[發明專利]一種確定煤礦瓦斯抽采鉆孔注漿密封最佳注漿壓力的方法

有效

• 申請號: 202110332431.8
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN112983536B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 羅衛東;蔣中承;唐勇;楊乘;任青山
• 申請（專利權）人: 貴州盤江煤電集團技術研究院有限公司
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21F17/00;E21F17/18;E21B33/138;E21B47/06
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 商小川

本發明公開了一種確定煤礦瓦斯抽采鉆孔注漿密封最佳注漿壓力的方法，包括以下步驟：取樣并制樣；工業CT掃描、三維數字化物理建模；3D打印人造煤巖樣品；高壓注漿充填裂隙；多個樣品分別增大注漿壓力注漿；計算樣品中注漿浸入體體積，并求取試件中體積不再增加的臨界注漿壓力點P₁；測取現場注漿密封瓦斯抽采鉆孔時密封段最大承受壓力P₂，選擇最佳注漿壓力。本發明的方法提出合理的注漿壓力有利于注漿材料向鉆孔周邊裂隙圈的充填，避免施工時注漿壓力過低漿液不能達到鉆孔周邊裂隙深部，或壓力過高導致漿液壓穿封堵的兩端，有效提高鉆孔的注漿密封質量和瓦斯抽采效果。

技術領域

本發明屬于屬于礦井瓦斯防治領域，具體涉及一種確定煤礦瓦斯抽采鉆孔注漿密封最佳注漿壓力的方法。

背景技術

在高瓦斯煤礦安全開采中，瓦斯抽采是治理瓦斯最有效的途徑。中國目前大多數的礦井屬于高瓦斯礦井，且地面抽采在絕大多數的煤礦區仍然不能形成規模，井下瓦斯抽采依然是瓦斯治理的主體。目前國內井下瓦斯抽采主要依靠鉆孔抽采，要求鉆孔擁有較高的密封質量，以免在抽采時漏氣嚴重導致抽采質量不達標。近年來，隨著煤炭企業逐漸減少聚氨酯類發泡材料的使用，注漿密封鉆孔成為瓦斯抽采必不可少的施工環節。

由于瓦斯抽采鉆孔密封工藝尚沒有統一的標準，煤礦企業在密封鉆孔時沒有一個合理的參考，這就導致了瓦斯抽采鉆孔密封時經驗為主，對施工人員具有較高的技術要求，一般而言，注漿量和注漿壓力都難以達到一個合理的值。而注漿量和注漿壓力值對鉆孔密封質量的好壞具有重要影響，尤其是注漿壓力的大小是影響鉆孔密封質量關鍵因素。

注漿壓力對鉆孔密封質量的影響主要體現在兩個方面，其一是注漿壓力的高低決定了注漿材料向鉆孔周邊煤體裂隙中滲入量的多少和向煤巖裂隙中滲入的深度；其二，注漿壓力的高低影響凝固后的注漿材料對鉆孔的支撐力，同時也要求鉆孔兩個封堵端封堵質量要達到較高質量。因此，合理的注漿壓力有利于注漿材料向鉆孔周邊裂隙圈的充填，提高瓦斯抽采鉆孔密封質量；不合理的注漿壓力會導致鉆孔密封質量不達標，如壓力較低時注漿材料不能到達鉆孔周邊裂隙深部，或壓力過高時會導致注漿材料壓穿封堵的兩端，均達不到鉆孔高效密封的目的。

隨著礦井的開采深度越來越大，許多礦井由開采低瓦斯煤層區域轉入開采高瓦斯煤層區域，瓦斯抽采的壓力會越來越大，如何高質量的密封抽采鉆孔將變得越來越重要，注漿壓力的合理設計將變得越來越重要。如何通過煤層條件，選擇合理的注漿壓力，是提高鉆孔注漿密封質量的重要手段。

發明內容

為了提高鉆孔注漿密封的質量，本發明結合實驗室實驗研究和現場實際操作，提供了一種確定煤礦瓦斯抽采鉆孔注漿密封最佳注漿壓力的方法。

本發明采用的技術方案是，一種確定煤礦瓦斯抽采鉆孔注漿密封最佳注漿壓力的方法，包括以下步驟：

步驟一、在目標煤層選取大塊煤樣品制備標準煤柱試樣若干，在若干試樣中選取裂隙最為發育的試驗樣品；

步驟二、將選定的試驗樣品進行工業CT掃描，并將掃描結果導入CT重構軟件進行三維數字化巖心重構，通過對軟件中的數字化巖心的光度閾值分割，篩選出煤的閾值區間和裂隙的閾值區間，并以此為依據建立含裂隙煤巖的三維數字化物理模型；

步驟三、以上述三維數字化物理模型為模板，采用3D打印技術生成人造煤巖樣品若干枚，并做好編號；

步驟四、將人造煤巖樣品裝入高壓注漿容器中密封，通過注漿泵向高壓注漿容器注入漿液，注漿壓力為0.7MPa，穩壓注漿1min；

步驟五、在漿液失去流動性和初凝前將注漿泵和高壓注漿容器卸壓，取出人造煤巖樣品清理外表漿液并標記注漿壓力；

步驟六、選取新的人造煤巖樣品重復步驟四和步驟五操作，設定注漿壓力分別為1.0MPa、1.3MPa、1.6MPa、1.9MPa、2.2MPa、2.5MPa、2.8MPa、3.1MPa，對每個注漿壓力對應的人造煤巖樣品做好標記；