煤礦地質探水鉆孔新型封孔裝置的應用分析

李 騁

（大同煤礦集團北辛窯煤業公司， 山西 忻州 034000）

引言

煤礦地質探放水施工是保證井下采掘工程安全高效開展的重要技術途徑，其中探水鉆孔封孔施工是整個探水作業中重要一項環境，封孔質量直接關系著探放水施工效率及施工安全，但是在實際煤礦生產過程中，由于煤礦地質探放水施工人員對封孔重要性重視不足、封孔技術落后等原因，導致煤礦探水鉆孔封孔質量差，大大降低了探放水施工效率；所以加強煤礦地質探放水鉆孔封孔質量，對煤礦防治水工作高效開展具有重要意義。本文以北辛窯礦2102巷為例，為進一步提高探水鉆孔封孔質量，采用新型封孔裝置，力求保證探放水施工安全。

1 北辛窯煤礦2102巷概況

大同煤礦集團北辛窯煤業公司2102巷位于井田11采區，巷道設計長度為1 154 m，巷道為矩形斷面，斷面規格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進煤層為2號煤，煤層平均厚度為5.92 m，施工巷道沿煤層底板平行掘進，截止目前巷道已掘進420 m[1-2]。

根據地質報告及井下工程揭露，2號煤頂板砂巖（K3）富水性弱-中等，但孔隙裂隙發育，連通性好，滲流暢通，徑流條件較好，與煤層間距為15 m，2102巷掘進至120 m處頂板出現局部淋水現象，淋水量為5 m3/h，巷道掘進至174 m處揭露F1斷層時頂板最大淋水量為21 m3/h，為了保證巷道掘進安全，巷道掘進至180 m處決定對巷道施工探水鉆孔，每排布置四個，鉆孔間距為1.2m，鉆孔仰角為10°，鉆孔深度為80 m，鉆孔施工完后采用傳統水泥砂漿進行封孔，由于封孔工藝差，封孔后在放水施工時經常出現因封孔質量不合格導致透水事故，威脅著巷道安全掘進。

2 新型封孔裝置的結構與工藝

由于2102巷掘進的2號煤層煤質比較松軟且破碎嚴重，工作人員在進行探放水作業時很容易發生鉆孔周圍煤壁滲水。技術人員為了解決這一難題，通過查閱資料和結合煤體實際現狀，決定采用一套新型封孔裝置。

2.1 新型封孔裝置結構

地質探水鉆孔新型封孔裝置主要由法蘭盤、壓力表、固定錨索、閥門、注漿軟管、孔口管、注漿泵以及封堵材料等部分組成，如圖1所示。

1）每節孔口管長度為1.5 m，直徑為127 mm，主要由無縫鋼管制成，相鄰兩節孔口管采用絲扣式連接。

2）孔口管外端安裝壓力表及法蘭盤，法蘭盤與放水管進行連接，壓力表主要顯示放水期間水壓大小，從而便于放水流量。

3）封堵材料主要分兩部分，一部分為底部封堵材料，主要采用膨脹水泥，另一部分為黏接化學材料主要采用聚氨酯粘合劑；其中膨脹水泥主要是由膨脹劑、固體速凝劑、水及水泥混合而成，混合的質量比例為1∶1∶5∶5，膨脹劑主要成分為生石灰和鋁粉，混合質量比例為9∶1；聚氨酯的主要成分為澆筑型組合聚醚與PAPI，工作人員將這兩種物質按照1∶1的質量比例進行混合形成漿液。聚氨酯能夠在較短的時間內冷凝，同時滲透性好、膨脹系數高。

圖1 2102巷地質探水鉆孔新型封孔裝置結構示意圖

4）注漿泵型號為3ZBQ20/24型，該泵供氣壓力為0.2～0.63 MPa，排漿流量為16 L/min，額定排漿壓力18 MPa；注漿泵與注漿軟管連接，軟管直徑為10 mm，軟管中部安裝一個閥門主要控制注漿流量[3]。

2.2 新型封孔裝置封孔工藝

1）首先在鉆孔周圍煤體破碎區域找好鉆孔的位置與角度，并穩設鉆機，穩設鉆機前需對周圍煤壁敲幫問頂。

2）在鉆機上安裝一個75 mm的鉆頭，并在煤壁開一個深度為10 m的導向孔，待10 m的導向孔完成施工后，工作人員更換一個150 mm的鉆頭，并沿著導向孔的方向進行擴孔，同時將孔內的浮煤進行清理。

3）當孔內的浮煤全部清理完畢后，對鉆孔內安裝7根孔口管，安裝后施工人員繼續在鉆孔周圍施工多個錨索對鋼管進行加固，錨索的長與直徑分別為6 m及19 mm。

4）施工人員在鉆孔上下左右方向0.3～0.5 m處施工四個注漿鉆孔，注漿鉆孔的深度及直徑分別為10 m和45 mm，鉆孔施工后使用注漿泵對四個鉆孔進行注射，在注射的過程中當鉆孔內有聚氨酯漿液滲出時及時停機，并對鉆孔進行封堵[4-5]。

5）在鉆孔與孔口管的間隙處預先埋設一根注漿小管，并用速干劑水泥進行封口，之后繼續使用注漿泵將混合好的膨脹水泥通過注漿小管注入孔內，注漿通常采用“外返漿”工藝流程。

6）在孔口管封固2 h后工作人員使用直徑為75 mm的鉆頭施工一個鉆孔，鉆孔的深度為500 mm，通過對孔內進行注水來檢驗鉆孔的耐壓強度，通常注水壓力必須大于積水壓力的1.5倍，工作人員在注水的同時觀察煤體周圍有無滲水現象，如在1 h內孔口管不竄動，煤體無滲水，則可確認該鉆孔封孔完好。

3 新型封孔裝置的優缺點

1）新型封孔裝置主要采用聚氨酯進行鉆孔進行封堵，工藝流程簡單，能夠大大降低工作人員的勞動強度，再加上聚氨酯漿液能夠在較短的時間內冷凝，同時具有滲透性好、膨脹系數高的特點，在半小時之內能夠將破碎的煤體進行粘連，增加了鉆孔周圍破碎煤體的抗壓強度，避免鉆孔周圍煤壁滲水。

2）新型封孔裝置采用的新型膨脹水泥與水泥砂漿及封孔器等傳統工藝相比具有價格便宜、滲透性好、膨脹系數高、凝固時間短、抗壓強度高的特點，能夠在較短的時間內與煤壁緊密粘連，提高了煤體的抗壓強度。

4 新型封孔裝置的應用效果

2102巷在后期掘進中共施工70個探水鉆孔，通過對這些鉆孔采用新型封孔裝置后，鉆孔封孔率由原來的54%提高到92%，而且在半年的探放水施工作業中未出現一次由于鉆孔封堵不嚴發生孔口管竄動、煤壁滲水事故，有效地防止了巷道透水事故的發生，為礦井的安全生產提供了保障。