煤礦地質(zhì)探水鉆孔新型封孔裝置的應(yīng)用分析

李 騁

（大同煤礦集團(tuán)北辛窯煤業(yè)公司， 山西 忻州 034000）

引言

煤礦地質(zhì)探放水施工是保證井下采掘工程安全高效開(kāi)展的重要技術(shù)途徑，其中探水鉆孔封孔施工是整個(gè)探水作業(yè)中重要一項(xiàng)環(huán)境，封孔質(zhì)量直接關(guān)系著探放水施工效率及施工安全，但是在實(shí)際煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，由于煤礦地質(zhì)探放水施工人員對(duì)封孔重要性重視不足、封孔技術(shù)落后等原因，導(dǎo)致煤礦探水鉆孔封孔質(zhì)量差，大大降低了探放水施工效率；所以加強(qiáng)煤礦地質(zhì)探放水鉆孔封孔質(zhì)量，對(duì)煤礦防治水工作高效開(kāi)展具有重要意義。本文以北辛窯礦2102巷為例，為進(jìn)一步提高探水鉆孔封孔質(zhì)量，采用新型封孔裝置，力求保證探放水施工安全。

1 北辛窯煤礦2102巷概況

大同煤礦集團(tuán)北辛窯煤業(yè)公司2102巷位于井田11采區(qū)，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 154 m，巷道為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進(jìn)煤層為2號(hào)煤，煤層平均厚度為5.92 m，施工巷道沿煤層底板平行掘進(jìn)，截止目前巷道已掘進(jìn)420 m[1-2]。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及井下工程揭露，2號(hào)煤頂板砂巖（K3）富水性弱-中等，但孔隙裂隙發(fā)育，連通性好，滲流暢通，徑流條件較好，與煤層間距為15 m，2102巷掘進(jìn)至120 m處頂板出現(xiàn)局部淋水現(xiàn)象，淋水量為5 m3/h，巷道掘進(jìn)至174 m處揭露F1斷層時(shí)頂板最大淋水量為21 m3/h，為了保證巷道掘進(jìn)安全，巷道掘進(jìn)至180 m處決定對(duì)巷道施工探水鉆孔，每排布置四個(gè)，鉆孔間距為1.2m，鉆孔仰角為10°，鉆孔深度為80 m，鉆孔施工完后采用傳統(tǒng)水泥砂漿進(jìn)行封孔，由于封孔工藝差，封孔后在放水施工時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)因封孔質(zhì)量不合格導(dǎo)致透水事故，威脅著巷道安全掘進(jìn)。

2 新型封孔裝置的結(jié)構(gòu)與工藝

由于2102巷掘進(jìn)的2號(hào)煤層煤質(zhì)比較松軟且破碎嚴(yán)重，工作人員在進(jìn)行探放水作業(yè)時(shí)很容易發(fā)生鉆孔周圍煤壁滲水。技術(shù)人員為了解決這一難題，通過(guò)查閱資料和結(jié)合煤體實(shí)際現(xiàn)狀，決定采用一套新型封孔裝置。

2.1 新型封孔裝置結(jié)構(gòu)

地質(zhì)探水鉆孔新型封孔裝置主要由法蘭盤、壓力表、固定錨索、閥門、注漿軟管、孔口管、注漿泵以及封堵材料等部分組成，如圖1所示。

1）每節(jié)孔口管長(zhǎng)度為1.5 m，直徑為127 mm，主要由無(wú)縫鋼管制成，相鄰兩節(jié)孔口管采用絲扣式連接。

2）孔口管外端安裝壓力表及法蘭盤，法蘭盤與放水管進(jìn)行連接，壓力表主要顯示放水期間水壓大小，從而便于放水流量。

3）封堵材料主要分兩部分，一部分為底部封堵材料，主要采用膨脹水泥，另一部分為黏接化學(xué)材料主要采用聚氨酯粘合劑；其中膨脹水泥主要是由膨脹劑、固體速凝劑、水及水泥混合而成，混合的質(zhì)量比例為1∶1∶5∶5，膨脹劑主要成分為生石灰和鋁粉，混合質(zhì)量比例為9∶1；聚氨酯的主要成分為澆筑型組合聚醚與PAPI，工作人員將這兩種物質(zhì)按照1∶1的質(zhì)量比例進(jìn)行混合形成漿液。聚氨酯能夠在較短的時(shí)間內(nèi)冷凝，同時(shí)滲透性好、膨脹系數(shù)高。

