鄯振華

（華陽新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽泉 045000）

1 概 況

煤礦的地質(zhì)探放水作業(yè)是確保煤炭開采安全的重要途徑，主要包括鉆孔和封孔環(huán)節(jié)。封孔是整個(gè)探放水施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，封孔質(zhì)量與探放水施工效率呈正比例關(guān)系，但在早期礦井實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，由于煤礦的地質(zhì)探水員對(duì)封孔的認(rèn)知不高，加之封孔工藝落后，礦井探放水鉆孔封孔質(zhì)量參差不齊，導(dǎo)致探放水作業(yè)效率不高。因此，強(qiáng)化礦井地質(zhì)探放水鉆孔封孔質(zhì)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(zhì)量，設(shè)計(jì)了一種新型封孔裝置，以確保探放水作業(yè)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(cè)，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(hào)煤層掘進(jìn)，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(hào)煤層上方覆蓋灰黑色砂質(zhì)泥巖，均厚1.7 m。為確保巷道掘進(jìn)安全，擬對(duì)巷道進(jìn)行探水鉆孔，孔間距1.2 m，孔仰角10°，孔深80 m，每排設(shè)4個(gè)，鉆孔完成后，采用傳統(tǒng)水泥砂漿予以封孔處理，然而封孔工藝不高，作業(yè)后經(jīng)常發(fā)生透水現(xiàn)象，給巷道掘進(jìn)帶來嚴(yán)重的安全隱患。81303 工作面地質(zhì)構(gòu)造如圖1 所示。

圖1 81303 工作面地質(zhì)構(gòu)造分布Fig.1 No.81303 face geological structure distribution

3 新型封孔裝置的結(jié)構(gòu)與工藝

由于81303 工作面的15 號(hào)煤層煤質(zhì)相對(duì)較軟，且破損嚴(yán)重，工作人員在進(jìn)行探放水作業(yè)時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鉆孔周圍的煤壁漏水。為了解決這一問題，經(jīng)過查閱相關(guān)資料，并依據(jù)15 號(hào)煤層的實(shí)際情況，擬采用新型封孔裝置。

3.1 新型封孔裝置結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)Fig.2 New hole sealing device structure of water exploration drilling

（1） 每孔管道長(zhǎng)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(shí)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(jié)化學(xué)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(jìn)劑、水和水泥混合，混合質(zhì)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(zhì)量比為9∶1；聚氨酯的主要成分是澆注聚醚和PAPI，現(xiàn)場(chǎng)施工人員將兩種物質(zhì)質(zhì)量比依照1∶1 進(jìn)行混合，形成漿液，聚氨酯凝結(jié)時(shí)間短，滲透性好，膨脹系數(shù)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(gè)控制灌漿流量的閥門。

3.2 新型封孔裝置工藝

（1） 結(jié)合華陽一礦81303 工作面實(shí)際工況，先在預(yù)鉆孔煤體破碎區(qū)尋找適當(dāng)?shù)奈恢?，并確定鉆孔角度，然后架設(shè)鉆機(jī)，鉆機(jī)在架設(shè)前必須對(duì)煤體用撬棍、鋼釬或鎬等敲擊井巷、工作面頂板及側(cè)幫，以確保施工安全。

（2） 采用φ75 mm 的鉆頭在煤體上打一個(gè)導(dǎo)向孔，深度為10 m，導(dǎo)向孔施工完成后，更換φ150 mm 的鉆頭沿著導(dǎo)向孔方向進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔內(nèi)浮煤清理干凈。

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

（4） 作業(yè)人員在鉆孔的上、下、左、右4 個(gè)方向0.3～0.5 m 處進(jìn)行打注漿孔4 個(gè)，注漿孔深度10 m、孔徑45 mm。注漿孔施工完畢后，對(duì)其進(jìn)行灌漿注射，作業(yè)中當(dāng)孔內(nèi)有聚氨酯漿液溢出時(shí)，立即停機(jī)，然后對(duì)鉆孔予以封堵。

（5） 注漿管應(yīng)預(yù)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(xù)使用注漿泵通過注漿小管將混合的膨脹水泥注入孔內(nèi)，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(gè)深度為500 mm 的孔，然后向孔內(nèi)進(jìn)行注水，檢驗(yàn)鉆孔的耐壓強(qiáng)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(nèi)孔口管無竄動(dòng)現(xiàn)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(jìn)作業(yè)中共施工90 個(gè)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(fā)生一起因鉆孔封堵造成的孔口管竄動(dòng)、煤體滲水等現(xiàn)象。

3.4 新型封孔裝置優(yōu)點(diǎn)

（1） 該封孔裝置主要以聚氨酯作為封堵材料，工藝相對(duì)簡(jiǎn)便，降低了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)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(shù)高的優(yōu)勢(shì)，可在0.5 h 內(nèi)將破碎煤體進(jìn)行可靠粘結(jié)，有效提高了鉆孔周邊煤體的抗壓強(qiáng)度，防止鉆孔附近出現(xiàn)滲漏現(xiàn)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(tǒng)技術(shù)相比，具有價(jià)格低廉、滲透性強(qiáng)、膨脹系數(shù)高、凝固用時(shí)短、耐壓強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)，可迅速與煤體密切粘合，使煤體耐壓強(qiáng)度短時(shí)間內(nèi)得到提升。

4 結(jié) 語

煤礦地質(zhì)探放水作業(yè)中封孔是整個(gè)探放水施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，封孔質(zhì)量與探放水施工效率密切相關(guān)，華陽一礦81303 工作面在前期掘進(jìn)探放作業(yè)中，采用傳統(tǒng)水泥砂漿進(jìn)行封孔，封孔工藝不高，時(shí)常發(fā)現(xiàn)鉆孔周圍煤壁存在漏水現(xiàn)象，給巷道掘進(jìn)帶來安全隱患。因此在后期掘進(jìn)中，采用新型封孔裝置，共施工90 個(gè)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(fā)生一起因鉆孔封堵造成的孔口管竄動(dòng)、煤體滲水等現(xiàn)象，為華陽一礦的安全生產(chǎn)奠定了一定的基礎(chǔ)。