李志輝

（山西晉煤太鋼能源有限責(zé)任公司，山西 呂梁 033000）

探水鉆孔起到探水、疏水的作用，服務(wù)完畢后需要進(jìn)行永久封堵，防止因采動影響裂隙導(dǎo)通重新有水大量涌出，威脅生產(chǎn)安全，探水鉆孔主要特點(diǎn)是孔內(nèi)有淋水或者積水，給封堵造成一定困難[1～2]。計劃在山西晉煤太鋼能源有限責(zé)任公司中部集中輔助運(yùn)輸大巷鉆場開展探水鉆孔封堵試驗。

1 工程背景

山西晉煤太鋼能源有限責(zé)任公司中部集中輔助運(yùn)輸大巷目前正在掘進(jìn)當(dāng)中，設(shè)計長度3 193 m，絕大部分為巖巷，設(shè)計為拱形斷面，掘進(jìn)寬度5.9 m，高度4.95 m，拱高為2.95 m，墻高為2 m，掘進(jìn)斷面積25.47 m2。

在掘進(jìn)至650 m 位置時，巷道頂?shù)装寰猩倭克疂B出，根據(jù)“有疑必探”原則，在650 m 位置施工鉆場，設(shè)計探水鉆孔，對頂?shù)装暹M(jìn)行探測，同時現(xiàn)場提前制定了排水措施，探水鉆孔設(shè)計頂板孔5 個，編號頂1～5 號，底板孔5 個，編號底6～10 號，頂板鉆孔仰角均為30°，其中3 號鉆孔深度60 m，沿巷道中心線，2 號和4 號鉆孔偏角10°，孔深63 m，1 號孔和5 號孔偏角30°，孔深70 m，底板鉆孔俯角均為30°，和頂板孔對稱布置。孔徑均為133 mm。探水鉆孔布置如圖1 所示。

圖1 探水鉆孔布置示意圖

探測孔施工完成后，頂板探水鉆孔涌水量較大，累計排水量6 400 m3，底板探水鉆孔出水量較小，累計排水量730 m3，現(xiàn)場大量排水約7 d 結(jié)束，頂板探水鉆孔持續(xù)有少量淋水、滴水，底板鉆孔不再出水，但孔內(nèi)存在滿孔積水，如圖2 所示。

圖2 探孔內(nèi)淋水、積水示意圖

現(xiàn)需要對廢棄的探水鉆孔進(jìn)行永久封堵，防止掘進(jìn)和后期使用過程中，因采動因素有水大量涌出，因孔內(nèi)有水，常規(guī)的黃泥卷封堵方式存在長期水泡后變軟、溶解隱患，且人工操作難以保證封孔長度和填塞嚴(yán)實程度。因此，需要采用一種安全可靠的封孔方式進(jìn)行封堵。

2 封孔囊袋設(shè)計

根據(jù)頂板鉆孔和底板鉆孔封孔原理的不同，設(shè)計2 種囊袋結(jié)構(gòu)。

2.1 頂板鉆孔囊袋

需要具備封堵淋水的作用，采用內(nèi)外雙囊袋結(jié)構(gòu)，包括囊袋、注漿管、返漿管3 部分，如圖3（a）所示。其中囊袋材質(zhì)為完全阻燃抗靜電的透水布袋，按設(shè)計長度縫制而成，注漿管和返漿管采用φ16 mm聚氯乙烯管，根據(jù)孔徑大小設(shè)計囊袋直徑，本次設(shè)計為150 mm，略大于孔徑，保證完全貼合封堵嚴(yán)實，2 個囊袋之間的長度即為封孔長度，設(shè)計為20 m，注漿管和返漿管均外漏2 m，便于操作。

圖3 頂板和底板鉆孔囊袋原理圖

在注漿管上設(shè)計3 個壓力片，壓力片1 和壓力片2 分別在2 個囊袋內(nèi)，壓力片3 在2 個囊袋之間偏上位置。壓力片1 和壓力片2 設(shè)計撐開壓力為1.5 MPa，壓力片3 設(shè)計撐開壓力為2.5 MPa，注漿封孔時，在漿液壓力作用下，壓力片1 和壓力片2 首先打開，將2 個囊袋灌滿凝固，然后管內(nèi)壓力逐漸增大，壓力片3 打開，將2 個囊袋之間封孔范圍灌滿，當(dāng)漿液從返漿管流出時，即代表完成封孔。

