“兩堵一注”封孔技術在探放水中的應用

姜 寧

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

引言

探水鉆孔封孔質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、水泥砂漿進行封堵，但是受封孔材料流動性、滲透強度等影響，傳統(tǒng)鉆孔封孔時存在很多問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：鉆孔壁裂隙巖體無法進行有效填充、封堵，在后期放水過程中受孔口管竄動影響，鉆孔探孔現(xiàn)象嚴重；封孔材料黏結性差，鉆孔封孔后無法對孔口管進行有效固定，在放水過程中很容易出現(xiàn)射管現(xiàn)象；同時傳統(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回風順槽探放水施工為例，為了彌補傳統(tǒng)探水鉆孔封孔工藝的不足，提出了“兩堵一注”封孔技術。

1 4012回風順槽概況

晉能控股煤業(yè)集團石碣峪煤業(yè)有限公司4012回風順槽設計長度為715 m，巷道掘進煤層為4號煤層，平均厚度為6.54 m，平均傾角為3°，巷道掘進斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道采用綜合機械化掘進工藝。

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

截至目前4012回風順槽已掘進270 m，巷道掘進前期共計布置2個鉆場、4個探水鉆孔，鉆孔采用膨脹水泥進行封孔處理；但是通過實際應用效果來看，由于受鉆孔封孔質量影響，在前期探放水施工中經常出現(xiàn)孔口管竄動現(xiàn)象，嚴重威脅著探放水施工安全，對此地測科通過技術研究，決定對原探水鉆孔封孔工藝進行優(yōu)化，采取“兩堵一注”封孔技術。

2 “兩堵一注”封孔技術

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：由于鉆孔在施工時受鉆進擾動影響，鉆孔壁出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，若圍巖相對穩(wěn)定時鉆孔鉆進時產生的煤屑量較穩(wěn)定，當圍巖破碎或不穩(wěn)定時，產生的煤屑量相對較多。根據鉆孔鉆進時煤屑量多少確定圍巖應力區(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個校驗鉆孔，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，采用鉆進校驗鉆孔施工，鉆孔每施工1.0 m準確記錄鉆孔產生的煤屑量，通過實際記錄發(fā)現(xiàn)，3個鉆孔在0～6 m范圍內平均產生的煤屑量為3.4 kg，在6～11 m范圍平均產生的煤屑量為2.7 kg，在11 m后平均產生的煤屑量為2.1 kg。由此可見，鉆孔鉆進深度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 封孔設備

1）鉆機及鉆桿：4012回風順槽探水鉆孔采用ZQJC-720/11型氣動架柱式鉆機配套中空鉆桿、合金鋼鉆頭聯(lián)合進行鉆孔施工，鉆桿長度為1.5 m、直徑為63 mm，每根鉆桿采用絲扣進行連接，鉆頭主要由兩種，一種為導向鉆頭，即鉆孔正常施工鉆頭，鉆頭直徑為75 mm；另一種為擴孔鉆頭，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，共計兩根，環(huán)形封孔器采用囊袋式結構，封孔器在注水后自身膨脹，從而實現(xiàn)封孔目的。

3）注漿設備及材料：采用ZBQ型氣動注漿泵進行注漿施工，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，每個鉆孔內安裝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型氣動架柱式鉆機進行鉆孔施工，鉆孔鉆進11 m后停止鉆進，并采用風管將鉆孔內煤屑清理干凈。鉆孔施工時必須保證鉆孔壁完好，若出現(xiàn)嚴重塌孔必須重新補打。

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

3）擴孔完成后對擴孔段安裝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進行高壓注水使封孔器膨脹，使孔內形成環(huán)形封堵空間。

4）鉆孔封孔完成后，對環(huán)形空間內插入一根直徑為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”封孔技術優(yōu)點及實際應用

3.1 優(yōu)點

1）合理確定封孔長度：傳統(tǒng)封孔時封孔長度確定盲目性大，達不到預期封孔目的，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行封孔時，由于注漿壓力小且漿液滲透流動性差，封孔后不能對孔壁裂隙進行有效封堵，而且封孔管固定質量差，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，該化學材料具有流動性強、黏結效果好、凝固體韌性強等優(yōu)點，注漿后不僅能夠對鉆孔壁裂隙產生很好的填充、封堵效果，而且對封孔管具有較強的黏結作用。

3）實用性強：“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、水力等其他領域中，實用性強、應用區(qū)域廣。

3.2 實際應用效果

4012回風順槽掘進270 m后對探水鉆孔采取“兩堵一注”封孔工藝，通過3個月實際應用效果表明，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)鉆孔竄動現(xiàn)象，鉆孔封孔質量提高了98%以上，鉆孔在探放水施工時，鉆孔附近煤體未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

4 結語

晉能控股煤業(yè)集團石碣峪煤業(yè)有限公司對4012回風順槽掘進前期探水鉆孔封孔工藝主要存在的問題進行分析，為了進一步提高鉆孔封孔質量，對原鉆孔封孔工藝進行優(yōu)化改進，采用了“兩堵一注”封孔工藝。通過實際應用效果來看，優(yōu)化改進后的封孔工藝，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量，解決了傳統(tǒng)鉆孔封孔后在放水時出現(xiàn)孔口竄動、射管現(xiàn)象，提高了煤礦探放水施工安全，具有很好的推廣價值。