礦井探放水鉆孔封孔技術(shù)的改進(jìn)優(yōu)化分析

李晉宇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤精通興旺煤業(yè)有限公司，山西 大同 037001）

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)A 礦2106 巷井下處于主運(yùn)大巷的東北部位，其長(zhǎng)度為1 400 m，該巷道的斷面為4.5 m×3.5 m，掘進(jìn)施工的煤層為3#～5#煤層，厚度平均為11.3 m，巷道掘進(jìn)工作沿著煤層底板來(lái)進(jìn)行，到目前為止的掘進(jìn)長(zhǎng)度為500 m。該巷道的上覆存在采空區(qū)，與該巷道對(duì)應(yīng)的上覆為210 m～650 m，層間距為42 m，積水量的預(yù)估值為0.6 萬(wàn)m3。為了保證巷道掘進(jìn)工作的安全性，避免出現(xiàn)透水問(wèn)題，該巷道在進(jìn)行掘進(jìn)的前期需要進(jìn)行放水施工，其技術(shù)為鉆探，巷道迎頭的煤壁設(shè)置了五個(gè)探水鉆孔，其具體參數(shù)，如表1 所示。

2 2106 巷掘進(jìn)前期鉆孔封孔工藝問(wèn)題分析

1）封孔長(zhǎng)度不合理。該巷道掘進(jìn)的煤層是3#～5#的合并煤層，煤層厚度平均為11.3 m，掘進(jìn)高度為3.5 m，留頂煤的厚度為7.8 m，而巷道掘進(jìn)前期探水鉆孔的部位設(shè)定在工作迎頭與頂板相距1.5m 的部位，鉆孔的仰角設(shè)定為25°，通過(guò)進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在頂煤段，探水鉆孔的長(zhǎng)度為22 m。通過(guò)窺視鉆孔可以發(fā)現(xiàn)，在頂煤的13 m 范圍之內(nèi)，鉆孔壁出現(xiàn)裂隙發(fā)育，局部發(fā)生塌孔問(wèn)題，而原鉆孔的封孔長(zhǎng)度為九米，處于頂煤的破碎區(qū)域，導(dǎo)致封孔的效果較差，在放水之時(shí)十分容易出現(xiàn)透水問(wèn)題[1]。

2）封孔工藝落后。該巷道進(jìn)行掘進(jìn)工作的前期，探水鉆孔主要是利用膨脹水泥來(lái)進(jìn)行封孔，其長(zhǎng)度為6 m，盡管膨脹水泥具有快速凝固、良好黏結(jié)等優(yōu)勢(shì)，但是膨脹水泥不具備較好的滲透性，封孔段煤體的裂隙高度發(fā)育，如果沒(méi)有辦法及時(shí)封堵裂隙，將無(wú)法發(fā)揮良好的封孔效果。

3）安全措施不到位。由于該巷道開(kāi)采的3#～5#合并煤層不具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，其中含有較多的夾矸，煤體單軸的抗壓強(qiáng)度低于20 MPa，而上覆采空區(qū)存在的積水預(yù)計(jì)其水壓為0.8 MPa，在放水施工階段，由于受到高壓水流的沖擊作用，孔口煤壁極易出現(xiàn)垮落。而在前期探放水過(guò)程中，鉆場(chǎng)部位僅僅針對(duì)頂板處設(shè)置了一排單體液壓支柱，不具備安全的措施，因此，探放水施工的安全性較低。

3 探水鉆孔封孔工藝的優(yōu)化

3.1 合理確定鉆孔封孔深度

為了選擇合理的鉆孔封孔長(zhǎng)度，確保后期順利探放水，可利用煤屑量的判斷來(lái)明確鉆孔的封孔深度，確保封孔段可以延伸到穩(wěn)定的煤巖之內(nèi)[2]。

1）在進(jìn)行鉆孔之前，需要在鉆孔煤壁設(shè)置三個(gè)深度為22 mm 的校驗(yàn)鉆孔，這一數(shù)值與放水鉆孔相同。在施工之時(shí)需要安排專人來(lái)對(duì)每一個(gè)校驗(yàn)鉆孔形成的煤屑量進(jìn)行記錄，并繪制曲線。

2）通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)記錄，三個(gè)校驗(yàn)鉆孔在0～6 m、6 m～12 m和16 m～22 m的范圍之內(nèi)施工時(shí)，其所形成的煤屑量分別為4.5 kg/m、3.5 kg/m 和2.9 kg/m，其呈現(xiàn)出了遞減的趨勢(shì)，但是逐漸趨于平穩(wěn)，產(chǎn)生的煤屑量變化曲線，如圖1 所示。

