矿用钻孔封孔器的研制与应用

李培青

1 设计研制的必要性

大同煤矿集团公司四老沟矿经历了六十余年的开采，目前14#煤层以上煤层已全部采空，因而形成大面积的采空区，采后裂隙已通至地表，给地表雨水、含水层水、层间裂隙水通入井下采空区提供了良好通道。所以，四老沟矿目前古空积水主要溶积在11#层部分采空区和14#层采空区。为了解除水患，对在14#层采掘过程中探放水钻孔施工时封孔的要求特别严格，而市场上没有专用的矿井钻孔封孔器销售，目前一般煤矿基本上都采用木楔钉入钻孔与封孔器的空隙后用水泥砂浆充填封孔。有时所探积水水位较高，压力较大，上述封堵钻孔的方法不能满足生产需要，所以研究新型的封孔器满足了不同水位的探水钻孔封堵的要求。

2 设计过程

以前所使用的封孔器为单管封孔器，现采用内外双管封孔器。粗管的内径略大于细管的外径，细管的长度比粗管的长度长0.55 m～0.75 m。将细管套入粗管内，在细管的尾部套上0.3 m～0.5 m 长度相应的橡胶管，在细管的尾端套焊接5 mm 长的粗厚管环，在粗细管的头部各焊接相应的法兰盘，在粗管头部相对细管颈部再焊接一个法兰盘，细管颈部的法兰盘上再焊上两个相互对称的螺母，配备200 mm 长相应螺丝杆，细管头部法兰盘可外接相应的水阀门，至此一个新型的钻孔封孔器制做完成[2]（见图1）。

图1 封孔器

自行研制的这种封孔器可根据不同的钻孔需要及钻孔开囗位置的围岩特征和裂隙发育程度，进行各种不同直径和长度的系列产品制做，因此它适应各类钻孔的封孔作业。使用时，当钻孔开口适当长度后，用外径与钻孔直径相应的封孔器直接插入钻孔内，再用扳手拧紧螺丝杆即可。

它的使用原理为：当拧动螺丝杆时，螺丝杆带动内细管推动外粗管，使内外管头部位移逐渐离开，而尾部位移逐渐接近。在此过程中，细管尾部焊接的外管套与外管逐渐挤压套在内管上的橡胶管，使橡胶管横向长度压缩而纵向涨开，使塑性很好的橡胶管紧紧地被挤压在封孔器与钻孔壁之间，既完全堵塞封孔器与钻孔之间的缝隙，又极大地增加封孔器与钻孔间的压力，使封孔器与钻孔难以相对位移，从而避免钻孔内水压过大将封孔器推出而达到完全封孔的目的[3]。因此，此类封孔器封孔效果极佳且操作方便。

3 应用情况及社会经济效益

自行研制的矿用钻孔封孔器在四老沟矿矿井下探放水钻孔、煤层注水孔、盘区巷泄水孔等所有钻孔的封口上使用效果相当好，既满足了良好的封孔要求，又给文明生产提供了方便。特别在该矿14#煤层402盘区各工作面的探放水工作中，因该盘区各工作面上覆11#煤层各采空区都积聚大量的积水，14#煤层与11#煤层采空区间距50 m 左右，且采空区积水量大，积水水位差在20 m 左右，预计水压大于7 MPa。在探放水钻孔开口安装自产封孔器后，进行内压试验，发现钻孔周围无渗漏水现象，说明该封孔器最低能抵抗7 MPa 的水压。20 个不同的钻孔试验，表明效果良好。在四老沟矿及集团公司白洞矿、云冈矿、朔州煤电公司各矿的使用过程中，应用效果突出，操作方便，反映良好。2012 年三季度山西省煤炭厅组织的安全质量标准化检查组来我矿检查时，专家们对我矿自行研制的矿用钻孔封孔器进行了参观咨询，并给予高度评价。

由于市场上没有此类产品销售，各矿都自行制做。以前使用的封孔器使用效果差，且须频繁重复封孔操作，我们也曾向其他单位咨询，都没有找到理想的封孔器。其中一次从外地某矿以3 000 元购买一套钻孔封孔器，封孔效果仍然不理想。经过探索研制该类封孔器，以可比价格参考，按每套均价3 000 元(其中材料费约350 元)，每个工作面平均6 个探放水钻孔，工作面两侧顺槽巷每50 m 一个注水孔，工作面平均煤厚2.5 m，工作面宽度120 m，长度1 000 m等参数推算，[(3 000-350)× (6+1 000×2/50)]/[2.5×1.3×120× (1 000-50)]=0.33 元/t，既每吨煤节约成本0.33 元。按年产300 万t 计算可节约资金99 万元。该钻孔器的使用对煤矿安全质量标准化工作，安全管理，降低工人劳动强度等都有不可估量的作用。

4 总体性能比较和推广应用前景

随着全国煤炭系统安全质量标准化的要求不断提高，煤矿防治水及一通三防工作越来越重要。自行研制的矿用钻孔封孔器，煤矿井下需要封孔的各类钻孔都可应用。因其使用效果显著，操作方便，可在全国煤矿系统矿井防治水及一通三防工作中广泛推广应用。

[1]煤炭工业部技术咨询委员会.煤炭工业技术政策[M].北京：煤炭工业出版社，1988.

[2]机械工程师电气工程师手册编委会.机械工程师手册[M].北京：机械工业出版社，1990.

[3]郭芝俊，左宝山，张桂芝，等.机械设计便览[M].天津：天津科学技术出版社，1990.