姜 寧

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)石碣峪煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036002）

引言

探水鉆孔封孔質(zhì)量直接影響著探放水施工效率及施工安全，傳統(tǒng)煤礦探水鉆孔主要采用膨脹水泥、水泥砂漿進(jìn)行封堵，但是受封孔材料流動(dòng)性、滲透強(qiáng)度等影響，傳統(tǒng)鉆孔封孔時(shí)存在很多問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：鉆孔壁裂隙巖體無法進(jìn)行有效填充、封堵，在后期放水過程中受孔口管竄動(dòng)影響，鉆孔探孔現(xiàn)象嚴(yán)重；封孔材料黏結(jié)性差，鉆孔封孔后無法對孔口管進(jìn)行有效固定，在放水過程中很容易出現(xiàn)射管現(xiàn)象；同時(shí)傳統(tǒng)封孔工藝對封孔長度確定盲目性大[1-3]。本文以石碣峪煤礦4012回風(fēng)順槽探放水施工為例，為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)探水鉆孔封孔工藝的不足，提出了“兩堵一注”封孔技術(shù)。

1 4012回風(fēng)順槽概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)石碣峪煤業(yè)有限公司4012回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長度為715 m，巷道掘進(jìn)煤層為4號煤層，平均厚度為6.54 m，平均傾角為3°，巷道掘進(jìn)斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝。

4012回風(fēng)順槽上覆頂板存在含水層水，根據(jù)4012運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間探放水發(fā)現(xiàn)，巷道掘進(jìn)過程中受頂板淋水影響，為了保證巷道安全掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)過程中采用超前鉆探施工，工作面迎頭共計(jì)布置4個(gè)鉆孔，其中3個(gè)為頂板鉆孔、1個(gè)為導(dǎo)向鉆孔，鉆孔深度為100 m，允許掘進(jìn)70 m，超前探30 m，探放水施工前鉆孔安裝孔口管及進(jìn)行封孔處理。

截至目前4012回風(fēng)順槽已掘進(jìn)270 m，巷道掘進(jìn)前期共計(jì)布置2個(gè)鉆場、4個(gè)探水鉆孔，鉆孔采用膨脹水泥進(jìn)行封孔處理；但是通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，由于受鉆孔封孔質(zhì)量影響，在前期探放水施工中經(jīng)常出現(xiàn)孔口管竄動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著探放水施工安全，對此地測科通過技術(shù)研究，決定對原探水鉆孔封孔工藝進(jìn)行優(yōu)化，采取“兩堵一注”封孔技術(shù)。

2 “兩堵一注”封孔技術(shù)

2.1 封孔長度確定

為了保證鉆孔具有足夠的封孔長度，并且降低封孔費(fèi)用，決定采用煤屑量法確定鉆孔封孔長度。

1）煤屑量法原理：由于鉆孔在施工時(shí)受鉆進(jìn)擾動(dòng)影響，鉆孔壁出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，若圍巖相對穩(wěn)定時(shí)鉆孔鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的煤屑量較穩(wěn)定，當(dāng)圍巖破碎或不穩(wěn)定時(shí)，產(chǎn)生的煤屑量相對較多。根據(jù)鉆孔鉆進(jìn)時(shí)煤屑量多少確定圍巖應(yīng)力區(qū)、卸壓區(qū)及穩(wěn)定區(qū)，從而合理確定鉆孔封孔長度。

2）封孔長度確定：首先在工作面迎頭施工3個(gè)校驗(yàn)鉆孔，鉆孔編號為1號、2號、3號，鉆孔施工仰角與探水鉆孔仰角相同，即為20°，鉆孔施工深度為30 m，采用鉆進(jìn)校驗(yàn)鉆孔施工，鉆孔每施工1.0 m準(zhǔn)確記錄鉆孔產(chǎn)生的煤屑量，通過實(shí)際記錄發(fā)現(xiàn)，3個(gè)鉆孔在0～6 m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量為3.4 kg，在6～11 m范圍平均產(chǎn)生的煤屑量為2.7 kg，在11 m后平均產(chǎn)生的煤屑量為2.1 kg。由此可見，鉆孔鉆進(jìn)深度11 m后鉆孔壁圍巖相對穩(wěn)定，所以確定鉆孔封孔長度為11 m。

2.2 封孔設(shè)備

1）鉆機(jī)及鉆桿：4012回風(fēng)順槽探水鉆孔采用ZQJC-720/11型氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)配套中空鉆桿、合金鋼鉆頭聯(lián)合進(jìn)行鉆孔施工，鉆桿長度為1.5 m、直徑為63 mm，每根鉆桿采用絲扣進(jìn)行連接，鉆頭主要由兩種，一種為導(dǎo)向鉆頭，即鉆孔正常施工鉆頭，鉆頭直徑為75 mm；另一種為擴(kuò)孔鉆頭，鉆頭直徑為130 mm。

2）環(huán)形封孔器：PKJW型環(huán)形封孔器長度為0.5 m，共計(jì)兩根，環(huán)形封孔器采用囊袋式結(jié)構(gòu)，封孔器在注水后自身膨脹，從而實(shí)現(xiàn)封孔目的。

