礦山地質(zhì)探水鉆孔新型封孔工藝在華陽一礦的應(yīng)用

史賢章

（華陽一礦，山西 陽泉 045000）

煤礦地質(zhì)勘探和排水的目的是確保地下開采的安全，其中鉆孔和堵封孔是探水施工的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，封孔質(zhì)量與探放水效率、生產(chǎn)安全關(guān)系緊密。然而，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多煤礦因部分施工人員對(duì)封孔環(huán)節(jié)重視度不足、封孔技術(shù)落后等因素影響，封孔質(zhì)量普遍參差不齊，影響探放水效率。因此，強(qiáng)化封孔質(zhì)量對(duì)高效開展防治水工作具有積極意義。本文以華陽一礦81303 巷道為例，探索封孔技術(shù)，采用了一種新型封孔裝置，以保障探放水作業(yè)安全。

1 概況

華陽一礦81303 巷道斷面為矩形，巷道凈高為3 700 mm、凈寬5 000 mm，凈斷面18.5 m2。巷道掘進(jìn)15 號(hào)煤層，均厚7.7 m，采用底板平行掘進(jìn)方式。隨著開采深度的增加，防治水工作形式嚴(yán)峻，主要表現(xiàn)15 號(hào)煤層開采受到上覆煤層采空區(qū)積水影響，部分開采區(qū)域受鄰近采空區(qū)積水影響，區(qū)域內(nèi)陷落柱發(fā)育較多，可能導(dǎo)通上部水體與采掘空間通道，礦井存在突水隱患。

巷道開掘至200 m 時(shí)，揭露F1 斷層，頂板最大淋水量22 m3/h。為確保開采安全，巷道開掘至210 m 時(shí)，進(jìn)行巷道施工探水鉆孔作業(yè)，每排4個(gè)，孔距1.2 m，鉆孔仰角10°，孔深80 m。封孔采用傳統(tǒng)水泥砂漿封孔工藝進(jìn)行操作。但后期在放水作業(yè)中，時(shí)常出現(xiàn)封孔質(zhì)量不過關(guān)的情況，造成透水事故，嚴(yán)重威脅掘進(jìn)作業(yè)。

2 新型封孔裝置的結(jié)構(gòu)與工藝

由于華陽一礦81303 巷道開挖的15 號(hào)煤層煤質(zhì)較軟，且破損嚴(yán)重，在探放水作業(yè)中易于發(fā)生鉆孔周邊煤壁滲水。為了解決這個(gè)問題，通過查閱資料，結(jié)合煤體的實(shí)際情況，決定采用一套新型封孔裝置。

2.1 新型封孔裝置結(jié)構(gòu)

地質(zhì)探水鉆孔新型密封裝置主要構(gòu)成部件有法蘭盤、壓力表、固定錨索、閥門、灌漿軟管、孔口管、注漿泵和封堵材料等，如圖1 所示。

圖1 新型封孔裝置結(jié)構(gòu)Fig.1 New hole sealing device structure

（1）每個(gè)孔口管的長(zhǎng)度為1.5 m，直徑為127 mm，主材質(zhì)為無縫鋼管，相鄰2 孔口管連接方式為螺紋連接。

（2）壓力表和法蘭盤安裝在孔口管的外端，法蘭盤連接排水管，排水時(shí)壓力表主要顯示水壓狀況，便于控制水流量。

（3）封堵材料主要分為2 部分，一部分為底部封堵材料，主要是膨脹水泥；另一部分是粘結(jié)化學(xué)材料，主要是聚氨酯膠粘劑。膨脹水泥主要由膨脹劑、固體促進(jìn)劑、水、水泥混合后構(gòu)成，混合質(zhì)量比是1∶1∶5∶5，其中膨脹劑的主要成分為生石灰和鋁粉末，混合質(zhì)量比為9∶1；聚氨酯的主要成分是澆注型組合聚醚和PAPI，施工中將2 種物料進(jìn)行1∶1 的質(zhì)量比混合，聚氨酯具有凝結(jié)時(shí)間短、滲透性好、膨脹系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。

（4）選用注漿泵泵型號(hào)為3ZBQ20/24，風(fēng)壓0.2～0.63 MPa，流量為16 L/min，額定排放壓力18 MPa。注漿泵與DN10 軟管連接，在軟管中間設(shè)置閥門，用于控制注漿流量。

2.2 新型封孔工藝

（1）將鉆孔定位在煤體破碎區(qū)域適合位置，控制鉆孔角度，架設(shè)鉆機(jī)，鉆機(jī)穩(wěn)定前需要敲擊煤壁并敲幫問頂。

（2）采用直徑75 mm 鉆頭，首先在煤壁上開一個(gè)10 m 深的導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔施工完成后，更換150 mm 的鉆頭，沿孔壁將導(dǎo)孔擴(kuò)大，并且清理孔內(nèi)浮煤。

（3）清除孔內(nèi)所有浮煤后，導(dǎo)向孔內(nèi)布置7 個(gè)孔口管，安裝完成后，施工人員在鉆孔周邊采用多條錨索予以加固，錨索規(guī)格為φ19 mm×6 000 mm。

（4）施工人員在鉆孔上、下、左、右0.3～0.5 m 布置4 個(gè)注漿孔，注漿孔深度10 m、直徑45 mm。鉆孔施工完成后，對(duì)4 個(gè)鉆孔進(jìn)行灌漿。在注射過程中，當(dāng)鉆孔內(nèi)有聚氨酯泥漿滲漏時(shí)，應(yīng)及時(shí)停機(jī)，堵塞鉆孔。

（5）在鉆孔與孔口管之間的間隙處，應(yīng)預(yù)埋注漿小管，用速干水泥進(jìn)行密封，然后將混合完全的膨脹水泥通過注漿小管注入孔內(nèi)，注漿通常采用“外返漿”工藝。

（6）孔口管密封2 h 后，使用了φ75 mm 的鉆頭進(jìn)行鉆孔，孔深500 mm，對(duì)孔內(nèi)注水進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，測(cè)試水壓必須大于積水壓力的1.5 倍。密切關(guān)注煤體周圍是否有滲水現(xiàn)象，若1 h 內(nèi)孔口管不移動(dòng)，煤體無滲水，則封孔合格。

3 新型封孔裝置的優(yōu)點(diǎn)

（1）新型封孔裝置的封堵材料，以聚氨酯為主，可操作性強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)單，大幅降低了施工人員的作業(yè)強(qiáng)度。此外，聚氨酯漿液凝固速度快、滲透性強(qiáng)、膨脹系數(shù)高，30 min 即可將破碎煤體粘結(jié)，提高了鉆孔周邊煤體抗壓能力，防止煤壁滲水。

（2）新型封孔工藝采用的膨脹水泥和傳統(tǒng)工藝中使用的水泥砂漿、封孔器等相比，具有價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，膨脹水泥滲透性強(qiáng)、膨脹系數(shù)高、凝結(jié)快、強(qiáng)度高，能迅速提高鉆孔周邊煤體抗壓強(qiáng)度。

4 結(jié)語

華陽一礦81303 巷道在后期開掘中，共施工了70 個(gè)探水鉆孔，運(yùn)用新型工藝對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵后，封孔合格率大幅提升，從原來的54%提升至92%。在后期的探放水作業(yè)過程中，未發(fā)生因鉆孔封堵問題引發(fā)的煤壁滲水事故，有效避免了巷道的透水事故，為煤礦井下安全開采工作提供了有力保障。