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技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及矿采施工
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]为了提高钻孔抽采浓度，目前采用的封孔方法主要如下：
[0005]一、一次注浆封孔方法：
[0006]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。
[0007]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。
[0008]二、两堵一注封孔方法
[0009]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。
[0010]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：
[0011]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。
[0012]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。

技术实现思路

[0013]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种抽采钻孔注浆封孔参数的确定方法，通过本专利技术能够计算出用于指导钻孔封孔的重要参数(注浆压力、注浆时间以及注浆量)，通过运用这些参数进行“两堵一注”封孔，能够提高封孔质量和瓦斯抽采效果，能够解决现有封孔方法存在的难以保证钻孔抽采效果的持续性和稳定性的技术问题。
[0014]本专利技术的目的通过如下技术方案实现：
[0015]本专利技术提供一种抽采钻孔注浆封孔参数确定的方法，其包括：
[0016]步骤S101，测量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；
[0017]步骤S103，基于Fenner修正公式，将步骤S101测试得出的煤体原始地应力σ0、钻孔半径r0，封孔段长度L，抽采管半径r
c
、煤体内聚力c、煤体内摩擦角通过下式计算得到钻孔塑性区半径R
P
：
[0018][0019]R
P
为钻孔塑性区的半径，单位m；r0为钻孔半径，单位m；σ0为钻孔周边的煤体原始应力，单位MPa；c为煤体内聚力，单位MPa；为煤体内摩擦角，单位deg。
[0020]步骤S104，根据步骤S101中测得的参数，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，以及步骤S103计算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：
[0021][0022]其中，Q为钻孔封孔用注浆总量浆量，单位m3；r0为钻孔半径，单位m；r
c
为抽采管半径，单位m；L为注浆封孔段长度，单位m；R
P
为钻孔塑性区半径，即浆液在煤体中渗流的最大半径，单位m；ψ为孔壁煤体的孔隙率，％；σ0为钻孔周边的煤体原始应力，单位MPa；c为煤体内聚力，单位MPa；为煤体内摩擦角，单位deg。
[0023]更优选的，所述的抽采钻孔注浆封孔参数的确定方法还包括：
[0024]步骤S102，测量浆液参数，得到浆液初始黏度值μ0、浆液的黏度增长系数B、浆液启动压力梯度λ；
[0025]步骤S105，根据步骤S101得到的钻孔半径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、煤体内摩擦角步骤S102测量得到的浆液参数(浆液初始黏度值μ0、浆液的黏度增长系数B、浆液启动压力梯度
λ)；以及，步骤S103计算得到的钻孔塑性区半径R
P
；以及，钻孔所在的煤体的平均孔隙半径a，确定出钻孔封孔注浆压力P
a
与注浆时间t的关系：
[0026][0027]公式(7)中，P
a
为注浆压力，单位MPa；为煤体内摩擦角，％；β为浆液初始黏度与水的黏度比值；B为水泥浆液的黏度增长系数，s
‑1；t表示注浆时间，单位s；其中为煤体内摩擦角，％；a为钻孔所在的煤体的平均孔隙半径，单位m；μ为水的黏度(20℃时水的黏度为1.01
×
10
‑3Pa
·
s)；r0为钻孔半径，单位m；R
P
为钻孔塑性区半径，单位m；R为浆液在孔壁中渗流的最大边界，单位m；λ为浆液启动压力梯度，单位Pa/m；P0为煤层原始瓦斯压力，单位MPa。
[0028]本专利技术还提供一种抽采钻孔注浆封孔方法，其包括：
[0029]根据权利要求1或2所述的抽采钻孔注浆封孔参数的确定方法，确定出抽采钻孔注浆封孔参数；
[0030]采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抽采钻孔注浆封孔参数的确定方法，其特征在于，所述的抽采钻孔注浆封孔参数的确定方法包括：步骤S101，测量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，将步骤S101测试得出的煤体原始地应力σ0、钻孔半径r0，封孔段长度L，抽采管半径r
c
、煤体内聚力c、煤体内摩擦角通过下式计算得到钻孔塑性区半径R
P
：R
P
为钻孔塑性区的半径，单位m；r0为钻孔半径，单位m；σ0为钻孔周边的煤体原始应力，单位MPa；c为煤体内聚力，单位MPa；为煤体内摩擦角，单位deg。步骤S104，根据步骤S101中测得的参数，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，以及步骤S103计算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：其中，Q为钻孔封孔用注浆总量浆量，单位m3；r0为钻孔半径，单位m；r
c
为抽采管半径，单位m；L为注浆封孔段长度，单位m；R
P
为钻孔塑性区半径，即浆液在煤体中渗流的最大半径，单位m；ψ为孔壁煤体的孔隙率，％；σ0为钻孔周边的煤体原始应力，单位MPa；c为煤体内聚力，单位MPa；为煤体内摩擦角，单位deg。2.根据权利要求1所述的抽采钻孔注浆封孔参数的确定方法，其特征在于，所述的抽采钻孔注浆封孔参数的确定方法还包括：步骤S102，...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏杰，李全明，王虎，褚衍玉，付搏涛，史先锋，
申请(专利权)人：中国安全生产科学研究院，
类型：发明
国别省市：