，对瓦斯治理有较大价值。
2、钻孔成本方面在顺层钻孔方面，原封孔工艺与新型封孔工艺单孔费用基本一致，但原封孔工艺使用聚氨酯进行封孔，需缠编织袋人工送入孔内，操作不便，极易造成聚氨酯等材料的浪费。