煤層注水封孔工藝的研究

劉星樂(lè),張龍彪,郭緒斌（兗礦集團(tuán)興隆莊煤礦,山東　濟(jì)寧　272000）

煤層注水封孔工藝的研究

劉星樂(lè),張龍彪,郭緒斌
（兗礦集團(tuán)興隆莊煤礦,山東濟(jì)寧272000）

摘要：煤層注水孔封孔是煤層注水的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響煤層注水最終效果。設(shè)計(jì)制作了壓風(fēng)式雙管封孔器并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，該封孔器封孔深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)深度，且封孔效果好，未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：封孔；聚氨酯材料；壓風(fēng)

0　引言

煤層注水在礦井生產(chǎn)中的作用有兩個(gè)重要方面，一是綜合防塵，對(duì)職業(yè)病的預(yù)防有著積極作用，二是防治沖擊地壓、煤與瓦斯突出，促進(jìn)礦井安全生產(chǎn)。煤層注水孔封孔是煤層注水的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響煤層注水最終效果。我國(guó)目前存在水泥砂漿封孔、機(jī)械封孔、封孔袋封孔、ZBSS型可控式注射儀封孔等多種方法，壓風(fēng)式雙管封孔器的本質(zhì)為聚氨酯材料封孔，它的特點(diǎn)是造價(jià)成本低，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)輸方便。

1　封孔器介紹

1.1結(jié)構(gòu)

圖1　封孔泵示意圖

示意圖中：（1）圖中1為封孔泵底座，為Φ10mm鋼筋焊接；（2）圖中2為封孔泵液體罐，主體為Φ98mm鋼管，密封蓋（圖中9）為Φ108mm鋼管焊接，密封蓋內(nèi)墊為廢舊膠帶；（3）圖中3為風(fēng)壓控制閥。高壓，Φ10mm；（4）圖中4為連接三通，Φ10mm；（5）圖中5為進(jìn)風(fēng)管，高壓膠管，Φ10mm；（6）圖中6為出料管，高壓膠管，Φ10mm；（7）圖中7為混合三通，Φ10mm；（8）圖中8出封孔管，高壓膠管，Φ10mm。

1.2原理及實(shí)施方法

根據(jù)封孔長(zhǎng)度選取相應(yīng)長(zhǎng)度的注水管路，以10m封孔長(zhǎng)度為例，先將11-13m左右長(zhǎng)度的注水管路置于鉆孔內(nèi)，在距離孔口11m左右位置的注水管路處纏繞50mm左右厚度棉紗，防止聚氨酯材料溢入鉆孔，在注水管路壓煤壁側(cè)外纏繞50mm左右厚度棉紗，防止聚氨酯材料外漏，影響有效封孔距離。兩個(gè)液體灌裝入聚氨酯材料的A、B料，關(guān)閉密封蓋。打開風(fēng)壓控制閥，控制在相同風(fēng)量，利用風(fēng)壓使封孔料從出料管經(jīng)混合三通混合在一起，由封孔管打入煤層注水孔內(nèi)，迅速膨脹反應(yīng)，達(dá)到設(shè)計(jì)封孔長(zhǎng)度后，關(guān)閉風(fēng)壓控制閥，封孔結(jié)束。

圖2

1.3封孔試驗(yàn)效果

圖3

2　與其他封孔工藝比較

2.1水泥砂漿封孔

采用水泥砂漿封孔時(shí)，有人工送漿封堵法和砂漿泵送漿封堵法兩種。采用水泥砂漿封孔，不僅材料便宜、而且注漿對(duì)孔周圍巖體的裂隙也有一定的封堵作用，封孔嚴(yán)密，另外封孔深度長(zhǎng)，允許鉆孔有一定量的變形，鉆孔局部塌孔時(shí)，只要將塌孔處的碎煤清理即可。但是水泥砂漿易產(chǎn)生收縮開裂，脆性大，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，可縮性小，易產(chǎn)生漏氣，且施工復(fù)雜、工作效率低。人工送漿封堵法封孔深度有限（一般為3m左右），勞動(dòng)強(qiáng)度大，技術(shù)含量低，雖然砂漿泵送漿封堵法可明顯提高水泥砂漿的封孔深度，但是，泥漿泵體積大、質(zhì)量重，封孔及其清洗作業(yè)相對(duì)繁雜。

