礦用鉆孔封孔器的研制與應用

李培青

1 設計研制的必要性

大同煤礦集團公司四老溝礦經歷了六十余年的開采，目前14#煤層以上煤層已全部采空，因而形成大面積的采空區，采后裂隙已通至地表，給地表雨水、含水層水、層間裂隙水通入井下采空區提供了良好通道。所以，四老溝礦目前古空積水主要溶積在11#層部分采空區和14#層采空區。為了解除水患，對在14#層采掘過程中探放水鉆孔施工時封孔的要求特別嚴格，而市場上沒有專用的礦井鉆孔封孔器銷售，目前一般煤礦基本上都采用木楔釘入鉆孔與封孔器的空隙后用水泥砂漿充填封孔。有時所探積水水位較高，壓力較大，上述封堵鉆孔的方法不能滿足生產需要，所以研究新型的封孔器滿足了不同水位的探水鉆孔封堵的要求。

2 設計過程

以前所使用的封孔器為單管封孔器，現采用內外雙管封孔器。粗管的內徑略大于細管的外徑，細管的長度比粗管的長度長0.55 m～0.75 m。將細管套入粗管內，在細管的尾部套上0.3 m～0.5 m 長度相應的橡膠管，在細管的尾端套焊接5 mm 長的粗厚管環，在粗細管的頭部各焊接相應的法蘭盤，在粗管頭部相對細管頸部再焊接一個法蘭盤，細管頸部的法蘭盤上再焊上兩個相互對稱的螺母，配備200 mm 長相應螺絲桿，細管頭部法蘭盤可外接相應的水閥門，至此一個新型的鉆孔封孔器制做完成[2]（見圖1）。

圖1 封孔器

自行研制的這種封孔器可根據不同的鉆孔需要及鉆孔開囗位置的圍巖特征和裂隙發育程度，進行各種不同直徑和長度的系列產品制做，因此它適應各類鉆孔的封孔作業。使用時，當鉆孔開口適當長度后，用外徑與鉆孔直徑相應的封孔器直接插入鉆孔內，再用扳手擰緊螺絲桿即可。

它的使用原理為：當擰動螺絲桿時，螺絲桿帶動內細管推動外粗管，使內外管頭部位移逐漸離開，而尾部位移逐漸接近。在此過程中，細管尾部焊接的外管套與外管逐漸擠壓套在內管上的橡膠管，使橡膠管橫向長度壓縮而縱向漲開，使塑性很好的橡膠管緊緊地被擠壓在封孔器與鉆孔壁之間，既完全堵塞封孔器與鉆孔之間的縫隙，又極大地增加封孔器與鉆孔間的壓力，使封孔器與鉆孔難以相對位移，從而避免鉆孔內水壓過大將封孔器推出而達到完全封孔的目的[3]。因此，此類封孔器封孔效果極佳且操作方便。

3 應用情況及社會經濟效益

自行研制的礦用鉆孔封孔器在四老溝礦礦井下探放水鉆孔、煤層注水孔、盤區巷泄水孔等所有鉆孔的封口上使用效果相當好，既滿足了良好的封孔要求，又給文明生產提供了方便。特別在該礦14#煤層402盤區各工作面的探放水工作中，因該盤區各工作面上覆11#煤層各采空區都積聚大量的積水，14#煤層與11#煤層采空區間距50 m 左右，且采空區積水量大，積水水位差在20 m 左右，預計水壓大于7 MPa。在探放水鉆孔開口安裝自產封孔器后，進行內壓試驗，發現鉆孔周圍無滲漏水現象，說明該封孔器最低能抵抗7 MPa 的水壓。20 個不同的鉆孔試驗，表明效果良好。在四老溝礦及集團公司白洞礦、云岡礦、朔州煤電公司各礦的使用過程中，應用效果突出，操作方便，反映良好。2012 年三季度山西省煤炭廳組織的安全質量標準化檢查組來我礦檢查時，專家們對我礦自行研制的礦用鉆孔封孔器進行了參觀咨詢，并給予高度評價。

由于市場上沒有此類產品銷售，各礦都自行制做。以前使用的封孔器使用效果差，且須頻繁重復封孔操作，我們也曾向其他單位咨詢，都沒有找到理想的封孔器。其中一次從外地某礦以3 000 元購買一套鉆孔封孔器，封孔效果仍然不理想。經過探索研制該類封孔器，以可比價格參考，按每套均價3 000 元(其中材料費約350 元)，每個工作面平均6 個探放水鉆孔，工作面兩側順槽巷每50 m 一個注水孔，工作面平均煤厚2.5 m，工作面寬度120 m，長度1 000 m等參數推算，[(3 000-350)× (6+1 000×2/50)]/[2.5×1.3×120× (1 000-50)]=0.33 元/t，既每噸煤節約成本0.33 元。按年產300 萬t 計算可節約資金99 萬元。該鉆孔器的使用對煤礦安全質量標準化工作，安全管理，降低工人勞動強度等都有不可估量的作用。

4 總體性能比較和推廣應用前景

隨著全國煤炭系統安全質量標準化的要求不斷提高，煤礦防治水及一通三防工作越來越重要。自行研制的礦用鉆孔封孔器，煤礦井下需要封孔的各類鉆孔都可應用。因其使用效果顯著，操作方便，可在全國煤礦系統礦井防治水及一通三防工作中廣泛推廣應用。

[1]煤炭工業部技術咨詢委員會.煤炭工業技術政策[M].北京：煤炭工業出版社，1988.

[2]機械工程師電氣工程師手冊編委會.機械工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，1990.

[3]郭芝俊，左寶山，張桂芝，等.機械設計便覽[M].天津：天津科學技術出版社，1990.