矿山地质探水钻孔新型封孔工艺在华阳一矿的应用

史贤章

（华阳一矿，山西 阳泉 045000）

煤矿地质勘探和排水的目的是确保地下开采的安全，其中钻孔和堵封孔是探水施工的关键性环节，封孔质量与探放水效率、生产安全关系紧密。然而，现在国内很多煤矿因部分施工人员对封孔环节重视度不足、封孔技术落后等因素影响，封孔质量普遍参差不齐，影响探放水效率。因此，强化封孔质量对高效开展防治水工作具有积极意义。本文以华阳一矿81303 巷道为例，探索封孔技术，采用了一种新型封孔装置，以保障探放水作业安全。

1 概况

华阳一矿81303 巷道断面为矩形，巷道净高为3 700 mm、净宽5 000 mm，净断面18.5 m2。巷道掘进15 号煤层，均厚7.7 m，采用底板平行掘进方式。随着开采深度的增加，防治水工作形式严峻，主要表现15 号煤层开采受到上覆煤层采空区积水影响，部分开采区域受邻近采空区积水影响，区域内陷落柱发育较多，可能导通上部水体与采掘空间通道，矿井存在突水隐患。

巷道开掘至200 m 时，揭露F1 断层，顶板最大淋水量22 m3/h。为确保开采安全，巷道开掘至210 m 时，进行巷道施工探水钻孔作业，每排4个，孔距1.2 m，钻孔仰角10°，孔深80 m。封孔采用传统水泥砂浆封孔工艺进行操作。但后期在放水作业中，时常出现封孔质量不过关的情况，造成透水事故，严重威胁掘进作业。

2 新型封孔装置的结构与工艺

由于华阳一矿81303 巷道开挖的15 号煤层煤质较软，且破损严重，在探放水作业中易于发生钻孔周边煤壁渗水。为了解决这个问题，通过查阅资料，结合煤体的实际情况，决定采用一套新型封孔装置。

2.1 新型封孔装置结构

地质探水钻孔新型密封装置主要构成部件有法兰盘、压力表、固定锚索、阀门、灌浆软管、孔口管、注浆泵和封堵材料等，如图1 所示。

图1 新型封孔装置结构Fig.1 New hole sealing device structure

（1）每个孔口管的长度为1.5 m，直径为127 mm，主材质为无缝钢管，相邻2 孔口管连接方式为螺纹连接。

（2）压力表和法兰盘安装在孔口管的外端，法兰盘连接排水管，排水时压力表主要显示水压状况，便于控制水流量。

（3）封堵材料主要分为2 部分，一部分为底部封堵材料，主要是膨胀水泥；另一部分是粘结化学材料，主要是聚氨酯胶粘剂。膨胀水泥主要由膨胀剂、固体促进剂、水、水泥混合后构成，混合质量比是1∶1∶5∶5，其中膨胀剂的主要成分为生石灰和铝粉末，混合质量比为9∶1；聚氨酯的主要成分是浇注型组合聚醚和PAPI，施工中将2 种物料进行1∶1 的质量比混合，聚氨酯具有凝结时间短、渗透性好、膨胀系数高等优点。

（4）选用注浆泵泵型号为3ZBQ20/24，风压0.2～0.63 MPa，流量为16 L/min，额定排放压力18 MPa。注浆泵与DN10 软管连接，在软管中间设置阀门，用于控制注浆流量。

2.2 新型封孔工艺

（1）将钻孔定位在煤体破碎区域适合位置，控制钻孔角度，架设钻机，钻机稳定前需要敲击煤壁并敲帮问顶。

（2）采用直径75 mm 钻头，首先在煤壁上开一个10 m 深的导向孔，导向孔施工完成后，更换150 mm 的钻头，沿孔壁将导孔扩大，并且清理孔内浮煤。

（3）清除孔内所有浮煤后，导向孔内布置7 个孔口管，安装完成后，施工人员在钻孔周边采用多条锚索予以加固，锚索规格为φ19 mm×6 000 mm。

（4）施工人员在钻孔上、下、左、右0.3～0.5 m 布置4 个注浆孔，注浆孔深度10 m、直径45 mm。钻孔施工完成后，对4 个钻孔进行灌浆。在注射过程中，当钻孔内有聚氨酯泥浆渗漏时，应及时停机，堵塞钻孔。

（5）在钻孔与孔口管之间的间隙处，应预埋注浆小管，用速干水泥进行密封，然后将混合完全的膨胀水泥通过注浆小管注入孔内，注浆通常采用“外返浆”工艺。

（6）孔口管密封2 h 后，使用了φ75 mm 的钻头进行钻孔，孔深500 mm，对孔内注水进行耐压试验，测试水压必须大于积水压力的1.5 倍。密切关注煤体周围是否有渗水现象，若1 h 内孔口管不移动，煤体无渗水，则封孔合格。

3 新型封孔装置的优点

（1）新型封孔装置的封堵材料，以聚氨酯为主，可操作性强，工艺简单，大幅降低了施工人员的作业强度。此外，聚氨酯浆液凝固速度快、渗透性强、膨胀系数高，30 min 即可将破碎煤体粘结，提高了钻孔周边煤体抗压能力，防止煤壁渗水。

（2）新型封孔工艺采用的膨胀水泥和传统工艺中使用的水泥砂浆、封孔器等相比，具有价格低廉的优势，膨胀水泥渗透性强、膨胀系数高、凝结快、强度高，能迅速提高钻孔周边煤体抗压强度。

4 结语

华阳一矿81303 巷道在后期开掘中，共施工了70 个探水钻孔，运用新型工艺对钻孔进行封堵后，封孔合格率大幅提升，从原来的54%提升至92%。在后期的探放水作业过程中，未发生因钻孔封堵问题引发的煤壁渗水事故，有效避免了巷道的透水事故，为煤矿井下安全开采工作提供了有力保障。