采煤面頂板深孔預(yù)裂爆破注漿封孔技術(shù)研究與應(yīng)用

劉尊杰 秦 陽

（1.山東省能源局，山東 濟(jì)南 250000；2.山東方大工程有限責(zé)任公司，山東 淄博 255100）

在頂板深孔預(yù)裂爆破中，高質(zhì)量的封孔是爆破效果良好的必要條件，封孔技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，爆破孔封孔材料的選擇、封孔參數(shù)的確定以及封孔工藝的應(yīng)用直接影響封孔質(zhì)量和效果。通過改善頂板深孔預(yù)裂爆破封孔技術(shù)，可以有效地提高爆破效果、減少爆破事故、釋放圍巖集中應(yīng)力、確保安全生產(chǎn)。

1 概況

門克慶井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市烏審旗內(nèi)，鄂爾多斯呼吉爾特礦區(qū)的中部，隸屬烏審旗圖克鎮(zhèn)。井田東西寬約7.2 km，南北長約12.3 km，面積88.632 9 km2。井田含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)，其沉積基底為三疊系上統(tǒng)延長組(T3y)。該組地層厚度為228.06～323.21 m，平均281.86 m，首采煤層為3-1 煤，平均可采厚度4.8 m。該煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般不含夾矸，局部含1～2 層夾矸。煤層頂板巖性以粉砂巖為主，其次為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖；底板巖性多為砂質(zhì)泥巖及粉砂巖。沖擊傾向性鑒定為： 3-1 煤層頂?shù)装澹鶎儆冖蝾悾哂腥鯖_擊傾向性；3-1 煤屬于Ⅲ類，具有強(qiáng)沖擊傾向性。

針對此礦井沖擊地壓情況，在11-3104 工作面開展頂板深孔爆破技術(shù)基礎(chǔ)上，研究頂板預(yù)裂爆破單液注漿封孔技術(shù)，以提高施工效率，減少安全隱患。

2 封孔材料選用及封孔結(jié)構(gòu)

2.1 封孔材料選用

封孔材料主要以專用FKL-1 型封孔料為主，并輔以水泥藥卷。該專用封孔注漿料具有密度好、質(zhì)量輕、凝固速度快、抗壓強(qiáng)度高等特點(diǎn)；水泥藥卷規(guī)格：長250 mm，直徑60 mm。

2.2 封孔結(jié)構(gòu)

采用封孔結(jié)構(gòu)：水泥藥卷-專用注漿料-水泥藥卷。具體堵孔方式為：孔底0.5 m 水泥藥卷，主要作用是通過固定返漿軟管位置控制封孔長度；中部專用注漿料化纖素；孔口1m 水泥藥卷，主要作用是固定注漿軟管以及防止中部注漿液泄漏。

3 施工工藝

為防止爆破孔內(nèi)爆炸氣體外泄，充分保障預(yù)爆破效果，爆破孔的充填封堵工藝及質(zhì)量狀況至關(guān)重要。經(jīng)研究和試驗(yàn)，注漿材料采用FKL-1 型專用封孔注漿料，水灰比1:1.5。鉆孔裝藥結(jié)束后，采用水泥藥卷將爆破筒固定在設(shè)計(jì)位置，然后Ф16 mm軟管（作返漿管用）捆至水泥藥卷上，軟管割返漿口，用炮桿將其送入孔底并固定。采用水泥藥卷下設(shè)Ф16 mm 軟管（作注漿管用）距孔口6 m，并對鉆孔最后1 m 進(jìn)行水泥藥卷封孔且封嚴(yán)、封實(shí)，防止注漿液泄漏。通過改造的注漿管口與Ф25 mm 軟管連接，將注漿材料按照水灰比制作漿液，用單液注漿、風(fēng)動攪拌裝置壓入鉆孔，待返漿管溢出與配比漿液一樣濃度后，用塑料瓶灌裝溢出漿液，并將兩根軟管折彎打結(jié)。若正向注漿，注漿管路發(fā)生堵塞，未達(dá)預(yù)估吸漿量，從返漿管內(nèi)向孔內(nèi)二次注漿封孔，直至封孔質(zhì)量合格。待漿液凝固1.5 h 后，觀察塑料瓶漿液凝固情況，待確認(rèn)無誤后，方可進(jìn)行起爆。裝藥堵孔結(jié)構(gòu)示意如圖1。

