矿井探放水钻孔封孔技术的改进优化分析

李晋宇

（晋能控股煤业集团地煤精通兴旺煤业有限公司，山西 大同 037001）

1 工程概况

晋能控股煤业集团A 矿2106 巷井下处于主运大巷的东北部位，其长度为1 400 m，该巷道的断面为4.5 m×3.5 m，掘进施工的煤层为3#～5#煤层，厚度平均为11.3 m，巷道掘进工作沿着煤层底板来进行，到目前为止的掘进长度为500 m。该巷道的上覆存在采空区，与该巷道对应的上覆为210 m～650 m，层间距为42 m，积水量的预估值为0.6 万m3。为了保证巷道掘进工作的安全性，避免出现透水问题，该巷道在进行掘进的前期需要进行放水施工，其技术为钻探，巷道迎头的煤壁设置了五个探水钻孔，其具体参数，如表1 所示。

2 2106 巷掘进前期钻孔封孔工艺问题分析

1）封孔长度不合理。该巷道掘进的煤层是3#～5#的合并煤层，煤层厚度平均为11.3 m，掘进高度为3.5 m，留顶煤的厚度为7.8 m，而巷道掘进前期探水钻孔的部位设定在工作迎头与顶板相距1.5m 的部位，钻孔的仰角设定为25°，通过进行计算发现，在顶煤段，探水钻孔的长度为22 m。通过窥视钻孔可以发现，在顶煤的13 m 范围之内，钻孔壁出现裂隙发育，局部发生塌孔问题，而原钻孔的封孔长度为九米，处于顶煤的破碎区域，导致封孔的效果较差，在放水之时十分容易出现透水问题[1]。

2）封孔工艺落后。该巷道进行掘进工作的前期，探水钻孔主要是利用膨胀水泥来进行封孔，其长度为6 m，尽管膨胀水泥具有快速凝固、良好黏结等优势，但是膨胀水泥不具备较好的渗透性，封孔段煤体的裂隙高度发育，如果没有办法及时封堵裂隙，将无法发挥良好的封孔效果。

3）安全措施不到位。由于该巷道开采的3#～5#合并煤层不具备较强的稳定性，其中含有较多的夹矸，煤体单轴的抗压强度低于20 MPa，而上覆采空区存在的积水预计其水压为0.8 MPa，在放水施工阶段，由于受到高压水流的冲击作用，孔口煤壁极易出现垮落。而在前期探放水过程中，钻场部位仅仅针对顶板处设置了一排单体液压支柱，不具备安全的措施，因此，探放水施工的安全性较低。

3 探水钻孔封孔工艺的优化

3.1 合理确定钻孔封孔深度

为了选择合理的钻孔封孔长度，确保后期顺利探放水，可利用煤屑量的判断来明确钻孔的封孔深度，确保封孔段可以延伸到稳定的煤岩之内[2]。

1）在进行钻孔之前，需要在钻孔煤壁设置三个深度为22 mm 的校验钻孔，这一数值与放水钻孔相同。在施工之时需要安排专人来对每一个校验钻孔形成的煤屑量进行记录，并绘制曲线。

2）通过分析现场记录，三个校验钻孔在0～6 m、6 m～12 m和16 m～22 m的范围之内施工时，其所形成的煤屑量分别为4.5 kg/m、3.5 kg/m 和2.9 kg/m，其呈现出了递减的趋势，但是逐渐趋于平稳，产生的煤屑量变化曲线，如图1 所示。

3.2 采用囊袋式封孔工艺

1）首先利用专业的钻机来进行施工，选择合适的合金钻头，先进行扩孔施工，其长度为16 m，完成施工之后需要清理干净钻孔之内的煤矸石，之后在更换扩孔钻头来进行施工，扩孔施工长度为16 m。

2）完成扩孔之后，向钻孔之内置入适当的孔口管，每一节长度为3.5 m，孔口管利用专业防漏的连接套来进行连接，之后运用膨胀水泥来对孔口管的孔底进行封孔，工艺平面示意图，如图2 所示。

图2 2106 巷囊袋式封孔工艺平面示意图（mm）

3）利用膨胀水泥将孔口管进行固定之后，在孔底部位配置一个PKLW 型的环形封孔器，同时也需要在孔口0.5 m 部位安装相同的封孔器，并利用膨胀水泥对其加以固定，从而孔口管的中间部位将会形成一个环形的封堵空间[3]。

4）固定好孔口管之后，对环形封堵空间进行处理，将一根半径为10 mm 的注浆钢管埋入其中，软管的另外一端则需要与注浆泵进行连接，之后再进行施工，注浆材料选择聚氨醋，压力设定为1.5 MPa。

5）完成注浆之后，3 h 之内需要对封孔段开展注水耐压测试，压力设定为水压的3 倍，在测试期间需要安排专业人员来进行观察，明确孔壁是否出现渗水问题、孔口管是否出现窜动等，判断封孔合格之后，才可以继续掘进。

3.3 实施安全技术措施

为了确保巷道后期探放水操作的安全性，避免钻场煤壁及顶板因受到水压的影响而出现垮落和碎顶问题，因此在放水之前应当对钻场围岩进行有效的控制。

1）铺设柔性纤维网:为了避免钻场煤壁因钻孔突水问题而垮落，需要利用相应规格的柔性纤维网来对其进行铺设，该网所采用的材料为聚氨醋纤维，每个网格的长度和宽度分别为0.4 m 和0.3 m，从横向和纵向上来看，该网每米的承载力最大分别为580kN和470 kN，每片纤维网与顶板之间需要利用槽钢来进行固定，其长度为4.5 m，两帮则需要使用玻璃钢锚杆来实施固定，每一排设置4 根，玻璃钢锚杆之间维持1m 的间距。

2）护帮梯形棚支护:在铺设完成柔性纤维网之后，煤壁部位选择交错式护帮梯形棚来进行施工，这一形棚主要包含了锚索和纵/横向梯形棚，梯形棚是利用多个半径为10 mm 的圆钢进行焊制而成的，其中，纵向与横向梯形棚的长度分别为3.2 m 和4.2 m，宽度均为0.5 m，每一个梯形棚是以两根锚索来完成固定的，钻场煤壁总共进行了六架梯形棚，纵/横分别有三架，并且以“井”字来进行布置。

4 优化工艺的应用效果

在后期开采过程中，该矿井的地测科对本巷道共开发了40 个探水钻孔，其中有28 个为有效放水孔，达到了4 145 m3的放水量。本矿井地测科通过对原有探水钻孔的封孔工艺实施优化，基于“两堵一注”的新型封孔工艺及科学的技术措施之后，该巷道在后期实施探放水期间没有出现问题，如煤壁出现渗水、孔口管发生窜动等，以实现良好的封孔效果，确保巷道掘进工作的高效与安全，目前已经得到较好的应用效果。