囊袋式封孔技術在探水鉆孔中應用

秦 斌

（潞安集團漳村煤礦，山西 長治 046031）

0 引 言

探放水施工是采掘工作面消除水患重要技術手段，它主要采用專用鉆機向積水區域施工若干個探水孔，然后進行放水，為了保證放水安全，需對鉆孔進行封孔處理，封孔質量直接關系著放水施工安全幾效率；但是目前我國多數煤礦鉆孔封孔存在很多問題，主要表現在封孔長度確定盲目性大，封孔工藝落后，封孔質量差等，從而嚴重威脅著探放水施工安全；本文以漳村煤礦2301運巷為例，對傳統封孔工藝進行優化，提出了囊袋式封孔技術，并進行實際應用。

1 概 述

潞安集團漳村煤礦2301風巷設計長度為1054m，巷道設計斷面規格為寬×高=5.0×3.3m，施工巷道掘進煤層為二疊系山西組下部的3#煤層，平均厚度為6.43m。2301風巷采用綜合機械化掘進施工工藝，截止2018年7月23日施工巷道已掘進370m。

2301運巷位于奧灰承壓區，承受最大水頭高度為118m。另據瞬變電磁勘探結果顯示，工作面掘進中南部為頂板7#含水層富水區，層間距為34m，預計含水量為5842m3，預計巷道掘進過程中最大涌水量為140m3/h，平均涌水量100m3/h。

為了保證巷道掘進安全，2301運巷掘進前期通過超前鉆探施工進行頂板水患排除，工作面每排布置3個探水鉆孔，鉆孔深度為100m，鉆孔與頂板成10°仰角布置，鉆孔擴孔深度為12m，擴孔直徑為105mm，采用水泥砂漿進行封孔處理；但是由于水泥砂漿滲透能力、膠結能力差，封孔質量差，在巷道前期探放水施工時經常出現孔口管竄動現象，其中發生兩次封孔不合格，導致透水事故，不僅降低了工作面探放水施工效率，而且嚴重威脅著巷道施工安全。對此，地測科礦通過技術研究提出了囊袋式封孔技術。

2 囊袋式封孔技術應用

為了提高鉆孔封孔質量，保證巷道后期掘進過程中探放水施工安全，決定采用煤屑量法確定封孔長度，采用囊袋式封孔封孔工藝。

1）封孔長度確定：為了保證封孔長度滿足探放水施工要求，采用煤屑量法確定封孔長度，即在工作面施工三個實驗鉆孔，鉆孔深度為30m，其它參數與探水鉆孔參數相同，每個實驗鉆孔施工期間詳細記錄每米產生的煤屑量，根據煤屑量多少確定煤體原巖穩定區，封孔底端必須保證位于原巖穩定區內；通過現場記錄發現，2301運巷施工的3個實驗鉆孔，在0-5m范圍內平均產生的煤屑量為4.4kg/m，在5-13m范圍內平均產生的煤屑量為3.6kg/m，在13-30m范圍內，平均產生的煤屑量為2.93.6kg/m，且趨于穩定，由此可見在鉆孔13m后為原巖穩定區，最終確定封孔長度為14m。

2）封孔設備：ZY-750D礦用鉆機一臺，電機功率問哦20KW，油泵功率為25Mpa；導向合金鉆頭3個，直徑為75mm；三翼擴孔鉆頭1個，直徑為130mm；PVC孔口管4根，每根長度為4.0m，直徑為105mm；PKN型封孔器2個；16mm注漿軟管一根；2zbq-6/4注漿泵一臺；XZFKL-I礦用封孔注漿材料，該注漿材料在緩慢膨脹過程中能夠向鉆孔周邊裂隙逐漸滲透封堵，使得材料與煤體緊密粘合在一起，粘接效果好，凝固時間為2h（達80%以上），粘接強度為45MPa，膨脹倍率為12%。

圖1 2301運巷探水鉆孔囊袋式封孔施工平面示意圖

3）施工工藝：①首先在指定位置采用ZY-750D礦用鉆機進行導向鉆孔施工，鉆孔施工深度為15m，導向鉆孔施工到位后更換為三翼擴孔鉆頭進行擴孔處理，擴孔后孔徑為130mm，深度為14m；②鉆孔擴孔后依次想鉆孔內埋入4根PVC孔口管，相鄰兩節管之間采用絲扣式連接；③孔口管安裝后，向鉆孔底部注入膨脹水泥進行封堵，底部封堵長度為0.8m，底部封堵后在距孔底0.8m處安裝一個PKN型封孔器；在距孔口0.8m處同樣安裝一個PKN型封孔器，從而使兩封孔器之間形成環形空間，如圖1所示；⑤將注漿軟管埋入環形封堵空間內，孔口管外露端與2zbq-6/4注漿泵，然后采用注漿泵向環形空間高壓注入XZFKL-I礦用封孔注漿材料，注漿平均壓力為1.8MPa，注漿時先高壓后低壓，注漿時發現煤壁有漿液滲出時立即停止注漿，然后在封孔器與孔口之間采用膨脹水泥進行封堵，在孔口處安裝壓力表、閥門等，并采用錨索將其與煤壁固定；⑥鉆孔封孔2h后，對鉆孔封孔質量進行注水耐壓試驗，注水壓力為1.2MPa，注水時間為10min，注水時間未發現孔口管竄動或煤壁滲水現象視為封孔合格。

3 鉆場加固措施

為了保證探放水施工安全，提高鉆場煤壁穩定性，放水施工前決定對鉆場煤壁采取“注漿+L型鋼棚”進行聯合維護。

3.1 注漿加固技術

1）首先采用手持式鉆機在鉆場煤壁施工兩排注漿鉆孔，每排4個，鉆孔直徑為30mm,鉆孔深度為5.0m，所有鉆孔垂直煤壁布置，第一排鉆孔施工在距頂板0.5m處，第二排鉆孔施工在距頂板2.0m處，如圖2所示。

2）注漿鉆孔施工完后，采用高壓注漿泵向鉆孔內注入聚氨酯粘合劑，注漿壓力為1.2MPa，注漿期間發現鄰孔出現竄液時及時停止注漿，并對下個鉆孔進行注漿施工。注漿1h后工作面方可放水施工。

3.2 架設L型工字鋼棚

1）鉆場注漿加固后，在鉆場架設3架L型工字鋼棚，L型鋼棚主要由棚腿、底座、頂梁等部分組成。

2）鋼棚架設間距為1.5m，第一架鋼棚架設在距巷幫0.5m，首先將鋼棚底座與巷道頂板采用地錨進行固定，鋼棚底座固定采用連接螺母將棚腿與底座進行固定，并在棚腿中部采用固定錨桿將其余煤壁進行固定，如圖2所示。

3）棚腿安裝后采用卡纜將頂梁與棚腿進行固定，頂梁與煤壁垂直布置，三架鋼棚架設完后，在鋼棚與煤壁之間間隙采用水泥背板填塞，確保三架鋼棚受力均勻。

圖2 2301運巷鉆場煤壁“注漿+L型鋼棚”聯合加固示意圖

4 結束語

潞安集團漳村煤地測科礦通過技術研究，針對2301風巷前期探放水施工期間鉆孔封孔質量問題，對原封孔工藝進行優化，提出了囊袋式封孔技術，通過實際應用效果發現，該技術合理確定了鉆孔封孔長度，解決了傳統封孔時封孔長度不合理、盲目性大燈技術難題，提高了鉆孔封孔質量，保證探放水效果，2301風巷在后期掘進中共計放水量為5644m3，在放水過程中未發生一起因封孔質量不合格，導致透水事故。