2.2 底板鉆孔囊袋

孔內(nèi)滿孔積水，需要通過囊袋隔斷積水，并通過注漿驅(qū)替積水從孔口排出，使?jié){液填滿封孔段，必須保證孔口開放，采用改造的單囊袋結(jié)構(gòu)，只保留內(nèi)囊袋，取消外囊袋，取消返漿管，封孔長度和囊袋尺寸與頂板鉆孔一致，如圖3（b）所示。

在注漿管上保留壓力片1 和壓力片3，囊袋整體向下安裝，囊袋在20 m 終點(diǎn)位置，注漿封孔時，在壓力作用下，壓力片1 首先打開，將囊袋灌滿，形成下部隔擋，分隔積水，然后注漿管內(nèi)壓力增大，壓力片3 打開，漿液從下至上填充鉆孔，期間將鉆孔內(nèi)的積水不斷向孔口排出，人工觀察當(dāng)漿液灌滿至孔口時，代表完成封孔。

封孔完成后，孔內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 頂板和底板鉆孔封孔結(jié)構(gòu)示意圖

3 封孔實施方案

3.1 封孔材料

采用一種速凝早強(qiáng)、凝結(jié)時間可調(diào)的無機(jī)封孔材料，雙組份AB 型，粉末狀，各自加水?dāng)嚢瑁冶?.6∶1～1∶1，單漿攪拌后數(shù)小時內(nèi)不沉淀、不凝結(jié)，混合后快速凝結(jié)，強(qiáng)度快速增長。30～180 s 失去流動性，5～15 min 完全固化，凝結(jié)時間通過水灰比調(diào)整，2 h 強(qiáng)度不低于6 MPa，1 d 強(qiáng)度不低于15 MPa，且固結(jié)體抗風(fēng)化、耐水泡、耐酸堿腐蝕，長期使用不發(fā)生性狀變化。

使用方法：

1）頂板鉆孔：因向上注漿，注漿泵壓力損失較大，且有雙囊袋兩端封堵，因此漿液應(yīng)具備一定的流動性，保證可注性和充滿填實，設(shè)計采用0.8∶1 水灰比，約120 s 失去流動性，10 min 左右完全固結(jié)，2 h 強(qiáng)度10 MPa，1 d 強(qiáng)度18 MPa；

2）底板鉆孔∶因鉆孔內(nèi)有水，需要漿液驅(qū)替水，且漿液不能在鉆孔水內(nèi)發(fā)生分散，因此漿液需要快速凝固成膏狀，設(shè)計采用0.6∶1 水灰比，約30～40s失去流動性，5～6 min 完全固結(jié)，2 h 強(qiáng)度12 MPa，1 d 強(qiáng)度24 MPa。

3.2 封孔設(shè)備

封孔采用2ZBQS25/6 型雙液氣動注漿泵和連體攪拌桶，分別用于注漿和攪拌。 注漿泵雙缸獨(dú)立，2 個吸排口能夠同時吸漿、出漿，使?jié){液按照1∶1比例混合，注漿泵工作壓力在0～11 MPa 可調(diào)。連體攪拌桶單桶容量90 L，合計180 L。如圖5 所示。

