煤礦探放水鉆孔新型封孔裝置的分析與應(yīng)用

金 磊

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)公司，山西 大同 037003）

引言

當(dāng)前，在井下采掘的過程中，只有充分發(fā)揮地質(zhì)探放水施工的技術(shù)優(yōu)勢，才可以有效地提高施工的安全性。在實(shí)施探水施工的過程中，探水鉆孔封孔施工是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，封孔質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定探放水的安全?？墒窃趯?shí)施煤礦開采時(shí)，由于煤礦工人職業(yè)素養(yǎng)低下，不重視封孔質(zhì)量，從而導(dǎo)致封孔質(zhì)量下降，最終大大制約了探放水施工的效率。由此可以看出，必須嚴(yán)格把控煤礦地質(zhì)探方水鉆孔封孔的質(zhì)量。

1 大塔山煤礦有限公司塔山白洞井2105巷概況

2105掘進(jìn)巷位于C5號層301盤區(qū)南部，巷道開口位置在盤區(qū)皮帶巷，南部130 m為已采的8107面，北部為實(shí)煤區(qū)，東部為盤區(qū)回風(fēng)、材料、皮帶巷，西部隔礦界煤柱與塔山礦相鄰，此處塔山礦未開采。工作面煤層基本呈一單斜構(gòu)造，走向近于EW，傾向近于N，傾角約為3°~6°。

2105巷掘到290 m處將遇到一條斷層（F1），落差3.50~5.00 m，傾向SE，傾角8°~85°。巷掘到1 154 m處將遇到一條斷層（F2），落差0.3~1.0 m，傾向SW，傾角72°，2105巷掘到約527 m處，可能遇到火成巖，火成巖方向約為N-S，巖墻厚度約為4~8m，根據(jù)以往揭露的情況看，火成巖墻不導(dǎo)水[1-2]。

2105巷規(guī)格為5.0 m×3.5 m（寬×高），設(shè)計(jì)長度為1 935 m，巷道方位298°。地下水補(bǔ)給，逕流、排泄條件：地下水的補(bǔ)給主要來源于大氣降水，井田內(nèi)侏羅系煤層大部分已采，煤層采后由于頂板冒落，導(dǎo)水裂隙帶的形成，第四系含水層，云崗組含水層、大同組含水層互相溝通，地下水的補(bǔ)給條件極其優(yōu)越。礦井排水是排泄的主要方式。巷道預(yù)計(jì)于2019年11月10日掘進(jìn)，8105工作面預(yù)計(jì)2023年8月開采[3-4]。為了更好地處理巷道掘進(jìn)安全問題，通常巷道掘進(jìn)一段距離之后開始進(jìn)行探水鉆孔，在實(shí)施探水時(shí)，在每排設(shè)置四個(gè)孔，鉆孔之間的間距設(shè)定為1.2 m，鉆孔仰角設(shè)定為10°，將鉆孔深度設(shè)定為80 m，當(dāng)工作人員完成鉆孔后，采用傳統(tǒng)水泥砂漿進(jìn)行封孔，可是該封孔方式工藝簡單，出現(xiàn)封孔質(zhì)量不佳的現(xiàn)象，最終在放水時(shí)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，進(jìn)而對巷道安全產(chǎn)生了威脅。

2 新型封孔裝置的結(jié)構(gòu)與工藝

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)2105巷道煤質(zhì)相對松軟，因此工作人員在開展工作的過程中出現(xiàn)探放水從鉆孔附近出現(xiàn)滲水的現(xiàn)象。相關(guān)工作人員經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)以及該煤體的實(shí)際出發(fā)，最終選用新型封孔裝置。

2.1 新型封孔裝置結(jié)構(gòu)

該新型封孔裝置包括如下幾個(gè)單元：法蘭盤單元、固定錨索、注漿軟管、注漿泵、壓力表、封堵材料等，如圖1所示。

圖1 探水鉆孔新型封孔裝置結(jié)構(gòu)圖

1）每個(gè)節(jié)孔口管的長度設(shè)置為1.5 m長，其直徑設(shè)定為127 mm，材料為無縫鋼管，相鄰兩節(jié)孔口管選用絲扣式連接。

2）在孔口管外端位置設(shè)置法蘭盤單元以及壓力表，具體如下：將法蘭盤與放水管進(jìn)行連接，通常壓力表的功能是顯示放水過程中，水壓的大小，進(jìn)而能夠更好地控制放水流量。

