[发明专利]一种确定煤矿瓦斯抽采钻孔注浆密封最佳注浆压力的方法

说明书

本发明公开了一种确定煤矿瓦斯抽采钻孔注浆密封最佳注浆压力的方法，包括以下步骤：取样并制样；工业CT扫描、三维数字化物理建模；3D打印人造煤岩样品；高压注浆充填裂隙；多个样品分别增大注浆压力注浆；计算样品中注浆浸入体体积，并求取试件中体积不再增加的临界注浆压力点P₁；测取现场注浆密封瓦斯抽采钻孔时密封段最大承受压力P₂，选择最佳注浆压力。本发明的方法提出合理的注浆压力有利于注浆材料向钻孔周边裂隙圈的充填，避免施工时注浆压力过低浆液不能达到钻孔周边裂隙深部，或压力过高导致浆液压穿封堵的两端，有效提高钻孔的注浆密封质量和瓦斯抽采效果。

技术领域

本发明属于属于矿井瓦斯防治领域，具体涉及一种确定煤矿瓦斯抽采钻孔注浆密封最佳注浆压力的方法。

背景技术

在高瓦斯煤矿安全开采中，瓦斯抽采是治理瓦斯最有效的途径。中国目前大多数的矿井属于高瓦斯矿井，且地面抽采在绝大多数的煤矿区仍然不能形成规模，井下瓦斯抽采依然是瓦斯治理的主体。目前国内井下瓦斯抽采主要依靠钻孔抽采，要求钻孔拥有较高的密封质量，以免在抽采时漏气严重导致抽采质量不达标。近年来，随着煤炭企业逐渐减少聚氨酯类发泡材料的使用，注浆密封钻孔成为瓦斯抽采必不可少的施工环节。

由于瓦斯抽采钻孔密封工艺尚没有统一的标准，煤矿企业在密封钻孔时没有一个合理的参考，这就导致了瓦斯抽采钻孔密封时经验为主，对施工人员具有较高的技术要求，一般而言，注浆量和注浆压力都难以达到一个合理的值。而注浆量和注浆压力值对钻孔密封质量的好坏具有重要影响，尤其是注浆压力的大小是影响钻孔密封质量关键因素。

注浆压力对钻孔密封质量的影响主要体现在两个方面，其一是注浆压力的高低决定了注浆材料向钻孔周边煤体裂隙中渗入量的多少和向煤岩裂隙中渗入的深度；其二，注浆压力的高低影响凝固后的注浆材料对钻孔的支撑力，同时也要求钻孔两个封堵端封堵质量要达到较高质量。因此，合理的注浆压力有利于注浆材料向钻孔周边裂隙圈的充填，提高瓦斯抽采钻孔密封质量；不合理的注浆压力会导致钻孔密封质量不达标，如压力较低时注浆材料不能到达钻孔周边裂隙深部，或压力过高时会导致注浆材料压穿封堵的两端，均达不到钻孔高效密封的目的。

随着矿井的开采深度越来越大，许多矿井由开采低瓦斯煤层区域转入开采高瓦斯煤层区域，瓦斯抽采的压力会越来越大，如何高质量的密封抽采钻孔将变得越来越重要，注浆压力的合理设计将变得越来越重要。如何通过煤层条件，选择合理的注浆压力，是提高钻孔注浆密封质量的重要手段。

发明内容

为了提高钻孔注浆密封的质量，本发明结合实验室实验研究和现场实际操作，提供了一种确定煤矿瓦斯抽采钻孔注浆密封最佳注浆压力的方法。

本发明采用的技术方案是，一种确定煤矿瓦斯抽采钻孔注浆密封最佳注浆压力的方法，包括以下步骤：

步骤一、在目标煤层选取大块煤样品制备标准煤柱试样若干，在若干试样中选取裂隙最为发育的试验样品；

步骤二、将选定的试验样品进行工业CT扫描，并将扫描结果导入CT重构软件进行三维数字化岩心重构，通过对软件中的数字化岩心的光度阈值分割，筛选出煤的阈值区间和裂隙的阈值区间，并以此为依据建立含裂隙煤岩的三维数字化物理模型；

步骤三、以上述三维数字化物理模型为模板，采用3D打印技术生成人造煤岩样品若干枚，并做好编号；

步骤四、将人造煤岩样品装入高压注浆容器中密封，通过注浆泵向高压注浆容器注入浆液，注浆压力为0.7MPa，稳压注浆1min；

步骤五、在浆液失去流动性和初凝前将注浆泵和高压注浆容器卸压，取出人造煤岩样品清理外表浆液并标记注浆压力；

步骤六、选取新的人造煤岩样品重复步骤四和步骤五操作，设定注浆压力分别为1.0MPa、1.3MPa、1.6MPa、1.9MPa、2.2MPa、2.5MPa、2.8MPa、3.1MPa，对每个注浆压力对应的人造煤岩样品做好标记；