圖1 2102巷地質(zhì)探水鉆孔新型封孔裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4）注漿泵型號(hào)為3ZBQ20/24型，該泵供氣壓力為0.2～0.63 MPa，排漿流量為16 L/min，額定排漿壓力18 MPa；注漿泵與注漿軟管連接，軟管直徑為10 mm，軟管中部安裝一個(gè)閥門主要控制注漿流量[3]。

2.2 新型封孔裝置封孔工藝

1）首先在鉆孔周圍煤體破碎區(qū)域找好鉆孔的位置與角度，并穩(wěn)設(shè)鉆機(jī)，穩(wěn)設(shè)鉆機(jī)前需對(duì)周圍煤壁敲幫問(wèn)頂。

2）在鉆機(jī)上安裝一個(gè)75 mm的鉆頭，并在煤壁開(kāi)一個(gè)深度為10 m的導(dǎo)向孔，待10 m的導(dǎo)向孔完成施工后，工作人員更換一個(gè)150 mm的鉆頭，并沿著導(dǎo)向孔的方向進(jìn)行擴(kuò)孔，同時(shí)將孔內(nèi)的浮煤進(jìn)行清理。

3）當(dāng)孔內(nèi)的浮煤全部清理完畢后，對(duì)鉆孔內(nèi)安裝7根孔口管，安裝后施工人員繼續(xù)在鉆孔周圍施工多個(gè)錨索對(duì)鋼管進(jìn)行加固，錨索的長(zhǎng)與直徑分別為6 m及19 mm。

4）施工人員在鉆孔上下左右方向0.3～0.5 m處施工四個(gè)注漿鉆孔，注漿鉆孔的深度及直徑分別為10 m和45 mm，鉆孔施工后使用注漿泵對(duì)四個(gè)鉆孔進(jìn)行注射，在注射的過(guò)程中當(dāng)鉆孔內(nèi)有聚氨酯漿液滲出時(shí)及時(shí)停機(jī)，并對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵[4-5]。

5）在鉆孔與孔口管的間隙處預(yù)先埋設(shè)一根注漿小管，并用速干劑水泥進(jìn)行封口，之后繼續(xù)使用注漿泵將混合好的膨脹水泥通過(guò)注漿小管注入孔內(nèi)，注漿通常采用“外返漿”工藝流程。

6）在孔口管封固2 h后工作人員使用直徑為75 mm的鉆頭施工一個(gè)鉆孔，鉆孔的深度為500 mm，通過(guò)對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行注水來(lái)檢驗(yàn)鉆孔的耐壓強(qiáng)度，通常注水壓力必須大于積水壓力的1.5倍，工作人員在注水的同時(shí)觀察煤體周圍有無(wú)滲水現(xiàn)象，如在1 h內(nèi)孔口管不竄動(dòng)，煤體無(wú)滲水，則可確認(rèn)該鉆孔封孔完好。

3 新型封孔裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

1）新型封孔裝置主要采用聚氨酯進(jìn)行鉆孔進(jìn)行封堵，工藝流程簡(jiǎn)單，能夠大大降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，再加上聚氨酯漿液能夠在較短的時(shí)間內(nèi)冷凝，同時(shí)具有滲透性好、膨脹系數(shù)高的特點(diǎn)，在半小時(shí)之內(nèi)能夠?qū)⑵扑榈拿后w進(jìn)行粘連，增加了鉆孔周圍破碎煤體的抗壓強(qiáng)度，避免鉆孔周圍煤壁滲水。

2）新型封孔裝置采用的新型膨脹水泥與水泥砂漿及封孔器等傳統(tǒng)工藝相比具有價(jià)格便宜、滲透性好、膨脹系數(shù)高、凝固時(shí)間短、抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)與煤壁緊密粘連，提高了煤體的抗壓強(qiáng)度。

4 新型封孔裝置的應(yīng)用效果

2102巷在后期掘進(jìn)中共施工70個(gè)探水鉆孔，通過(guò)對(duì)這些鉆孔采用新型封孔裝置后，鉆孔封孔率由原來(lái)的54%提高到92%，而且在半年的探放水施工作業(yè)中未出現(xiàn)一次由于鉆孔封堵不嚴(yán)發(fā)生孔口管竄動(dòng)、煤壁滲水事故，有效地防止了巷道透水事故的發(fā)生，為礦井的安全生產(chǎn)提供了保障。