3）通常將封堵材料分為兩種：第一種，底部封堵材料，其是由膨脹水泥組成。第二種，豁接化學(xué)材料，其主要是由聚氨醋黏合劑組成。通常膨脹水泥由膨脹劑、固體速凝劑、水、水泥組成，其質(zhì)量比例為：1∶1∶5∶5。通常，聚氨醋是由澆筑型組合聚醚、PAPI組成，在制作的過程中，將兩者以等比例混合。

4）選擇型號為3ZBQ20/24的注漿泵，將供氣壓力設(shè)定為0.2~0.63 MPa，注漿泵額定排漿壓力可以達(dá)到18 MPa。

2.2 新型封孔裝置封孔工藝

1）首先在實(shí)施鉆孔時(shí)，必須在煤體破碎位置選定合適的鉆孔位置以及角度，與此同時(shí)穩(wěn)設(shè)鉆機(jī)，以及進(jìn)行敲幫問頂工作。

2）鉆機(jī)選用的鉆頭為75 mm。與此同時(shí)在開始鉆頭之前在煤壁上面設(shè)置一個(gè)深度為10 m的導(dǎo)向孔，當(dāng)導(dǎo)向孔設(shè)置完成后，接著需要換一個(gè)150 mm的鉆頭，這樣工作人員可以沿著導(dǎo)向孔方向開始擴(kuò)孔，與此同時(shí)需要清理導(dǎo)向孔中的浮煤。

3）假如全部將浮煤清理之后，可以在鉆孔中設(shè)置七根孔口管，等安裝完成之后，工作人員可以在鉆孔附近設(shè)置用來加固的錨索鋼管，選擇錨索的直徑與長度分別為19 mm、6 m。

4）通常工作人員可以在鉆孔四周對稱位置的0.3~0.5的范圍內(nèi)設(shè)置四個(gè)注漿鉆孔，孔深、直徑分別為10 m、45 mm。待鉆孔完成后，工作人員可以使用注漿泵對鉆孔進(jìn)行注射，假如在注射鉆孔時(shí)，出現(xiàn)聚氨醋漿液滲出時(shí)，工作人員必須及時(shí)停止注射，同時(shí)將鉆孔封堵。

5）通?？梢栽阢@孔以及孔口位置設(shè)置一個(gè)注漿小管，與此同時(shí)必須采用速干劑水泥將其封口，接著借助注漿泵把混合好的膨脹水泥通過小管注入孔內(nèi)。

6）當(dāng)孔口管位置經(jīng)過2 h的封固之后，工作人員可以更換75 mm直徑的鉆頭實(shí)施鉆孔，孔深可以設(shè)定為500 mm?？梢越柚變?nèi)注水情況來檢驗(yàn)鉆孔所能承受的耐壓強(qiáng)度，通常情況下將注水壓力不小于積水壓力1.5倍，工作人員在進(jìn)行注水的過程中，必須認(rèn)真觀察是否存在滲水現(xiàn)象。

3 新型封孔裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

1）對于新型的封孔裝置而言，可以借助聚氨蠟祖封堵鉆孔，該方式工藝簡單，滲透性好、具有較大得膨脹系數(shù)，同時(shí)能夠有效地降低勞動強(qiáng)度。通常在半小時(shí)內(nèi)完成破碎煤體的粘連，進(jìn)而可以大大強(qiáng)化破碎煤體的抗壓強(qiáng)度，防止鉆孔出現(xiàn)滲水的現(xiàn)象。

2）經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)該新型封孔裝置具有價(jià)格低廉、膨脹系數(shù)高、滲透性好、凝固時(shí)間短、抗壓強(qiáng)度高等特點(diǎn)，因此能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成煤壁的密封，從而可以有效地提高煤體的抗壓強(qiáng)度。

4 新型封孔裝置的應(yīng)用效果

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，在2105巷中共計(jì)鉆了70個(gè)探水鉆孔，將新型封孔裝置運(yùn)用到鉆孔中時(shí)，封孔率提高了25%。經(jīng)過半年的探水施工檢查發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)鉆孔封堵的現(xiàn)象，降低了滲水事故，因此能夠?yàn)榫掳踩峁┯行У乇Ｕ稀?/p>