陳善文 馬 威 劉 勇 黎 志 陳 芳

（1.山西中煤華晉能源有限責(zé)任公司，山西省河津市，043300；2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶市沙坪壩區(qū)，400037）

煤層注水提高煤體水分含量是解決煤礦采掘工作面粉塵危害的根本性措施，它是通過(guò)預(yù)先施工的鉆孔注入壓力水使其滲透擴(kuò)散到煤體內(nèi)部，人為增加煤體水分，可以有效地降低煤體破碎時(shí)的產(chǎn)塵量。其中封孔是煤層注水工藝中最重要的環(huán)節(jié)之一，封孔的好壞直接決定煤層注水的防塵效果。目前，國(guó)內(nèi)采用的封孔方式有水泥砂漿封孔、聚氨脂類(lèi)材料封孔、封孔器封孔等，其中水泥砂漿封孔具有安全可靠、管理方便的特點(diǎn)，目前被廣泛使用，但水泥砂漿封孔存在一定的缺點(diǎn)，即凝固析水收縮，對(duì)于近水平鉆孔實(shí)用性較差。因此，需對(duì)水泥砂漿封孔工藝進(jìn)行改進(jìn)才可以滿(mǎn)足煤層注水防塵的需求。本文即是從封孔材料選取的角度出發(fā)，提出采用一種具有微膨脹的無(wú)收縮灌漿料作為煤層注水封孔材料，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，降塵效果明顯。

1 封孔材料的特點(diǎn)

無(wú)收縮灌漿料是以高強(qiáng)度材料作為骨料，以水泥、灌漿母料為介質(zhì)，輔以高流態(tài)、微膨脹、防離析等外加劑配制而成。主要具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

（1）使用方便。材料為粉末狀，現(xiàn)場(chǎng)加入一定量的水?dāng)嚢杈鶆蚝笾瞥蓾{液即可用于封孔。

（2）自流性好。初期漿液較稀，自流性好，可利用封孔泵進(jìn)行長(zhǎng)距離灌漿施工。

（3）早強(qiáng)高強(qiáng)。漿體注入鉆孔0.5～1.5h 后漿體逐漸變稠，強(qiáng)度逐漸增加，2～3h 后漿體可凝固為固體，并永久保持，1～3d 強(qiáng)度高達(dá)30 MPa以上。

（4）微膨脹。漿液在壓力作用下可滲入鉆孔周?chē)严吨校踢^(guò)程中逐漸膨脹，提高封孔性能。

（5）粘結(jié)強(qiáng)度高。與鋼筋握裹力不低于6 MPa。

（6）凝固時(shí)間可調(diào)?？梢酝ㄟ^(guò)改變無(wú)收縮灌漿料中外加劑的配比，調(diào)節(jié)材料的凝固時(shí)間，滿(mǎn)足不同封孔作業(yè)需求。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 工程概況

圖1 回風(fēng)巷道煤層注水鉆孔開(kāi)孔位置示意圖

圖2 鉆孔布置方式及參數(shù)設(shè)計(jì)

本文選取山西中煤華晉王家?guī)X煤礦20107工作面為試驗(yàn)對(duì)象，該工作面位于201 盤(pán)區(qū)西側(cè)，20107綜放工作面走向長(zhǎng)度1317 m，傾向長(zhǎng)度230m，傾角2°～4°，采用綜采放頂煤開(kāi)采工藝，全部垮落法管理頂板，開(kāi)采高度3 m，放頂高度3.28m，采放比1∶1.1。為了減少開(kāi)采過(guò)程中的粉塵危害，根據(jù)礦井初步設(shè)計(jì)和安全生產(chǎn)情況，采取了煤層注水措施，選用布置于回風(fēng)巷的單向長(zhǎng)孔注水方式及動(dòng)靜壓結(jié)合的注水系統(tǒng)。鉆孔開(kāi)孔位置如圖1所示，鉆孔布置方式及技術(shù)參數(shù)如圖2 所示。其中，鉆孔深度200m，孔徑100 mm，間距10m，距離底板1.5～2.0 m （巷道高度3.4 m），注水鉆孔8 個(gè)，動(dòng)靜壓結(jié)合，動(dòng)壓5 MPa注水6 h，靜壓2 MPa注水18h，距離工作面50m 時(shí)停止注水。

