煤礦探放水鉆孔新型封孔裝置的分析與應用

金 磊

（晉能控股煤業集團白洞礦業公司，山西 大同 037003）

引言

當前，在井下采掘的過程中，只有充分發揮地質探放水施工的技術優勢，才可以有效地提高施工的安全性。在實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環節，封孔質量的優劣直接決定探放水的安全。可是在實施煤礦開采時，由于煤礦工人職業素養低下，不重視封孔質量，從而導致封孔質量下降，最終大大制約了探放水施工的效率。由此可以看出，必須嚴格把控煤礦地質探方水鉆孔封孔的質量。

1 大塔山煤礦有限公司塔山白洞井2105巷概況

2105掘進巷位于C5號層301盤區南部，巷道開口位置在盤區皮帶巷，南部130 m為已采的8107面，北部為實煤區，東部為盤區回風、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，根據以往揭露的情況看，火成巖墻不導水[1-2]。

2105巷規格為5.0 m×3.5 m（寬×高），設計長度為1 935 m，巷道方位298°。地下水補給，逕流、排泄條件：地下水的補給主要來源于大氣降水，井田內侏羅系煤層大部分已采，煤層采后由于頂板冒落，導水裂隙帶的形成，第四系含水層，云崗組含水層、大同組含水層互相溝通，地下水的補給條件極其優越。礦井排水是排泄的主要方式。巷道預計于2019年11月10日掘進，8105工作面預計2023年8月開采[3-4]。為了更好地處理巷道掘進安全問題，通常巷道掘進一段距離之后開始進行探水鉆孔，在實施探水時，在每排設置四個孔，鉆孔之間的間距設定為1.2 m，鉆孔仰角設定為10°，將鉆孔深度設定為80 m，當工作人員完成鉆孔后，采用傳統水泥砂漿進行封孔，可是該封孔方式工藝簡單，出現封孔質量不佳的現象，最終在放水時出現滲水現象，進而對巷道安全產生了威脅。

2 新型封孔裝置的結構與工藝

經過分析發現2105巷道煤質相對松軟，因此工作人員在開展工作的過程中出現探放水從鉆孔附近出現滲水的現象。相關工作人員經過技術攻關以及該煤體的實際出發，最終選用新型封孔裝置。

2.1 新型封孔裝置結構

該新型封孔裝置包括如下幾個單元：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構圖

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

2）在孔口管外端位置設置法蘭盤單元以及壓力表，具體如下：將法蘭盤與放水管進行連接，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，將供氣壓力設定為0.2~0.63 MPa，注漿泵額定排漿壓力可以達到18 MPa。

2.2 新型封孔裝置封孔工藝

1）首先在實施鉆孔時，必須在煤體破碎位置選定合適的鉆孔位置以及角度，與此同時穩設鉆機，以及進行敲幫問頂工作。

2）鉆機選用的鉆頭為75 mm。與此同時在開始鉆頭之前在煤壁上面設置一個深度為10 m的導向孔，當導向孔設置完成后，接著需要換一個150 mm的鉆頭，這樣工作人員可以沿著導向孔方向開始擴孔，與此同時需要清理導向孔中的浮煤。

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的范圍內設置四個注漿鉆孔，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行注射，假如在注射鉆孔時，出現聚氨醋漿液滲出時，工作人員必須及時停止注射，同時將鉆孔封堵。

5）通常可以在鉆孔以及孔口位置設置一個注漿小管，與此同時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。

6）當孔口管位置經過2 h的封固之后，工作人員可以更換75 mm直徑的鉆頭實施鉆孔，孔深可以設定為500 mm。可以借助孔內注水情況來檢驗鉆孔所能承受的耐壓強度，通常情況下將注水壓力不小于積水壓力1.5倍，工作人員在進行注水的過程中，必須認真觀察是否存在滲水現象。

3 新型封孔裝置的優缺點

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，同時能夠有效地降低勞動強度。通常在半小時內完成破碎煤體的粘連，進而可以大大強化破碎煤體的抗壓強度，防止鉆孔出現滲水的現象。

2）經過實踐發現該新型封孔裝置具有價格低廉、膨脹系數高、滲透性好、凝固時間短、抗壓強度高等特點，因此能夠在較短的時間內完成煤壁的密封，從而可以有效地提高煤體的抗壓強度。

4 新型封孔裝置的應用效果

經過分析發現，在2105巷中共計鉆了70個探水鉆孔，將新型封孔裝置運用到鉆孔中時，封孔率提高了25%。經過半年的探水施工檢查發現并未出現鉆孔封堵的現象，降低了滲水事故，因此能夠為井下安全提供有效地保障。