采煤面顶板深孔预裂爆破注浆封孔技术研究与应用

2021-07-08刘尊杰

山东煤炭科技 2021年6期

刘尊杰秦阳

（1.山东省能源局，山东济南 250000；2.山东方大工程有限责任公司，山东淄博 255100）

在顶板深孔预裂爆破中，高质量的封孔是爆破效果良好的必要条件，封孔技术是关键技术，爆破孔封孔材料的选择、封孔参数的确定以及封孔工艺的应用直接影响封孔质量和效果。通过改善顶板深孔预裂爆破封孔技术，可以有效地提高爆破效果、减少爆破事故、释放围岩集中应力、确保安全生产。

1 概况

门克庆井田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗内，鄂尔多斯呼吉尔特矿区的中部，隶属乌审旗图克镇。井田东西宽约7.2 km，南北长约12.3 km，面积88.632 9 km2。井田含煤地层为侏罗系中统延安组(J2y)，其沉积基底为三叠系上统延长组(T3y)。该组地层厚度为228.06～323.21 m，平均281.86 m，首采煤层为3-1 煤，平均可采厚度4.8 m。该煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1～2 层夹矸。煤层顶板岩性以粉砂岩为主，其次为砂质泥岩、粉砂岩；底板岩性多为砂质泥岩及粉砂岩。冲击倾向性鉴定为： 3-1 煤层顶底板，均属于Ⅱ类，具有弱冲击倾向性；3-1 煤属于Ⅲ类，具有强冲击倾向性。

针对此矿井冲击地压情况，在11-3104 工作面开展顶板深孔爆破技术基础上，研究顶板预裂爆破单液注浆封孔技术，以提高施工效率，减少安全隐患。

2 封孔材料选用及封孔结构

2.1 封孔材料选用

封孔材料主要以专用FKL-1 型封孔料为主，并辅以水泥药卷。该专用封孔注浆料具有密度好、质量轻、凝固速度快、抗压强度高等特点；水泥药卷规格：长250 mm，直径60 mm。

2.2 封孔结构

采用封孔结构：水泥药卷-专用注浆料-水泥药卷。具体堵孔方式为：孔底0.5 m 水泥药卷，主要作用是通过固定返浆软管位置控制封孔长度；中部专用注浆料化纤素；孔口1m 水泥药卷，主要作用是固定注浆软管以及防止中部注浆液泄漏。

3 施工工艺

为防止爆破孔内爆炸气体外泄，充分保障预爆破效果，爆破孔的充填封堵工艺及质量状况至关重要。经研究和试验，注浆材料采用FKL-1 型专用封孔注浆料，水灰比1:1.5。钻孔装药结束后，采用水泥药卷将爆破筒固定在设计位置，然后Ф16 mm软管（作返浆管用）捆至水泥药卷上，软管割返浆口，用炮杆将其送入孔底并固定。采用水泥药卷下设Ф16 mm 软管（作注浆管用）距孔口6 m，并对钻孔最后1 m 进行水泥药卷封孔且封严、封实，防止注浆液泄漏。通过改造的注浆管口与Ф25 mm 软管连接，将注浆材料按照水灰比制作浆液，用单液注浆、风动搅拌装置压入钻孔，待返浆管溢出与配比浆液一样浓度后，用塑料瓶灌装溢出浆液，并将两根软管折弯打结。若正向注浆，注浆管路发生堵塞，未达预估吸浆量，从返浆管内向孔内二次注浆封孔，直至封孔质量合格。待浆液凝固1.5 h 后，观察塑料瓶浆液凝固情况，待确认无误后，方可进行起爆。装药堵孔结构示意如图1。

图1 装药堵孔结构示意图

4 与传统封孔工艺技术的对比

针对采煤面顶板深孔预裂爆破注浆封孔中的单液注浆配比、缩短凝结时间、控制封孔长度、快速高效注浆、提高爆破效果、减少爆破事故率等施工难点进行研究：

（1）试用注浆材料单液注浆配比参数，缩短浆液凝胶时间，将其凝固时间控制在1.5～2 h，解决因等待浆液凝固导致爆破孔起爆时间晚和在注浆过程中双液注浆配比失调导致封孔不实易堵孔的问题。

（2）改善注浆工艺，采用正、反循环相结合注浆方式，在无注浆压力情况下单液浆液将爆破孔封孔段充填饱满的问题，从而提高钻孔封孔成功率，实现高效注浆。

（3）研究注浆软管孔内快速固定和封孔长度有效控制工艺，一是采用水泥药卷固定软管，高效快捷；二是将注浆软管固定孔口，将返浆软管固定在爆破筒底部，有效控制爆破孔的封孔长度，从而解决封孔不实和长度不足的现象，达到顶板爆破封孔长度设计要求。

5 现场试验

在内蒙古门克庆11-3104 工作面回风顺槽超前段顶板卸压区域进行了坚硬顶板深孔预裂爆破工作，现场爆破钻孔均采用经选定的单液注浆的封孔方式，总体效果达到预期。从前期施工的8 个深孔爆破钻孔封孔施工情况来看，所有试验钻孔均封孔效果良好。在后期施放的10 个爆破孔中，无一出现轻微空枪现象。通过工程试验验证，新的单液封孔材料及技术，使深孔爆破预裂钻孔爆破效果更明显，特别针对超过60 m 的中深孔，更有较高的应用价值，对目标断裂层位进行了有效的预裂、断裂等控制。前期施放的8个爆破孔封孔参数情况见表1。