李培青

1 設(shè)計(jì)研制的必要性

大同煤礦集團(tuán)公司四老溝礦經(jīng)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(qū)，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(qū)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(qū)和14#層采空區(qū)。為了解除水患，對(duì)在14#層采掘過程中探放水鉆孔施工時(shí)封孔的要求特別嚴(yán)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(shí)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(chǎn)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(shè)計(jì)過程

以前所使用的封孔器為單管封孔器，現(xiàn)采用內(nèi)外雙管封孔器。粗管的內(nèi)徑略大于細(xì)管的外徑，細(xì)管的長度比粗管的長度長0.55 m～0.75 m。將細(xì)管套入粗管內(nèi)，在細(xì)管的尾部套上0.3 m～0.5 m 長度相應(yīng)的橡膠管，在細(xì)管的尾端套焊接5 mm 長的粗厚管環(huán)，在粗細(xì)管的頭部各焊接相應(yīng)的法蘭盤，在粗管頭部相對(duì)細(xì)管頸部再焊接一個(gè)法蘭盤，細(xì)管頸部的法蘭盤上再焊上兩個(gè)相互對(duì)稱的螺母，配備200 mm 長相應(yīng)螺絲桿，細(xì)管頭部法蘭盤可外接相應(yīng)的水閥門，至此一個(gè)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(jù)不同的鉆孔需要及鉆孔開囗位置的圍巖特征和裂隙發(fā)育程度，進(jìn)行各種不同直徑和長度的系列產(chǎn)品制做，因此它適應(yīng)各類鉆孔的封孔作業(yè)。使用時(shí)，當(dāng)鉆孔開口適當(dāng)長度后，用外徑與鉆孔直徑相應(yīng)的封孔器直接插入鉆孔內(nèi)，再用扳手?jǐn)Q緊螺絲桿即可。

它的使用原理為：當(dāng)擰動(dòng)螺絲桿時(shí)，螺絲桿帶動(dòng)內(nèi)細(xì)管推動(dòng)外粗管，使內(nèi)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(xì)管尾部焊接的外管套與外管逐漸擠壓套在內(nèi)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(duì)位移，從而避免鉆孔內(nèi)水壓過大將封孔器推出而達(dá)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(yīng)用情況及社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(qū)巷泄水孔等所有鉆孔的封口上使用效果相當(dāng)好，既滿足了良好的封孔要求，又給文明生產(chǎn)提供了方便。特別在該礦14#煤層402盤區(qū)各工作面的探放水工作中，因該盤區(qū)各工作面上覆11#煤層各采空區(qū)都積聚大量的積水，14#煤層與11#煤層采空區(qū)間距50 m 左右，且采空區(qū)積水量大，積水水位差在20 m 左右，預(yù)計(jì)水壓大于7 MPa。在探放水鉆孔開口安裝自產(chǎn)封孔器后，進(jìn)行內(nèi)壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鉆孔周圍無滲漏水現(xiàn)象，說明該封孔器最低能抵抗7 MPa 的水壓。20 個(gè)不同的鉆孔試驗(yàn)，表明效果良好。在四老溝礦及集團(tuán)公司白洞礦、云岡礦、朔州煤電公司各礦的使用過程中，應(yīng)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化檢查組來我礦檢查時(shí)，專家們對(duì)我礦自行研制的礦用鉆孔封孔器進(jìn)行了參觀咨詢，并給予高度評(píng)價(jià)。

由于市場上沒有此類產(chǎn)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(fù)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(jīng)過探索研制該類封孔器，以可比價(jià)格參考，按每套均價(jià)3 000 元(其中材料費(fèi)約350 元)，每個(gè)工作面平均6 個(gè)探放水鉆孔，工作面兩側(cè)順槽巷每50 m 一個(gè)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(shù)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(jié)約成本0.33 元。按年產(chǎn)300 萬t 計(jì)算可節(jié)約資金99 萬元。該鉆孔器的使用對(duì)煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化工作，安全管理，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度等都有不可估量的作用。

4 總體性能比較和推廣應(yīng)用前景

隨著全國煤炭系統(tǒng)安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用。因其使用效果顯著，操作方便，可在全國煤礦系統(tǒng)礦井防治水及一通三防工作中廣泛推廣應(yīng)用。

[1]煤炭工業(yè)部技術(shù)咨詢委員會(huì).煤炭工業(yè)技術(shù)政策[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1988.

[2]機(jī)械工程師電氣工程師手冊編委會(huì).機(jī)械工程師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[3]郭芝俊，左寶山，張桂芝，等.機(jī)械設(shè)計(jì)便覽[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1990.