2.2機(jī)械封孔

采用機(jī)械封孔具有封孔工藝簡(jiǎn)單，便捷，封孔器可以重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，但是它存在著封孔器本身價(jià)格較高，對(duì)封孔段的鉆孔質(zhì)量要求高，它要求鉆孔孔壁光滑、規(guī)則，鉆孔無(wú)變形、無(wú)塌孔現(xiàn)象等，所以在實(shí)際應(yīng)用中局限性大，并且封孔效果很差。

圖4　封孔器示意圖

2.3封孔袋封孔

本質(zhì)上，也是聚氨酯材料封孔，其缺點(diǎn)在于材料反應(yīng)速度快，操作時(shí)間有限，往往來(lái)不及操作完全，封孔材料就已凝結(jié)，往往達(dá)不到注水孔設(shè)計(jì)封孔長(zhǎng)度，且嚴(yán)密性不好。

2.4ZBSS型可控式注射儀封孔

同為聚氨酯材料封孔，連續(xù)封孔距離較長(zhǎng)，容易操作，運(yùn)輸方便，封孔質(zhì)量高，其缺點(diǎn)是注射儀不易清洗，容易出現(xiàn)堵塞，在人工連續(xù)操作推桿后，聚氨酯材料會(huì)流淌到連桿上，一旦停止作業(yè)，連桿上的聚氨酯材料干燥后會(huì)形成較大的推動(dòng)阻力，所以必須在每次停止作業(yè)后對(duì)注射儀使用機(jī)油進(jìn)行清洗，封孔效率較低，而且增加了封孔成本。

圖5　ZBSS型可控式注射儀

3　壓風(fēng)式雙管封孔器優(yōu)點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用

（1）從使用材料上，聚氨酯泡沫具有不收縮、膨脹性大、粘結(jié)力強(qiáng)、密封性好、阻燃、抗靜電等特點(diǎn)。

（2）設(shè)備具有以下特點(diǎn)：1）制造成本低，所有原材料皆為井下廢舊物品；2）重量輕，可實(shí)現(xiàn)單人搬運(yùn)；3）動(dòng)力控制簡(jiǎn)單，施工安全可靠；4）壓風(fēng)式雙管封孔器的液體罐的設(shè)計(jì)，根據(jù)使用聚氨酯材料的膨脹系數(shù)和注水孔的封孔深度進(jìn)行計(jì)算，可以得到一個(gè)合理高度，在實(shí)際施工中，減少了聚氨酯材料的浪費(fèi)，大大節(jié)約了封孔成本；

（3）此種工藝已經(jīng)正式使用，其原理為風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)，便于操作，作業(yè)人員容易掌握；施工工序簡(jiǎn)潔，每次封孔結(jié)束后，不必立即進(jìn)行沖洗，可連續(xù)作業(yè)多次封孔，當(dāng)班施工結(jié)束時(shí)一次清洗，大大提高了勞動(dòng)效率；能達(dá)到設(shè)計(jì)封孔深度，封孔效果好;在封孔數(shù)量相同的情況下，與傳統(tǒng)封孔技術(shù)相比，預(yù)計(jì)封孔材料最大可節(jié)?。?0%聚氨酯材料，在相同的工作時(shí)間里（一個(gè)“四六制”生產(chǎn)班），與傳統(tǒng)封孔技術(shù)相比，預(yù)計(jì)每班封孔20個(gè)，每封一個(gè)注水孔可節(jié)省人工0.3個(gè)。

4　結(jié)論

通過(guò)上述對(duì)壓風(fēng)式雙管封孔器結(jié)構(gòu)的討論及與其他封孔工藝的對(duì)比，運(yùn)用壓風(fēng)式雙管封孔器、聚氨酯材料封孔，能夠保證煤層注水有較好效果，對(duì)礦井開展綜合防塵起重要作用。