囊袋式封孔技術(shù)在探水鉆孔中應(yīng)用

秦 斌

（潞安集團(tuán)漳村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046031）

0 引 言

探放水施工是采掘工作面消除水患重要技術(shù)手段，它主要采用專(zhuān)用鉆機(jī)向積水區(qū)域施工若干個(gè)探水孔，然后進(jìn)行放水，為了保證放水安全，需對(duì)鉆孔進(jìn)行封孔處理，封孔質(zhì)量直接關(guān)系著放水施工安全幾效率；但是目前我國(guó)多數(shù)煤礦鉆孔封孔存在很多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在封孔長(zhǎng)度確定盲目性大，封孔工藝落后，封孔質(zhì)量差等，從而嚴(yán)重威脅著探放水施工安全；本文以漳村煤礦2301運(yùn)巷為例，對(duì)傳統(tǒng)封孔工藝進(jìn)行優(yōu)化，提出了囊袋式封孔技術(shù)，并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

1 概 述

潞安集團(tuán)漳村煤礦2301風(fēng)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1054m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=5.0×3.3m，施工巷道掘進(jìn)煤層為二疊系山西組下部的3#煤層，平均厚度為6.43m。2301風(fēng)巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，截止2018年7月23日施工巷道已掘進(jìn)370m。

2301運(yùn)巷位于奧灰承壓區(qū)，承受最大水頭高度為118m。另?yè)?jù)瞬變電磁勘探結(jié)果顯示，工作面掘進(jìn)中南部為頂板7#含水層富水區(qū)，層間距為34m，預(yù)計(jì)含水量為5842m3，預(yù)計(jì)巷道掘進(jìn)過(guò)程中最大涌水量為140m3/h，平均涌水量100m3/h。

為了保證巷道掘進(jìn)安全，2301運(yùn)巷掘進(jìn)前期通過(guò)超前鉆探施工進(jìn)行頂板水患排除，工作面每排布置3個(gè)探水鉆孔，鉆孔深度為100m，鉆孔與頂板成10°仰角布置，鉆孔擴(kuò)孔深度為12m，擴(kuò)孔直徑為105mm，采用水泥砂漿進(jìn)行封孔處理；但是由于水泥砂漿滲透能力、膠結(jié)能力差，封孔質(zhì)量差，在巷道前期探放水施工時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)孔口管竄動(dòng)現(xiàn)象，其中發(fā)生兩次封孔不合格，導(dǎo)致透水事故，不僅降低了工作面探放水施工效率，而且嚴(yán)重威脅著巷道施工安全。對(duì)此，地測(cè)科礦通過(guò)技術(shù)研究提出了囊袋式封孔技術(shù)。

2 囊袋式封孔技術(shù)應(yīng)用

為了提高鉆孔封孔質(zhì)量，保證巷道后期掘進(jìn)過(guò)程中探放水施工安全，決定采用煤屑量法確定封孔長(zhǎng)度，采用囊袋式封孔封孔工藝。

1）封孔長(zhǎng)度確定：為了保證封孔長(zhǎng)度滿(mǎn)足探放水施工要求，采用煤屑量法確定封孔長(zhǎng)度，即在工作面施工三個(gè)實(shí)驗(yàn)鉆孔，鉆孔深度為30m，其它參數(shù)與探水鉆孔參數(shù)相同，每個(gè)實(shí)驗(yàn)鉆孔施工期間詳細(xì)記錄每米產(chǎn)生的煤屑量，根據(jù)煤屑量多少確定煤體原巖穩(wěn)定區(qū)，封孔底端必須保證位于原巖穩(wěn)定區(qū)內(nèi)；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)記錄發(fā)現(xiàn)，2301運(yùn)巷施工的3個(gè)實(shí)驗(yàn)鉆孔，在0-5m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量為4.4kg/m，在5-13m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量為3.6kg/m，在13-30m范圍內(nèi)，平均產(chǎn)生的煤屑量為2.93.6kg/m，且趨于穩(wěn)定，由此可見(jiàn)在鉆孔13m后為原巖穩(wěn)定區(qū)，最終確定封孔長(zhǎng)度為14m。

2）封孔設(shè)備：ZY-750D礦用鉆機(jī)一臺(tái)，電機(jī)功率問(wèn)哦20KW，油泵功率為25Mpa；導(dǎo)向合金鉆頭3個(gè)，直徑為75mm；三翼擴(kuò)孔鉆頭1個(gè)，直徑為130mm；PVC孔口管4根，每根長(zhǎng)度為4.0m，直徑為105mm；PKN型封孔器2個(gè)；16mm注漿軟管一根；2zbq-6/4注漿泵一臺(tái)；XZFKL-I礦用封孔注漿材料，該注漿材料在緩慢膨脹過(guò)程中能夠向鉆孔周邊裂隙逐漸滲透封堵，使得材料與煤體緊密粘合在一起，粘接效果好，凝固時(shí)間為2h（達(dá)80%以上），粘接強(qiáng)度為45MPa，膨脹倍率為12%。