3.2 采用囊袋式封孔工藝

1）首先利用專業(yè)的鉆機(jī)來(lái)進(jìn)行施工，選擇合適的合金鉆頭，先進(jìn)行擴(kuò)孔施工，其長(zhǎng)度為16 m，完成施工之后需要清理干凈鉆孔之內(nèi)的煤矸石，之后在更換擴(kuò)孔鉆頭來(lái)進(jìn)行施工，擴(kuò)孔施工長(zhǎng)度為16 m。

2）完成擴(kuò)孔之后，向鉆孔之內(nèi)置入適當(dāng)?shù)目卓诠?，每一?jié)長(zhǎng)度為3.5 m，孔口管利用專業(yè)防漏的連接套來(lái)進(jìn)行連接，之后運(yùn)用膨脹水泥來(lái)對(duì)孔口管的孔底進(jìn)行封孔，工藝平面示意圖，如圖2 所示。

圖2 2106 巷囊袋式封孔工藝平面示意圖（mm）

3）利用膨脹水泥將孔口管進(jìn)行固定之后，在孔底部位配置一個(gè)PKLW 型的環(huán)形封孔器，同時(shí)也需要在孔口0.5 m 部位安裝相同的封孔器，并利用膨脹水泥對(duì)其加以固定，從而孔口管的中間部位將會(huì)形成一個(gè)環(huán)形的封堵空間[3]。

4）固定好孔口管之后，對(duì)環(huán)形封堵空間進(jìn)行處理，將一根半徑為10 mm 的注漿鋼管埋入其中，軟管的另外一端則需要與注漿泵進(jìn)行連接，之后再進(jìn)行施工，注漿材料選擇聚氨醋，壓力設(shè)定為1.5 MPa。

5）完成注漿之后，3 h 之內(nèi)需要對(duì)封孔段開(kāi)展注水耐壓測(cè)試，壓力設(shè)定為水壓的3 倍，在測(cè)試期間需要安排專業(yè)人員來(lái)進(jìn)行觀察，明確孔壁是否出現(xiàn)滲水問(wèn)題、孔口管是否出現(xiàn)竄動(dòng)等，判斷封孔合格之后，才可以繼續(xù)掘進(jìn)。

3.3 實(shí)施安全技術(shù)措施

為了確保巷道后期探放水操作的安全性，避免鉆場(chǎng)煤壁及頂板因受到水壓的影響而出現(xiàn)垮落和碎頂問(wèn)題，因此在放水之前應(yīng)當(dāng)對(duì)鉆場(chǎng)圍巖進(jìn)行有效的控制。

1）鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng):為了避免鉆場(chǎng)煤壁因鉆孔突水問(wèn)題而垮落，需要利用相應(yīng)規(guī)格的柔性纖維網(wǎng)來(lái)對(duì)其進(jìn)行鋪設(shè)，該網(wǎng)所采用的材料為聚氨醋纖維，每個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)度和寬度分別為0.4 m 和0.3 m，從橫向和縱向上來(lái)看，該網(wǎng)每米的承載力最大分別為580kN和470 kN，每片纖維網(wǎng)與頂板之間需要利用槽鋼來(lái)進(jìn)行固定，其長(zhǎng)度為4.5 m，兩幫則需要使用玻璃鋼錨桿來(lái)實(shí)施固定，每一排設(shè)置4 根，玻璃鋼錨桿之間維持1m 的間距。

2）護(hù)幫梯形棚支護(hù):在鋪設(shè)完成柔性纖維網(wǎng)之后，煤壁部位選擇交錯(cuò)式護(hù)幫梯形棚來(lái)進(jìn)行施工，這一形棚主要包含了錨索和縱/橫向梯形棚，梯形棚是利用多個(gè)半徑為10 mm 的圓鋼進(jìn)行焊制而成的，其中，縱向與橫向梯形棚的長(zhǎng)度分別為3.2 m 和4.2 m，寬度均為0.5 m，每一個(gè)梯形棚是以兩根錨索來(lái)完成固定的，鉆場(chǎng)煤壁總共進(jìn)行了六架梯形棚，縱/橫分別有三架，并且以“井”字來(lái)進(jìn)行布置。

4 優(yōu)化工藝的應(yīng)用效果

在后期開(kāi)采過(guò)程中，該礦井的地測(cè)科對(duì)本巷道共開(kāi)發(fā)了40 個(gè)探水鉆孔，其中有28 個(gè)為有效放水孔，達(dá)到了4 145 m3的放水量。本礦井地測(cè)科通過(guò)對(duì)原有探水鉆孔的封孔工藝實(shí)施優(yōu)化，基于“兩堵一注”的新型封孔工藝及科學(xué)的技術(shù)措施之后，該巷道在后期實(shí)施探放水期間沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，如煤壁出現(xiàn)滲水、孔口管發(fā)生竄動(dòng)等，以實(shí)現(xiàn)良好的封孔效果，確保巷道掘進(jìn)工作的高效與安全，目前已經(jīng)得到較好的應(yīng)用效果。