囊袋注漿裝置在深孔爆破封孔中的應用

趙 敏

（晉城煤業集團趙莊煤業，山西 晉城 048000）

頂板鉆孔爆破工藝具有能量大、適應性強等優點，在巷道切頂留巷、卸壓護巷中應用十分普遍。傳統封孔方式為炮泥封孔，使用炮泥機制作炮泥卷，人工用炮棍搗入孔內，封孔長度不小于鉆孔深度的1/3。封孔長度在3 m 以內時，能夠取得較為理想的封孔效果。但是卸壓護巷爆破鉆孔深度達30～60 m，封孔長度10～20 m，填塞炮泥方式存在人工勞動強度大、填塞不實、工時過長的問題，嚴重影響爆破施工進度[1-3]。本文以趙莊煤業爆破卸壓護巷為工程背景，研究囊袋注漿裝置及工藝，以期能夠替代炮泥，實現深孔快速封孔，提高爆破效率。

1 工程背景

趙莊煤業一盤區開采3#煤層，煤層埋深750～850 m，煤層厚度4.5 m，1310 大采高工作面走向長度2600 m，傾向長度220 m。布置3 條順槽，13101、13102、13103 順槽，斷面尺寸為寬×高=5 m×4.5 m，其中13101 和13103 順槽為進風巷，13102 為回風巷，保護煤柱凈寬55 m。工作面與巷道位置關系如圖1 所示。其中，13102 巷為復用巷道，需要留下為下一工作面服務。

圖1 工作面巷道及橫川位置示意圖

但由于高地應力、圍巖強度低、劇烈采動影響等原因，1310 工作面回采過后，13102 巷滯后變形十分嚴重，巷幫收縮約2.5 m，頂板下沉量約1 m，底鼓超過1.5 m，剩余斷面不足5 m2，需要進行1～2遍巷修才能滿足下一工作面通風需求，耗費大量的人力物力。后來對復用巷道采取了注漿加固和錨索補強的綜合治理方案，在地質正常段取得了良好的效果，但是在地質異常段，如過斷層、陷落柱、軟煤區、超高區、復合泥巖頂板區等，效果甚微，變形仍然十分嚴重。因此，計劃對這些地質異常段采取深孔爆破卸壓方式，從根本上減輕頂板壓力，提高復用巷道維護效果。

2 原爆破卸壓實施方式及存在問題

2.1 實施方式

切頂爆破在13101 巷內實施，一方面切斷工作面與煤柱上方基本頂的聯系，另一方面有利于端頭區垮落，避免端頭懸頂危害。

鉆孔參數：頂板爆破鉆孔設計為一排，開孔位置距煤柱一幫0.5 m，如圖2（a）所示。鉆孔垂直于巷道傾向，由于巷道高度不足以施工垂直鉆孔，向采空區方向傾斜，與水平方向夾角75°，鉆孔垂直高度30 m，孔深31.5 m，孔徑均為75 mm，鉆孔間距2 m。為了增強爆破效果，每兩個爆破孔之間增加1 個空孔，空孔參數與爆破孔一致，鉆孔布置剖面圖如圖2（b）所示。

圖2 爆破鉆孔布置示意圖

裝藥：爆破孔封孔長度不小于孔深的1/3，即不小于10.5 m，設計封孔長度11.5 m，則裝藥長度設計為18 m，中間2 m 固定導爆索和雷管。裝藥管采用定向聚能管，10 根，2 m/根。里端9 根裝藥，每根管內裝4 卷藥卷，長度500 mm/卷，導爆索與最里1 根藥卷連接，從管壁外引出，依次裝入9 根裝藥聚能管，導爆索在第9 根下方與雷管連接，置于第10根空管內，雷管腳線從空管下端引出到孔口，然后用阻燃泡沫將第10 根空管填實，固定雷管。

封孔：設計封孔長度11.5 m，設計炮泥封孔，炮泥機制作炮泥卷，人工用炮棍填塞。通過炮棍長度控制封孔長度。

2.2 存在問題

工作面每天推進速度約8 m，至少需要爆破4～5 個鉆孔才能滿足工作面推進需求。每天可以施工10 個鉆孔，但封孔深度大，炮泥封孔速度慢，平均1 個班只能封1 個孔，且存在填塞不實、不均勻現象。同時部分鉆孔導通了頂板水，孔內一直出水，雖然炸藥、雷管、導爆索防水，但造成炮泥吸水軟化，呈泥漿狀，影響了封孔質量。爆破中多次出現炮泥段整體爆出現象，嚴重影響爆破施工進度。因此，必須縮短封孔時間，提高封孔效率。

