CN111155960A - 一种基于micp技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属钻孔封孔技术领域，提供一种基于MICP技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法。通过充填密封材料在钻孔内部形成密闭空间，采用抽采管路对初期钻孔内高浓度瓦斯进行抽采，随着抽采的进行，密闭空间和周围煤岩体出现裂隙，抽采瓦斯浓度降低；通过向该区域注入营养液，激活微生物孢子，反应生成大量具有胶结作用的碳酸盐，修复新出现的裂隙，进而提高抽采瓦斯浓度；当瓦斯浓度降幅较大时，通过再次注入微生物浆液，可以快速修复裂隙网络，封堵漏气通道，再次提高抽采浓度。本发明能有效封堵瓦斯抽采过程中的漏气通道，解决了抽采过程中新生裂隙难以封堵的问题，可以大大提高抽采钻孔内瓦斯浓度，延长煤层瓦斯抽采钻孔服务时间。
Description
技术领域
本发明属于钻孔封孔技术领域，具体涉及一种基于MICP技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法，适用于煤矿中本煤层瓦斯抽采钻孔和邻近层瓦斯抽采钻孔密封。
背景技术
煤层瓦斯抽采是解决煤矿瓦斯问题最有效、最直接的方法之一，封孔效果的好坏直接影响瓦斯抽采效果。我国约有2/3的瓦斯抽采矿井，封孔长度短而且密封质量很差，约有65%的回采工作面预抽瓦斯浓度低于30%。目前，国内瓦斯抽采钻孔封孔主要采用聚氨酯封孔与水泥砂浆封孔，前者封孔后不能封堵钻孔周围裂隙并且容易发生收缩，价格高，后者流动性与封孔强度二者不能兼得，为现场封孔造成困难。现有的封孔方法都是通过封堵靠近孔口的一段钻孔使钻孔内部形成密封空间，然而，随着瓦斯抽采的进行，煤层发生形变，钻孔周围煤层孔隙、裂隙逐渐发育，形成与巷道壁面连通的漏气通道，致使瓦斯抽采浓度大大降低。如何有效解决瓦斯抽采钻孔封孔质量差的现状，是当前煤炭行业瓦斯灾害防治和瓦斯资源化利用的瓶颈。
近年来，微生物土体加固技术迅速发展，该方法具有施工方便、灌浆压力低(稍大于水压力)、加固效果好、不污染环境、对原位土体影响小等诸多优点。该法的主要原理是利用微生物的矿化作用胶结处于散粒状态的土颗粒，使散粒土体的强度、刚度具有大幅的提升。目前来看，胶结效果最好的微生物成矿作用是生成方解石型碳酸钙沉积，这种成矿作用称为微生物诱导方解石沉积(Microbiologically induced calcite precipitation，简称MICP)。相关学者对MICP技术进行了大量的室内实验研究，表明该法胶结效率高、土体强度大幅提升，可以将松散砂粒胶结成5m砂柱。当前，最为成熟的为尿素水解MICP技术，主要过程为pH7-8巴式芽孢杆菌水解尿素产生碳酸根离子和铵根离子，之后碳酸根离子与注浆溶液中的钙离子结合形成具有胶结作用的碳酸钙晶体。
煤矿井下在抽采瓦斯过程中，容易受到矿井环境的影响，进而影响抽采效果与抽采质量。当前我国煤矿井下在实施瓦斯抽采钻孔的封孔过程中的温度为25~30℃，湿度为90%~100%，气压约为大气压，然而目前井下普遍使用的封孔技术在该环境下实施，封孔效果不佳。
发明内容
本发明针对现有瓦斯抽采钻孔封孔存在的问题，提供了一种基于MICP技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法，基于微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术，方法简单，能有效减少钻孔漏气，提高瓦斯抽采浓度，延长煤层瓦斯抽采钻孔服务时间的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法。
本发明由如下技术方案实现的：一种基于MICP技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法，步骤如下：
（1）向预抽区域施工一个瓦斯抽采钻孔，在送入瓦斯抽采钻孔内的瓦斯抽采管距离孔口7~15m和15~25m处分别各安装一个封堵装置，同时在瓦斯抽采管的上部距离孔口6~8m处固定回浆管、下部固定注浆管，将瓦斯抽采管、注浆管和回浆管固定在一起，两处封堵装置进入孔内后形成密闭空间；
（2）由注浆管向密闭空间内注入微生物水泥浆液，至回浆管回浆后停止，然后用速凝水泥封孔材料充填抽采钻孔的孔口，形成密封堵头；
（3）密闭空间内注入的浆液凝固后，通过瓦斯抽采管进行瓦斯抽采，当瓦斯抽采浓度降低至80%时，通过注浆管向密闭空间内注入营养液，维持营养液在80~220 kPa的压力状态30~60min，然后停止注入；
（4）当瓦斯抽采浓度降低至50%时，通过注浆管向密闭空间内注入微生物浆液，维持微生物浆液在50~100 kPa的压力状态30~60min，然后停止注入。
所述瓦斯抽采管顶端露出瓦斯抽采孔口0.5-1m。所述的封堵装置为封孔胶囊或者聚氨酯封孔袋。所述的注浆管长度为8~16m，回浆管长度为16~26m。
所述的微生物水泥浆液为添加有微生物孢子的水泥浆液，微生物孢子为芽孢杆菌。芽孢杆菌为常规市售的微生物芽孢粉。所述营养液为激活微生物孢子的常规市售营养液。