圖1 裝藥堵孔結(jié)構(gòu)示意圖

4 與傳統(tǒng)封孔工藝技術(shù)的對比

針對采煤面頂板深孔預(yù)裂爆破注漿封孔中的單液注漿配比、縮短凝結(jié)時(shí)間、控制封孔長度、快速高效注漿、提高爆破效果、減少爆破事故率等施工難點(diǎn)進(jìn)行研究：

（1）試用注漿材料單液注漿配比參數(shù)，縮短漿液凝膠時(shí)間，將其凝固時(shí)間控制在1.5～2 h，解決因等待漿液凝固導(dǎo)致爆破孔起爆時(shí)間晚和在注漿過程中雙液注漿配比失調(diào)導(dǎo)致封孔不實(shí)易堵孔的問題。

（2）改善注漿工藝，采用正、反循環(huán)相結(jié)合注漿方式，在無注漿壓力情況下單液漿液將爆破孔封孔段充填飽滿的問題，從而提高鉆孔封孔成功率，實(shí)現(xiàn)高效注漿。

（3）研究注漿軟管孔內(nèi)快速固定和封孔長度有效控制工藝，一是采用水泥藥卷固定軟管，高效快捷；二是將注漿軟管固定孔口，將返漿軟管固定在爆破筒底部，有效控制爆破孔的封孔長度，從而解決封孔不實(shí)和長度不足的現(xiàn)象，達(dá)到頂板爆破封孔長度設(shè)計(jì)要求。

5 現(xiàn)場試驗(yàn)

在內(nèi)蒙古門克慶11-3104 工作面回風(fēng)順槽超前段頂板卸壓區(qū)域進(jìn)行了堅(jiān)硬頂板深孔預(yù)裂爆破工作，現(xiàn)場爆破鉆孔均采用經(jīng)選定的單液注漿的封孔方式，總體效果達(dá)到預(yù)期。從前期施工的8 個深孔爆破鉆孔封孔施工情況來看，所有試驗(yàn)鉆孔均封孔效果良好。在后期施放的10 個爆破孔中，無一出現(xiàn)輕微空槍現(xiàn)象。通過工程試驗(yàn)驗(yàn)證，新的單液封孔材料及技術(shù)，使深孔爆破預(yù)裂鉆孔爆破效果更明顯，特別針對超過60 m 的中深孔，更有較高的應(yīng)用價(jià)值，對目標(biāo)斷裂層位進(jìn)行了有效的預(yù)裂、斷裂等控制。前期施放的8個爆破孔封孔參數(shù)情況見表1。

6 結(jié)論

（1）該種材料具有良好的滲透性、塑性、膨脹性，且抗壓強(qiáng)度高，其漿液能夠與鉆孔壁形成致密結(jié)合體，有效封堵微小裂隙和密封鉆孔周圍的漏氣圈，從而充分利用孔內(nèi)爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波能量，提高能量利用率，大比例提高了深孔預(yù)裂爆破產(chǎn)生的效果。

（2）選取的該種封孔材料密度好，質(zhì)量輕，可降低井下工人運(yùn)輸?shù)膭趧訌?qiáng)度。

（3）選取封孔材料隨水灰比加大，注漿料凝固時(shí)間縮短，可以最大限度地減少引爆等待時(shí)間，提高作業(yè)效率。

（4）該單液封孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)封孔作業(yè)流程化，大大提高了深孔預(yù)裂爆破穩(wěn)定性和安全性，有效預(yù)防頂板事故和沖擊地壓事故的發(fā)生。