圖1 2301運(yùn)巷探水鉆孔囊袋式封孔施工平面示意圖

3）施工工藝：①首先在指定位置采用ZY-750D礦用鉆機(jī)進(jìn)行導(dǎo)向鉆孔施工，鉆孔施工深度為15m，導(dǎo)向鉆孔施工到位后更換為三翼擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔處理，擴(kuò)孔后孔徑為130mm，深度為14m；②鉆孔擴(kuò)孔后依次想鉆孔內(nèi)埋入4根PVC孔口管，相鄰兩節(jié)管之間采用絲扣式連接；③孔口管安裝后，向鉆孔底部注入膨脹水泥進(jìn)行封堵，底部封堵長(zhǎng)度為0.8m，底部封堵后在距孔底0.8m處安裝一個(gè)PKN型封孔器；在距孔口0.8m處同樣安裝一個(gè)PKN型封孔器，從而使兩封孔器之間形成環(huán)形空間，如圖1所示；⑤將注漿軟管埋入環(huán)形封堵空間內(nèi)，孔口管外露端與2zbq-6/4注漿泵，然后采用注漿泵向環(huán)形空間高壓注入XZFKL-I礦用封孔注漿材料，注漿平均壓力為1.8MPa，注漿時(shí)先高壓后低壓，注漿時(shí)發(fā)現(xiàn)煤壁有漿液滲出時(shí)立即停止注漿，然后在封孔器與孔口之間采用膨脹水泥進(jìn)行封堵，在孔口處安裝壓力表、閥門(mén)等，并采用錨索將其與煤壁固定；⑥鉆孔封孔2h后，對(duì)鉆孔封孔質(zhì)量進(jìn)行注水耐壓試驗(yàn)，注水壓力為1.2MPa，注水時(shí)間為10min，注水時(shí)間未發(fā)現(xiàn)孔口管竄動(dòng)或煤壁滲水現(xiàn)象視為封孔合格。

3 鉆場(chǎng)加固措施

為了保證探放水施工安全，提高鉆場(chǎng)煤壁穩(wěn)定性，放水施工前決定對(duì)鉆場(chǎng)煤壁采取“注漿+L型鋼棚”進(jìn)行聯(lián)合維護(hù)。

3.1 注漿加固技術(shù)

1）首先采用手持式鉆機(jī)在鉆場(chǎng)煤壁施工兩排注漿鉆孔，每排4個(gè)，鉆孔直徑為30mm,鉆孔深度為5.0m，所有鉆孔垂直煤壁布置，第一排鉆孔施工在距頂板0.5m處，第二排鉆孔施工在距頂板2.0m處，如圖2所示。

2）注漿鉆孔施工完后，采用高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)注入聚氨酯粘合劑，注漿壓力為1.2MPa，注漿期間發(fā)現(xiàn)鄰孔出現(xiàn)竄液時(shí)及時(shí)停止注漿，并對(duì)下個(gè)鉆孔進(jìn)行注漿施工。注漿1h后工作面方可放水施工。

3.2 架設(shè)L型工字鋼棚

1）鉆場(chǎng)注漿加固后，在鉆場(chǎng)架設(shè)3架L型工字鋼棚，L型鋼棚主要由棚腿、底座、頂梁等部分組成。

2）鋼棚架設(shè)間距為1.5m，第一架鋼棚架設(shè)在距巷幫0.5m，首先將鋼棚底座與巷道頂板采用地錨進(jìn)行固定，鋼棚底座固定采用連接螺母將棚腿與底座進(jìn)行固定，并在棚腿中部采用固定錨桿將其余煤壁進(jìn)行固定，如圖2所示。

3）棚腿安裝后采用卡纜將頂梁與棚腿進(jìn)行固定，頂梁與煤壁垂直布置，三架鋼棚架設(shè)完后，在鋼棚與煤壁之間間隙采用水泥背板填塞，確保三架鋼棚受力均勻。

圖2 2301運(yùn)巷鉆場(chǎng)煤壁“注漿+L型鋼棚”聯(lián)合加固示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

潞安集團(tuán)漳村煤地測(cè)科礦通過(guò)技術(shù)研究，針對(duì)2301風(fēng)巷前期探放水施工期間鉆孔封孔質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)原封孔工藝進(jìn)行優(yōu)化，提出了囊袋式封孔技術(shù)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)合理確定了鉆孔封孔長(zhǎng)度，解決了傳統(tǒng)封孔時(shí)封孔長(zhǎng)度不合理、盲目性大燈技術(shù)難題，提高了鉆孔封孔質(zhì)量，保證探放水效果，2301風(fēng)巷在后期掘進(jìn)中共計(jì)放水量為5644m3，在放水過(guò)程中未發(fā)生一起因封孔質(zhì)量不合格，導(dǎo)致透水事故。