圖5 氣動注漿泵+連體攪拌桶

3.3 實施工藝

3.3.1 材料消耗量測算

孔徑133 mm，封孔長度20 m，則單孔充填體積約0.28 m3。

頂板鉆孔采用0.8∶1 水灰比，封孔材料固結(jié)密度約1.8 t/m3，總質(zhì)量約0.5 t，則單孔需要消耗干料約0.28 t，即280 kg。

底板鉆孔采用0.6∶1 水灰比，封孔材料固結(jié)密度約2 t/m3，總質(zhì)量約0.56 t，則單孔需要消耗干料約0.35 t，即350 kg。

共計5 個頂板鉆孔、5 個底板鉆孔，預(yù)計消耗封孔材料3 150 kg。

3.3.2 操作流程

1）安裝囊袋。首先將囊袋展開，檢查完好后，將囊袋塞入指定位置，外囊袋應(yīng)塞入孔內(nèi)0.5 m 左右，防止因孔口附近破碎導(dǎo)致周邊漏漿。

2）攪拌制漿。封孔材料AB 料分別加入連體攪拌桶2 個桶內(nèi)，先加水后加料，頂板鉆孔封孔采用0.8∶1 水灰比，每16 公升水（20 kg）配1 袋料（每袋25 kg），底板鉆孔封孔采用0.6∶1 水灰比，每12 公升水（15 kg）配1 袋料（每袋25 kg），純攪拌時間不得低于3 min，攪拌均勻。

3）注漿封孔。將檢修完畢的注漿泵2 個吸漿籠頭分別放入2 個攪拌桶內(nèi)，開泵，調(diào)小壓力和流量，將管路內(nèi)清水打完，管口出稠漿時，連接囊袋注漿管尾端，開始注漿，因囊袋為透水布袋，注漿初期孔內(nèi)有清水流出，之后逐漸消失，加快泵速，依次注滿囊袋和封孔段，當(dāng)返漿管開始返漿時，停止注漿，關(guān)閉注漿管和返漿管管口，底板鉆孔無返漿管，主要通過人工觀察稠漿位置，從孔口流出時，停止注漿，拆除管路，徹底清洗。

4）實施方式。為避免材料浪費(fèi)、提高實施效率，采用集中安裝封孔囊袋、集中制漿注漿方式，10 個鉆孔全部安裝完畢后，再進(jìn)行封孔。

4 實施效果

2022 年6 月8 日在設(shè)備、材料、囊袋等現(xiàn)場準(zhǔn)備完畢后開始實施，1 個半班完成全部封孔作業(yè)，實際消耗封孔材料3 025 kg，封孔過程中漿液凝固情況良好，人員主要工作是安裝囊袋和制作封孔漿液，勞動強(qiáng)度較小。

與其他封孔方式相比，采用黃泥卷方式，頂板鉆孔難以保證封孔長度和填實率，底板鉆孔難以控制封孔范圍，且強(qiáng)度較低，水泡容易軟化，封孔效率低下，封孔效果較差；采用聚氨酯類高分子材料封孔，因凝固速度快不可調(diào)，難以保證封孔長度，且遇水發(fā)泡，嚴(yán)重影響強(qiáng)度，難以達(dá)到理想效果。

封孔完成后，頂板鉆孔淋水完全消失，巷道繼續(xù)掘進(jìn)，在掘進(jìn)過程中，以及巷道后續(xù)使用的8 個月內(nèi)，頂板鉆孔和底板鉆孔未有明顯異常變化。

5 結(jié) 論

1）頂板探水鉆孔封孔主要存在孔內(nèi)淋水問題，底板探水鉆孔封孔需要通過注漿驅(qū)替積水從孔口排出，根據(jù)要求不同，設(shè)計了雙囊袋和單囊袋2 種封孔裝置。

2）采用無機(jī)封孔材料，水灰比0.6∶1～1∶1，凝結(jié)時間可調(diào)，約30～180 s 失去流動性，5～15 min 完全固化，固結(jié)體抗風(fēng)化、耐水泡、耐酸堿腐蝕，根據(jù)頂板鉆孔和底板鉆孔對漿液凝結(jié)時間要求，設(shè)計了0.8∶1 和0.6∶1 兩種水灰比及封孔實施工藝。

3）現(xiàn)場實施表明，1 個半班完成了10 個探水鉆孔的封孔作業(yè)，實際消耗封孔材料3 025 kg，封孔過程中漿液凝固情況良好，勞動強(qiáng)度較小，與黃泥卷封孔和聚氨酯封孔相比，技術(shù)優(yōu)勢明顯。巷道在繼續(xù)掘進(jìn)過程中和后續(xù)使用的8 個月內(nèi)，頂板鉆孔和底板鉆孔未有明顯異常變化。