華陽一礦地質探水鉆孔新型封孔裝置的應用分析

鄯振華

（華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）

1 概 況

煤礦的地質探放水作業是確保煤炭開采安全的重要途徑，主要包括鉆孔和封孔環節。封孔是整個探放水施工的關鍵環節，封孔質量與探放水施工效率呈正比例關系，但在早期礦井實際生產作業中，由于煤礦的地質探水員對封孔的認知不高，加之封孔工藝落后，礦井探放水鉆孔封孔質量參差不齊，導致探放水作業效率不高。因此，強化礦井地質探放水鉆孔封孔質量，有助于提高礦井防治水工作效率。本文以華陽一礦81303 工作面為例，為有效提升探放水鉆孔封孔質量，設計了一種新型封孔裝置，以確保探放水作業安全及施工效率。

2 81303 工作面情況

華陽一礦坐落于山西省陽泉市西北部，井田位于沁水煤田北側，東西走向14.5 km，南北向9.8 km，總面積約83.6126 km2。華陽一礦81303 工作面沿15 號煤層掘進，煤層厚度7.88～6.35 m，均厚7.49 m，煤層傾角1°～13°。工作面斷面為矩形，尺寸為5 200 mm×3 700 mm，凈面積19.24 m2。最大涌水量20 m3/h，平均涌水量2.020 m3/h。15 號煤層上方覆蓋灰黑色砂質泥巖，均厚1.7 m。為確保巷道掘進安全，擬對巷道進行探水鉆孔，孔間距1.2 m，孔仰角10°，孔深80 m，每排設4個，鉆孔完成后，采用傳統水泥砂漿予以封孔處理，然而封孔工藝不高，作業后經常發生透水現象，給巷道掘進帶來嚴重的安全隱患。81303 工作面地質構造如圖1 所示。

圖1 81303 工作面地質構造分布Fig.1 No.81303 face geological structure distribution

3 新型封孔裝置的結構與工藝

由于81303 工作面的15 號煤層煤質相對較軟，且破損嚴重，工作人員在進行探放水作業時經常發現鉆孔周圍的煤壁漏水。為了解決這一問題，經過查閱相關資料，并依據15 號煤層的實際情況，擬采用新型封孔裝置。

3.1 新型封孔裝置結構

該封孔裝置主要由法蘭、壓力表、固定錨索、閥門、灌漿軟管、孔口管、灌漿泵及封堵材料等組成，如圖2 所示。

圖2 探水鉆孔新型封孔裝置結構Fig.2 New hole sealing device structure of water exploration drilling

（1） 每孔管道長度為1.5 m，直徑為127 mm，主材為無縫鋼管，鄰近兩孔管采用螺紋連接。

（2） 壓力表和法蘭盤安裝在孔管的外端并于排水管相連接，壓力表的作用是顯示排水時水壓高低，便于控制排水流量。

（3） 封堵材料由兩部分組成，一是底部封堵材料，主材為膨脹水泥；二是粘結化學材料，主材為聚氨酯粘合劑。膨脹水泥主要由膨脹劑、固體促進劑、水和水泥混合，混合質量比為1∶1∶5∶5，其中膨脹劑主要成分為生石灰和鋁粉，混合質量比為9∶1；聚氨酯的主要成分是澆注聚醚和PAPI，現場施工人員將兩種物質質量比依照1∶1 進行混合，形成漿液，聚氨酯凝結時間短，滲透性好，膨脹系數高。

（4） 灌漿泵選用3ZBQ20/24 型，泵氣源壓力0.2～0.63 MPa，排放流量16 L/min，額定排放壓力力18 MPa。灌漿泵與直徑為10 mm 的灌漿軟管相連，軟管中間安裝一個控制灌漿流量的閥門。

3.2 新型封孔裝置工藝

（1） 結合華陽一礦81303 工作面實際工況，先在預鉆孔煤體破碎區尋找適當的位置，并確定鉆孔角度，然后架設鉆機，鉆機在架設前必須對煤體用撬棍、鋼釬或鎬等敲擊井巷、工作面頂板及側幫，以確保施工安全。

（2） 采用φ75 mm 的鉆頭在煤體上打一個導向孔，深度為10 m，導向孔施工完成后，更換φ150 mm 的鉆頭沿著導向孔方向進行擴孔，擴孔內浮煤清理干凈。

（3） 將鉆孔內的浮煤全部清理干凈后，在孔內布置7 跟孔口管，然后作業人員在鉆孔附近進行施工多個錨索以固定鋼管，錨索長度6 m，直徑19 mm。

（4） 作業人員在鉆孔的上、下、左、右4 個方向0.3～0.5 m 處進行打注漿孔4 個，注漿孔深度10 m、孔徑45 mm。注漿孔施工完畢后，對其進行灌漿注射，作業中當孔內有聚氨酯漿液溢出時，立即停機，然后對鉆孔予以封堵。

（5） 注漿管應預先嵌入孔與孔口管之間的間隙中，使用快干劑水泥密封，然后繼續使用注漿泵通過注漿小管將混合的膨脹水泥注入孔內，一般采用“外返漿”的工藝。

（6） 在孔口管密封2 h 后施工人員采用φ75 mm 的鉆頭，鉆一個深度為500 mm 的孔，然后向孔內進行注水，檢驗鉆孔的耐壓強度，注水壓力不小于1.5 倍的積水壓力。施工人員在注水過程中，密切注視煤體周邊是否存在滲漏，若1 h 內孔口管無竄動現象，煤體無滲漏，則可視為該孔封閉合格。

3.3 封堵效果

華陽一礦81303 工作面在后期掘進作業中共施工90 個探水鉆孔，這些鉆孔全部采用新型封孔裝置，鉆孔率由原來的53%提高到92%，并且在探放水過程中從未發生一起因鉆孔封堵造成的孔口管竄動、煤體滲水等現象。

3.4 新型封孔裝置優點

（1） 該封孔裝置主要以聚氨酯作為封堵材料，工藝相對簡便，降低了施工人員的勞動強度，對施工人員的技能水平要求降低。聚氨酯漿液具有凝固速度快，滲透性好、膨脹系數高的優勢，可在0.5 h 內將破碎煤體進行可靠粘結，有效提高了鉆孔周邊煤體的抗壓強度，防止鉆孔附近出現滲漏現象。

（2） 采用新型封孔裝置的膨脹水泥和水泥砂漿與封孔器等傳統技術相比，具有價格低廉、滲透性強、膨脹系數高、凝固用時短、耐壓強度高等優勢，可迅速與煤體密切粘合，使煤體耐壓強度短時間內得到提升。

4 結 語

煤礦地質探放水作業中封孔是整個探放水施工的關鍵環節，封孔質量與探放水施工效率密切相關，華陽一礦81303 工作面在前期掘進探放作業中，采用傳統水泥砂漿進行封孔，封孔工藝不高，時常發現鉆孔周圍煤壁存在漏水現象，給巷道掘進帶來安全隱患。因此在后期掘進中，采用新型封孔裝置，共施工90 個探水鉆孔，鉆孔率由原來的53%提高到92%，并且在探放水過程中，未發生一起因鉆孔封堵造成的孔口管竄動、煤體滲水等現象，為華陽一礦的安全生產奠定了一定的基礎。