3）注漿設(shè)備及材料：采用ZBQ型氣動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿施工，注漿泵主要由泵體、注漿管、閥門等部分組成，注漿液采用聚氨酯漿液。

4）封孔管：4012回風(fēng)順槽探水鉆孔封孔管采用直徑為108 mm、長度為3.0 m PVC管，每個(gè)鉆孔內(nèi)安裝4根封孔管，管與管之間采用絲扣連接。

2.3 封孔施工

1）首先采用ZQJC-720/11型氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔鉆進(jìn)11 m后停止鉆進(jìn)，并采用風(fēng)管將鉆孔內(nèi)煤屑清理干凈。鉆孔施工時(shí)必須保證鉆孔壁完好，若出現(xiàn)嚴(yán)重塌孔必須重新補(bǔ)打。

2）鉆孔施工到位后將原導(dǎo)向鉆頭更換為擴(kuò)孔鉆頭，并進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔深度為11 m，擴(kuò)孔后擴(kuò)孔段直徑為130 mm，擴(kuò)孔完成后將孔內(nèi)煤屑清理干凈。

3）擴(kuò)孔完成后對擴(kuò)孔段安裝4根封孔管，并通過絲扣固定連接，封孔管安裝完成后對孔底鉆孔管與孔壁之間填充膨脹水泥，填充長度為0.5 m，然后在距孔底端和孔口端0.5 m處各安裝一個(gè)PKJW型環(huán)形封孔器，如圖1所示。封孔器安裝到位后將主水管插入封孔器內(nèi)進(jìn)行高壓注水使封孔器膨脹，使孔內(nèi)形成環(huán)形封堵空間。

4）鉆孔封孔完成后，對環(huán)形空間內(nèi)插入一根直徑為15 mm注漿軟管，軟管另一端與注漿泵連接，并進(jìn)行注漿施工，注漿壓力為3.0 MPa。

圖1 “兩堵一注”封孔工藝示意圖（單位：mm）

3 “兩堵一注”封孔技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用

3.1 優(yōu)點(diǎn)

1）合理確定封孔長度：傳統(tǒng)封孔時(shí)封孔長度確定盲目性大，達(dá)不到預(yù)期封孔目的，封孔后在放水過程中很容易出現(xiàn)水流沿煤體裂隙滲透的現(xiàn)象；而采用“兩堵一注”封孔工藝后，采用煤屑量法確定鉆孔施工時(shí)明確巖體壓力區(qū)、卸壓區(qū)、穩(wěn)定區(qū)，從而確定鉆孔封孔長度，封孔長度確定精度高。

2）封孔效果好：傳統(tǒng)采用膨脹水泥或砂漿進(jìn)行封孔時(shí)，由于注漿壓力小且漿液滲透流動(dòng)性差，封孔后不能對孔壁裂隙進(jìn)行有效封堵，而且封孔管固定質(zhì)量差，而采用“兩堵一注”封孔工藝后，通過對環(huán)形空間注壓聚氨酯黏合劑，該化學(xué)材料具有流動(dòng)性強(qiáng)、黏結(jié)效果好、凝固體韌性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，注漿后不僅能夠?qū)︺@孔壁裂隙產(chǎn)生很好的填充、封堵效果，而且對封孔管具有較強(qiáng)的黏結(jié)作用。

3）實(shí)用性強(qiáng)：“兩堵一注”封孔工藝不僅可用于煤礦井下探放水鉆孔中，而且可用于瓦斯抽采鉆孔中，以及隧道、水力等其他領(lǐng)域中，實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用區(qū)域廣。

3.2 實(shí)際應(yīng)用效果

4012回風(fēng)順槽掘進(jìn)270 m后對探水鉆孔采取“兩堵一注”封孔工藝，通過3個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果表明，與傳統(tǒng)封孔工藝相比，探水鉆孔封孔工藝優(yōu)化后，在后期探放水施工中未出現(xiàn)鉆孔竄動(dòng)現(xiàn)象，鉆孔封孔質(zhì)量提高了98%以上，鉆孔在探放水施工時(shí)，鉆孔附近煤體未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

4 結(jié)語

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)石碣峪煤業(yè)有限公司對4012回風(fēng)順槽掘進(jìn)前期探水鉆孔封孔工藝主要存在的問題進(jìn)行分析，為了進(jìn)一步提高鉆孔封孔質(zhì)量，對原鉆孔封孔工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用了“兩堵一注”封孔工藝。通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，優(yōu)化改進(jìn)后的封孔工藝，不僅對鉆孔壁裂隙巖體起到填充加固作用，防止了鉆孔壁裂隙巖體碎裂出現(xiàn)塌孔、滲水現(xiàn)象，而且有效提高了封孔管固定質(zhì)量，解決了傳統(tǒng)鉆孔封孔后在放水時(shí)出現(xiàn)孔口竄動(dòng)、射管現(xiàn)象，提高了煤礦探放水施工安全，具有很好的推廣價(jià)值。