煤炭学报

作者：王振锋, 曹良超, 卢志杰, 王峰, 范红光, 魏民涛, 谢文强, 王永龙,

关键词：胎囊式封孔, 可复用封孔装置, 柔性保压, 动态密封, 重复利用,

针对传统封孔工艺密封性能差、钻孔瓦斯体积分数衰减快、封孔经济成本高等难题，提出“自适应钻孔变形、柔性保压、动态密封、重复利用”的新型封孔技术，研发了一种瓦斯抽采新型“胎囊式”可复用封孔装置，并阐述了“胎囊式”封孔装置的基本结构设计和封孔技术原理。采用数值模拟、实验室试验和理论分析相结合的研究方法，探究封孔装置的核心构件(密封胎囊)的变形性能和密封性能。以神火集团新庄煤矿为工程背景，开展现场实践。结果表明：壁厚为1 mm和2 mm的胎囊能够在较低的注浆压力条件下迅速膨胀，满足钻孔封孔要求；胎囊与孔壁的平均接触应力随施加作用力的递增呈逐渐增大的趋势，与壁厚为1 mm的密封胎囊相比，壁厚为2 mm的密封胎囊随压力的递增其整体密封性能表现更加稳定；封孔试验表明，胎囊的极限承压能力与胎囊自身壁厚呈正相关，当注浆压力大于0.32 MPa时，封孔装置能够有效密封钻孔；结合数值模拟、封孔试验和注浆封孔力学分析结果，得出胎囊结构设计参数的最优组合解为长度1 000 mm，壁厚2 mm。现场工程实践表明：与传统“两堵一注”带压封孔工艺相比，在相同的抽采期内，新型封孔工艺较传统封孔工艺的钻孔平均瓦斯抽采体积分数提升126.6%，平均抽采纯量提高120%；首次抽采结束后胎囊的重复利用率为84%，3次抽采结束后胎囊的回收利用率达65%，瓦斯抽采体积分数整体提升30%以上，证明新型封孔工艺不仅能够提高钻孔的抽采效果，延长高体积分数瓦斯的抽采时间，同时达到了封孔装置重复利用的效果，为矿井瓦斯抽采方法提供了新的技术路径。

来源：2025年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

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