2.2 封孔工藝

由于該工作面為近水平煤層，前期選用普通水泥添加膨脹劑的封孔工藝仍無(wú)法解決水泥凝固收縮、封孔不嚴(yán)、加壓跑水的問(wèn)題。針對(duì)該情況，現(xiàn)擬選用無(wú)收縮灌漿料作為封孔材料進(jìn)行試驗(yàn)，所需封孔系統(tǒng)如圖3和圖4所示。先將10m 長(zhǎng)的塑料管與1m 長(zhǎng)的無(wú)縫鋼管重疊連接，深入鉆孔內(nèi)部，并在孔底采用棉紗捆扎預(yù)處理，在孔口采用錨固劑預(yù)處理，同時(shí)另伸一長(zhǎng)1.5m 的塑料管用于注漿，注漿時(shí)利用夾布膠管將注漿泵與注漿管連接。

圖3 封孔時(shí)孔內(nèi)管路連接示意圖

圖4 封孔時(shí)孔外管路連結(jié)示意圖

具體封孔工藝如下：

（1）采用棉紗進(jìn)行孔底預(yù)處理，采用錨固劑進(jìn)行孔口預(yù)處理，按圖3和圖4連接注漿管路。

（2）鉆孔直徑100mm，封孔段長(zhǎng)度10m，據(jù)此計(jì)算所需漿液用量，制備水灰比為1∶1的無(wú)收縮灌漿料，充分?jǐn)嚩毒鶆?，利用注漿泵注入封孔段。

（3）觀察注漿泵出口壓力，保持0.5～1.0 MPa壓力5min，使?jié){液能充分進(jìn)入鉆孔周?chē)严秲?nèi)部。

（4）待漿液注入完畢后，移至下一鉆孔或清洗注漿設(shè)備及管路。

2.3 效果分析

本次試驗(yàn)在20107工作面回風(fēng)巷選取一組8個(gè)鉆孔進(jìn)行封孔，其中1＃～4＃鉆孔采用普通水泥添加膨脹劑的方式進(jìn)行封孔，5＃～8＃鉆孔采用無(wú)收縮灌漿料進(jìn)行封孔，通過(guò)考察鉆孔最大承受壓力（本孔或煤壁出水時(shí)的注水壓力）及割煤時(shí)司機(jī)處的降塵效率來(lái)對(duì)比兩種不同封孔方式的使用效果。測(cè)試結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 不同鉆孔注水時(shí)最大承受壓力

圖6 不同封孔方式時(shí)采煤機(jī)司機(jī)處粉塵濃度

從圖5可以看出，采用普通水泥和膨脹劑的封孔方式時(shí)最大承壓僅為2.0 MPa （取平均值，下同），而采用無(wú)收縮灌漿料進(jìn)行封孔時(shí)最大承壓可達(dá)到7.35 MPa。采用普通水泥封孔注水后采煤機(jī)割煤時(shí)司機(jī)處的總粉塵的降塵效率為25.0%，呼吸性粉塵的降塵效率為33.2%；而采用無(wú)收縮灌漿料封孔注水后司機(jī)處的總粉塵降塵效率為40.0%，呼吸性粉塵的降塵效率為47.9%。說(shuō)明采用無(wú)收縮灌漿料的封孔效果要優(yōu)于普通水泥封孔，進(jìn)一步提高了煤層注水的降塵效率。

3 結(jié)論

（1）對(duì)于近水平煤層注水，無(wú)收縮灌漿料封孔效果要優(yōu)化于普通水泥，最大承壓可達(dá)7.35MPa。

（2）相對(duì)于普通水泥封孔，采用無(wú)收縮灌漿料封孔注水后司機(jī)處總粉塵的降塵效率可提高15.0%，呼吸性粉塵的降塵效率可提高14.7%。

［1］ 李德文.粉塵防治技術(shù)的最新進(jìn)展 ［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2000 （2）

［2］ 馬威，徐厚學(xué)等.綜合防降塵技術(shù)在 “三軟”厚煤層綜放工作面的應(yīng)用研究 ［J］ .礦業(yè)安全與環(huán)保，2013 （1）

［3］ 陳杰 .封孔技術(shù)在礦山安全生產(chǎn)中的研究與應(yīng)用［D］.北京：北京科技大學(xué)，2004

［4］ 孟祥軍，王緒友等.綜放工作面高壓注水逾裂滲透降塵技術(shù)的應(yīng)用 ［J］.中國(guó)煤炭，2012 （11）

［5］ 邢天亮，史文亮等.三軟厚煤層放頂煤工作面的注水降塵 ［J］.中國(guó)煤炭，1999 （12）

［6］ 龍廣成，孫振平.新型高性能水泥基灌漿材料的研究 ［J］.新型建筑材料，2005 （3）

［7］ 張連軍，常剛政等.新型PD 材料在瓦斯抽采鉆孔封孔中的應(yīng)用 ［J］.煤炭工程，2013 （1）

［8］ 勾密峰，管學(xué)茂等.新型水泥基封孔灌漿料的研制［J］.煤炭技術(shù)，2007 （4）