本发明基于MICP技术，在对钻孔内部进行密封后，可以使密闭空间的封堵材料具备自修复特性，提高钻孔抽采瓦斯效果。随着抽采的进行，密闭空间和周围煤岩体出现裂隙，抽采瓦斯浓度降低；通过向该区域注入营养液，激活微生物孢子，反应生成大量具有胶结作用的碳酸盐，修复新出现的裂隙，进而提高抽采瓦斯浓度；当瓦斯浓度降幅较大时，通过再次注入微生物浆液，可以快速修复裂隙网络，封堵漏气通道，再次提高抽采浓度。本发明所述方法解决了瓦斯抽采过程中新生裂隙难以封堵的问题，其方法简单、易操作、可显著提高瓦斯抽采的效果、具有极好的推广价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-瓦斯抽采钻孔，2-瓦斯抽采管，3-注浆管，4-回浆管，5-封堵装置，6-密闭空间，7-注浆管球阀，8-回浆管球阀，9-抽采管球阀，10-堵头，11-微生物浆液，12-原始煤体，13-裂隙发育煤体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
一种基于MICP技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法，步骤如下：
（1）首先从钻场向预抽区域施工一个瓦斯抽采钻孔1，如瓦斯抽采钻孔1深度90m、孔径Φ120mm，在送入瓦斯抽采钻孔1内的瓦斯抽采管2距离孔口15~25m处安装一个封堵装置5，之后在瓦斯抽采管2距离孔口7~15m处再安装一个封堵装置5，此处封堵装置5为封孔胶囊，且应距瓦斯抽采管2的最前端不小于8m；同时在瓦斯抽采管2的上部距离孔口6~8m处固定安装回浆管4、下部固定注浆管3，即将瓦斯抽采管2、注浆管3、回浆管4固定在一起，注浆管3长度为8~16m，回浆管4长度为16~26m。
（2）将瓦斯抽采管2送入瓦斯抽采钻孔1中，瓦斯抽采管2外端部露出瓦斯抽采孔1孔口0.5~1m；分别在两处固定的封孔胶囊进入孔内反应膨胀后形成密闭空间6；之后打开球阀7、球阀8，然后通过注浆管3向密闭空间6内注入微生物水泥浆液，直至回浆管4回浆时关闭球阀8，继续注浆一定时间后关闭注浆泵和球阀7，注浆完成后，清洗注浆泵，整理施工现场。
（3）向密闭空间6内注入的微生物水泥浆液凝固后，打开瓦斯抽采管2上的球阀9进行瓦斯抽采，瓦斯抽采一段时间后，由于煤层发生形变，钻孔周围煤层孔隙、裂隙逐渐发育，形成与巷道壁面连通的漏气通道，瓦斯抽采浓度开始明显降低。当瓦斯抽采浓度降低至80%时，打开球阀7，通过注浆管3向密闭空间6内注入营养液，维持营养液在80~220 kPa的压力状态30~60min，使营养液充分进入新生裂隙中，激活微生物孢子，然后停止注入，关闭球阀7。
（4）微生物孢子激活后，反应生成大量具有胶结作用的碳酸盐，修复新生裂隙，封堵漏气通道，从而提高瓦斯抽采的浓度。一段时间后，随着抽采的进行，煤岩裂隙再次发育，当瓦斯浓度降低至50%时，打开球阀7，通过注浆管向密闭空间6内注入微生物浆液，维持微生物浆液在50~100 kPa的压力状态30~60min，然后停止注入，关闭球阀7。微生物浆液充分进入再次出现的裂隙内，大量生成碳酸盐，快速修复裂隙网络，再次封堵漏气通道，提高瓦斯抽采浓度，延长煤层瓦斯抽采钻孔的服务时间。
Claims (5)
1.一种基于MICP技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法，其特征在于：步骤如下：
（1）向预抽区域施工一个瓦斯抽采钻孔，在送入瓦斯抽采钻孔内的瓦斯抽采管距离孔口7~15m和15~25m处分别各安装一个封堵装置，同时在瓦斯抽采管的上部距离孔口6~8m处固定回浆管、下部固定注浆管，将瓦斯抽采管、注浆管和回浆管固定在一起，两处封堵装置进入孔内后形成密闭空间；
（2）由注浆管向密闭空间内注入微生物水泥浆液，至回浆管回浆后停止，然后用速凝水泥封孔材料充填抽采钻孔的孔口，形成密封堵头；
（3）密闭空间内注入的浆液凝固后，通过瓦斯抽采管进行瓦斯抽采，当瓦斯抽采浓度降低至80%时，通过注浆管向密闭空间内注入营养液，维持营养液在80~220 kPa的压力状态30~60min，然后停止注入；
（4）当瓦斯抽采浓度降低至50%时，通过注浆管向密闭空间内注入微生物浆液，维持微生物浆液在50~100 kPa的压力状态30~60min，然后停止注入。
2.根据权利要求1所述的一种基于MICP技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法，其特征在于：所述瓦斯抽采管顶端露出瓦斯抽采孔口0.5-1m。
3.根据权利要求1所述的一种基于MICP技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法，其特征在于：所述的封堵装置为封孔胶囊或者聚氨酯封孔袋。
4.根据权利要求1所述的一种基于MICP技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法，其特征在于：所述的注浆管长度为8~16m，回浆管长度为16~26m。
5.根据权利要求1所述的一种基于MICP技术的煤层瓦斯抽采钻孔封孔方法，其特征在于：所述的微生物水泥浆液为添加有微生物孢子的水泥浆液，微生物孢子为芽孢杆菌。
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