煤層注水封孔工藝的研究

劉星樂,張龍彪,郭緒斌（兗礦集團興隆莊煤礦,山東　濟寧　272000）

煤層注水封孔工藝的研究

劉星樂,張龍彪,郭緒斌
（兗礦集團興隆莊煤礦,山東濟寧272000）

摘要：煤層注水孔封孔是煤層注水的一個關鍵環節，直接影響煤層注水最終效果。設計制作了壓風式雙管封孔器并進行現場試驗，試驗結果證明，該封孔器封孔深度遠遠大于設計深度，且封孔效果好，未出現漏水現象。

關鍵詞：封孔；聚氨酯材料；壓風

0　引言

煤層注水在礦井生產中的作用有兩個重要方面，一是綜合防塵，對職業病的預防有著積極作用，二是防治沖擊地壓、煤與瓦斯突出，促進礦井安全生產。煤層注水孔封孔是煤層注水的一個關鍵環節，直接影響煤層注水最終效果。我國目前存在水泥砂漿封孔、機械封孔、封孔袋封孔、ZBSS型可控式注射儀封孔等多種方法，壓風式雙管封孔器的本質為聚氨酯材料封孔，它的特點是造價成本低，操作簡單，運輸方便。

1　封孔器介紹

1.1結構

圖1　封孔泵示意圖

示意圖中：（1）圖中1為封孔泵底座，為Φ10mm鋼筋焊接；（2）圖中2為封孔泵液體罐，主體為Φ98mm鋼管，密封蓋（圖中9）為Φ108mm鋼管焊接，密封蓋內墊為廢舊膠帶；（3）圖中3為風壓控制閥。高壓，Φ10mm；（4）圖中4為連接三通，Φ10mm；（5）圖中5為進風管，高壓膠管，Φ10mm；（6）圖中6為出料管，高壓膠管，Φ10mm；（7）圖中7為混合三通，Φ10mm；（8）圖中8出封孔管，高壓膠管，Φ10mm。

1.2原理及實施方法

根據封孔長度選取相應長度的注水管路，以10m封孔長度為例，先將11-13m左右長度的注水管路置于鉆孔內，在距離孔口11m左右位置的注水管路處纏繞50mm左右厚度棉紗，防止聚氨酯材料溢入鉆孔，在注水管路壓煤壁側外纏繞50mm左右厚度棉紗，防止聚氨酯材料外漏，影響有效封孔距離。兩個液體灌裝入聚氨酯材料的A、B料，關閉密封蓋。打開風壓控制閥，控制在相同風量，利用風壓使封孔料從出料管經混合三通混合在一起，由封孔管打入煤層注水孔內，迅速膨脹反應，達到設計封孔長度后，關閉風壓控制閥，封孔結束。

圖2

1.3封孔試驗效果

圖3

2　與其他封孔工藝比較

2.1水泥砂漿封孔

采用水泥砂漿封孔時，有人工送漿封堵法和砂漿泵送漿封堵法兩種。采用水泥砂漿封孔，不僅材料便宜、而且注漿對孔周圍巖體的裂隙也有一定的封堵作用，封孔嚴密，另外封孔深度長，允許鉆孔有一定量的變形，鉆孔局部塌孔時，只要將塌孔處的碎煤清理即可。但是水泥砂漿易產生收縮開裂，脆性大，凝結時間長，可縮性小，易產生漏氣，且施工復雜、工作效率低。人工送漿封堵法封孔深度有限（一般為3m左右），勞動強度大，技術含量低，雖然砂漿泵送漿封堵法可明顯提高水泥砂漿的封孔深度，但是，泥漿泵體積大、質量重，封孔及其清洗作業相對繁雜。

2.2機械封孔

采用機械封孔具有封孔工藝簡單，便捷，封孔器可以重復利用等優點，但是它存在著封孔器本身價格較高，對封孔段的鉆孔質量要求高，它要求鉆孔孔壁光滑、規則，鉆孔無變形、無塌孔現象等，所以在實際應用中局限性大，并且封孔效果很差。

圖4　封孔器示意圖

2.3封孔袋封孔

本質上，也是聚氨酯材料封孔，其缺點在于材料反應速度快，操作時間有限，往往來不及操作完全，封孔材料就已凝結，往往達不到注水孔設計封孔長度，且嚴密性不好。

2.4ZBSS型可控式注射儀封孔

同為聚氨酯材料封孔，連續封孔距離較長，容易操作，運輸方便，封孔質量高，其缺點是注射儀不易清洗，容易出現堵塞，在人工連續操作推桿后，聚氨酯材料會流淌到連桿上，一旦停止作業，連桿上的聚氨酯材料干燥后會形成較大的推動阻力，所以必須在每次停止作業后對注射儀使用機油進行清洗，封孔效率較低，而且增加了封孔成本。

圖5　ZBSS型可控式注射儀

3　壓風式雙管封孔器優點及實際應用

（1）從使用材料上，聚氨酯泡沫具有不收縮、膨脹性大、粘結力強、密封性好、阻燃、抗靜電等特點。

（2）設備具有以下特點：1）制造成本低，所有原材料皆為井下廢舊物品；2）重量輕，可實現單人搬運；3）動力控制簡單，施工安全可靠；4）壓風式雙管封孔器的液體罐的設計，根據使用聚氨酯材料的膨脹系數和注水孔的封孔深度進行計算，可以得到一個合理高度，在實際施工中，減少了聚氨酯材料的浪費，大大節約了封孔成本；

（3）此種工藝已經正式使用，其原理為風壓驅動，便于操作，作業人員容易掌握；施工工序簡潔，每次封孔結束后，不必立即進行沖洗，可連續作業多次封孔，當班施工結束時一次清洗，大大提高了勞動效率；能達到設計封孔深度，封孔效果好;在封孔數量相同的情況下，與傳統封孔技術相比，預計封孔材料最大可節省：40%聚氨酯材料，在相同的工作時間里（一個“四六制”生產班），與傳統封孔技術相比，預計每班封孔20個，每封一個注水孔可節省人工0.3個。

4　結論

通過上述對壓風式雙管封孔器結構的討論及與其他封孔工藝的對比，運用壓風式雙管封孔器、聚氨酯材料封孔，能夠保證煤層注水有較好效果，對礦井開展綜合防塵起重要作用。