华阳一矿地质探水钻孔新型封孔装置的应用分析

鄯振华

（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）

1 概 况

煤矿的地质探放水作业是确保煤炭开采安全的重要途径，主要包括钻孔和封孔环节。封孔是整个探放水施工的关键环节，封孔质量与探放水施工效率呈正比例关系，但在早期矿井实际生产作业中，由于煤矿的地质探水员对封孔的认知不高，加之封孔工艺落后，矿井探放水钻孔封孔质量参差不齐，导致探放水作业效率不高。因此，强化矿井地质探放水钻孔封孔质量，有助于提高矿井防治水工作效率。本文以华阳一矿81303 工作面为例，为有效提升探放水钻孔封孔质量，设计了一种新型封孔装置，以确保探放水作业安全及施工效率。

2 81303 工作面情况

华阳一矿坐落于山西省阳泉市西北部，井田位于沁水煤田北侧，东西走向14.5 km，南北向9.8 km，总面积约83.6126 km2。华阳一矿81303 工作面沿15 号煤层掘进，煤层厚度7.88～6.35 m，均厚7.49 m，煤层倾角1°～13°。工作面断面为矩形，尺寸为5 200 mm×3 700 mm，净面积19.24 m2。最大涌水量20 m3/h，平均涌水量2.020 m3/h。15 号煤层上方覆盖灰黑色砂质泥岩，均厚1.7 m。为确保巷道掘进安全，拟对巷道进行探水钻孔，孔间距1.2 m，孔仰角10°，孔深80 m，每排设4个，钻孔完成后，采用传统水泥砂浆予以封孔处理，然而封孔工艺不高，作业后经常发生透水现象，给巷道掘进带来严重的安全隐患。81303 工作面地质构造如图1 所示。

图1 81303 工作面地质构造分布Fig.1 No.81303 face geological structure distribution

3 新型封孔装置的结构与工艺

由于81303 工作面的15 号煤层煤质相对较软，且破损严重，工作人员在进行探放水作业时经常发现钻孔周围的煤壁漏水。为了解决这一问题，经过查阅相关资料，并依据15 号煤层的实际情况，拟采用新型封孔装置。

3.1 新型封孔装置结构

该封孔装置主要由法兰、压力表、固定锚索、阀门、灌浆软管、孔口管、灌浆泵及封堵材料等组成，如图2 所示。

图2 探水钻孔新型封孔装置结构Fig.2 New hole sealing device structure of water exploration drilling

（1） 每孔管道长度为1.5 m，直径为127 mm，主材为无缝钢管，邻近两孔管采用螺纹连接。

（2） 压力表和法兰盘安装在孔管的外端并于排水管相连接，压力表的作用是显示排水时水压高低，便于控制排水流量。

（3） 封堵材料由两部分组成，一是底部封堵材料，主材为膨胀水泥；二是粘结化学材料，主材为聚氨酯粘合剂。膨胀水泥主要由膨胀剂、固体促进剂、水和水泥混合，混合质量比为1∶1∶5∶5，其中膨胀剂主要成分为生石灰和铝粉，混合质量比为9∶1；聚氨酯的主要成分是浇注聚醚和PAPI，现场施工人员将两种物质质量比依照1∶1 进行混合，形成浆液，聚氨酯凝结时间短，渗透性好，膨胀系数高。

（4） 灌浆泵选用3ZBQ20/24 型，泵气源压力0.2～0.63 MPa，排放流量16 L/min，额定排放压力力18 MPa。灌浆泵与直径为10 mm 的灌浆软管相连，软管中间安装一个控制灌浆流量的阀门。

3.2 新型封孔装置工艺

（1） 结合华阳一矿81303 工作面实际工况，先在预钻孔煤体破碎区寻找适当的位置，并确定钻孔角度，然后架设钻机，钻机在架设前必须对煤体用撬棍、钢钎或镐等敲击井巷、工作面顶板及侧帮，以确保施工安全。

（2） 采用φ75 mm 的钻头在煤体上打一个导向孔，深度为10 m，导向孔施工完成后，更换φ150 mm 的钻头沿着导向孔方向进行扩孔，扩孔内浮煤清理干净。

（3） 将钻孔内的浮煤全部清理干净后，在孔内布置7 跟孔口管，然后作业人员在钻孔附近进行施工多个锚索以固定钢管，锚索长度6 m，直径19 mm。

（4） 作业人员在钻孔的上、下、左、右4 个方向0.3～0.5 m 处进行打注浆孔4 个，注浆孔深度10 m、孔径45 mm。注浆孔施工完毕后，对其进行灌浆注射，作业中当孔内有聚氨酯浆液溢出时，立即停机，然后对钻孔予以封堵。

（5） 注浆管应预先嵌入孔与孔口管之间的间隙中，使用快干剂水泥密封，然后继续使用注浆泵通过注浆小管将混合的膨胀水泥注入孔内，一般采用“外返浆”的工艺。

（6） 在孔口管密封2 h 后施工人员采用φ75 mm 的钻头，钻一个深度为500 mm 的孔，然后向孔内进行注水，检验钻孔的耐压强度，注水压力不小于1.5 倍的积水压力。施工人员在注水过程中，密切注视煤体周边是否存在渗漏，若1 h 内孔口管无窜动现象，煤体无渗漏，则可视为该孔封闭合格。

3.3 封堵效果

华阳一矿81303 工作面在后期掘进作业中共施工90 个探水钻孔，这些钻孔全部采用新型封孔装置，钻孔率由原来的53%提高到92%，并且在探放水过程中从未发生一起因钻孔封堵造成的孔口管窜动、煤体渗水等现象。

3.4 新型封孔装置优点

（1） 该封孔装置主要以聚氨酯作为封堵材料，工艺相对简便，降低了施工人员的劳动强度，对施工人员的技能水平要求降低。聚氨酯浆液具有凝固速度快，渗透性好、膨胀系数高的优势，可在0.5 h 内将破碎煤体进行可靠粘结，有效提高了钻孔周边煤体的抗压强度，防止钻孔附近出现渗漏现象。

（2） 采用新型封孔装置的膨胀水泥和水泥砂浆与封孔器等传统技术相比，具有价格低廉、渗透性强、膨胀系数高、凝固用时短、耐压强度高等优势，可迅速与煤体密切粘合，使煤体耐压强度短时间内得到提升。

4 结 语

煤矿地质探放水作业中封孔是整个探放水施工的关键环节，封孔质量与探放水施工效率密切相关，华阳一矿81303 工作面在前期掘进探放作业中，采用传统水泥砂浆进行封孔，封孔工艺不高，时常发现钻孔周围煤壁存在漏水现象，给巷道掘进带来安全隐患。因此在后期掘进中，采用新型封孔装置，共施工90 个探水钻孔，钻孔率由原来的53%提高到92%，并且在探放水过程中，未发生一起因钻孔封堵造成的孔口管窜动、煤体渗水等现象，为华阳一矿的安全生产奠定了一定的基础。