3 囊袋注漿封孔裝置及封孔工藝

3.1 囊袋裝置結構

兩端為內、外兩個囊袋，囊袋采用柔性隔水材料制作成雙層圓柱形，空心，如圖3（a）所示。囊袋內外層之間開有圓孔，插入一根可彎曲塑料管連接兩個囊袋，1 處開口，2 處安裝低壓爆破片，開啟壓力為0.5 MPa。囊袋為空心，中部采用PVC 管連接，送入指定位置，PVC 管在3 處開小孔，內端用堵頭堵實，如圖3（b）所示。

圖3 囊袋裝置結構示意圖

3.2 封孔工藝

封孔時，注漿管先連接圖3（b）中的塑料管，從1 出口灌入內囊袋內，囊袋膨脹緊貼孔壁，阻隔孔內流水進入封孔段。當囊袋內的漿液壓力超過0.5 MPa 時，2 處低壓爆破片打開，漿液進入外囊袋。內外囊袋均灌滿漿液后，泵壓會停止不動，穩壓1 min，關閉孔口閥拔下注漿管。等待10 min左右，將注漿管連接PVC 管，漿液從3 出口進入，灌滿整個封孔段，灌滿后穩壓1 min。關閉孔口閥門拔掉注漿管，等待30 min 達到一定強度后，即可進行爆破作業。

囊袋注漿封孔工藝特別適合多孔集中封孔，可進一步提高效率。

3.3 封孔材料及設備

封孔采用雙液封孔材料，為A、B 雙組分無機材料，使用時加水攪拌，水灰比0.8:1。單液可保持40 min 左右良好流動性，混合后30～150 s 失去流動性，約5 min 凝固，8～10 min 完全硬化，2 h 強度可達9 MPa 以上。可以根據強度需要提高或者降低水灰比，可調范圍0.5:1～2:1，強度3～20 MPa。

考慮單孔封孔灌漿量較小，漿液水灰比要求高，封孔設備采用制漿、泵送一體的小型注漿泵。圖4所示注漿泵，長400 mm，寬300 mm，高500 mm，體積較小，質量僅30 kg，便于移動。雙液封孔材料包裝規格為25 kg/包，攪拌桶設計體積50 L，A、B各1 袋料，便于控制水灰比，也不容易造成浪費。最大注漿壓力可達5 MPa，滿足現場注漿壓力要求。

圖4 小型氣動封孔泵外觀

4 效果考察

4.1 封孔效率

現場采取集中打孔、集中裝藥、集中封孔、集中爆破方式。每天2 個生產班，1 個檢修班，利用2 個生產班和半個檢修班進行打孔、裝藥、封孔，剩下半個檢修班爆破。原來炮泥封孔方式1 個班封1 個孔，現在采用囊袋裝置，封10 個孔僅需3 h，大幅提高了封孔效率，滿足工作面日推進8 m 的需要，極大地減輕了人工勞動強度。

4.2 封孔效果

囊袋裝置封孔，采用灌注流動性漿液的方式，封孔密實，不存在空隙，能夠防止流水進入封孔段對漿液產生影響，漿液凝固速度快，強度增長迅速。

現場采用囊袋裝置連續封孔90 個，爆破未出現封孔段整體爆出現象。

5 結論

（1）深孔爆破封孔中，傳統炮泥存在效率低、勞動強度大、填塞不實等問題，封孔段容易整體爆出，且嚴重影響施工進度。

（2）囊袋注漿裝置采用內外雙囊袋依次灌漿、中部灌漿的封孔方式，采用速凝早強的雙液封孔材料，配套小型一體封孔泵，實現了快速高效封孔。

（3）效果考察表明，與炮泥封孔方式相比，使用囊袋封孔裝置后，由每天封1 個孔提高到3 h封10 個孔，效率大幅提高。爆破過程一切正常，未出現整體爆出現象。