[发明专利]一种抽采钻孔注浆封孔参数的确定方法及相应的封孔方法

说明书

本发明提供一种抽采钻孔注浆封孔参数确定的方法及相应的封孔方法，其包括：步骤S101，测出瓦斯抽采钻孔的钻孔半径r₀、注浆封孔段长度L、抽采管半径r_c；钻孔周边的煤体原始地应力σ₀；煤层的原始瓦斯压力P₀；煤体内聚力c、煤体内摩擦角孔壁煤体的孔隙率ψ；步骤S103，基于Fenner修正公式，步骤S101测出的参数，计算得到钻孔塑性区半径R_P；步骤S104，根据步骤S101测得的参数，包括钻孔半径r₀、注浆封孔段长度L、抽采管半径r_c、煤体内聚力c、煤体原始地应力σ₀、煤体内摩擦角孔壁煤体的孔隙率ψ，及步骤S103得到的钻孔塑性区半径R_P，确定出钻孔封孔用注浆总量Q；利用确定的注浆总量Q实施抽采钻孔注浆封孔，能提高封孔质量和瓦斯抽采效果。

技术领域

本发明涉及矿采施工技术领域，尤其涉及抽采钻孔注浆封孔参数的确定方法及抽采钻孔注浆封孔方法。

背景技术

瓦斯抽采是矿采过程中瓦斯治理的主要途径，对矿采安全、环境保护和资源利用具有重要意义。提高瓦斯抽采浓度是目前国内矿井需要解决的一个重要问题。钻孔封孔工艺是矿井瓦斯抽采工程的一个重要环节，也是影响瓦斯抽采浓度的一个重要因素。

钻孔开挖后，孔体周边应力场平衡状态被打破，原岩应力场重新分布，钻孔周边煤岩体会产生应力集中，在重新分布的应力作用下，钻孔周边煤体发生塑性变形，并从钻孔孔壁向煤体深部延伸，由孔壁向煤体深处依次形成如图1所示的环形破裂区、塑性区和弹性区。在钻孔外围的这三个区域中，破裂区与塑性区的孔裂隙发育明显，其渗透性要比原始煤体大1～3个数量级，由于破裂区与塑性区在抽采负压的作用下，巷道内的空气极易通过该区域流入钻孔，从而使得钻孔抽采浓度降低；而且由于破碎区和塑性区的裂隙和孔隙较多，因此封孔后，钻孔内的气体会从这些孔裂隙中漏出来，容易造成钻孔封孔失效。

为了提高钻孔抽采浓度，目前采用的封孔方法主要如下：

一、一次注浆封孔方法：

传统的一次注浆封孔方法目前通过在孔口处安好截止阀后，将水泥砂浆等封堵剂压入钻孔中，等其凝固后能封实钻孔。

对于这种传统的一次注浆封孔理念，往往只注重于对钻孔孔内的封堵而忽略了对孔外裂隙的堵漏，即使钻孔初期成孔效果好，孔外裂隙发育不明显，钻孔能取得良好的抽采效果，但随着瓦斯抽采的进行孔壁煤体的弹性势能逐渐得以释放，煤体终将发生变形和位移，使得孔壁内孔裂隙发育扩张形成钻孔漏气通道，所以传统工艺的一次封孔很难保证钻孔抽采效果的持续性和稳定性，抽采一段时期后必须进行钻孔的二次封孔补救甚至重新封孔。

二、两堵一注封孔方法

传统“两堵一注”封孔工艺中，首先将封孔段的两端用封孔袋封实，中间段注入封孔剂，如膨胀剂等，然后注浆，使得封孔剂在高压和膨胀盈利作用下迅速渗入到钻孔周围煤体的裂缝中，从而使裂缝封闭，达到密闭钻孔效果。

在传统“两堵一注”封孔工艺里，注浆压力、注浆时间、注浆量等参数很少被研究，现场施工注浆参数通常靠经验执行：

如，注浆量的计算只满足于注满钻孔孔内空间即可，但浆液注入后会向孔壁四周煤体内渗漏，导致留在钻孔内部的实际浆液量不足，待浆液凝固后容易在钻孔顶部位置形成月牙形裂隙，从而形成孔内漏气的通道；而渗入煤壁中的浆体在没有足够大注浆压力的“压迫”下，也很难完全达到钻孔堵漏深度，所以孔外漏气通道也没能完全封堵。注浆压力不够大所需的注浆时间就会延长，一旦超过了浆液的凝结时间，浆液不能达到规定的封孔要求。因此这种靠经验执行的“两堵一注”封孔方法也是很难保证钻孔抽采效果的持续性和稳定性。

为了提高封孔质量和瓦斯抽采效果，迫切需要一种抽采钻孔注浆封孔参数的确定方法，以便克服靠经验执行的“两堵一注”封孔导致难以保证钻孔抽采效果的技术问题。

发明内容