煤层注水封孔工艺的研究

刘星乐,张龙彪,郭绪斌（兖矿集团兴隆庄煤矿,山东　济宁　272000）

煤层注水封孔工艺的研究

刘星乐,张龙彪,郭绪斌
（兖矿集团兴隆庄煤矿,山东济宁272000）

摘要：煤层注水孔封孔是煤层注水的一个关键环节，直接影响煤层注水最终效果。设计制作了压风式双管封孔器并进行现场试验，试验结果证明，该封孔器封孔深度远远大于设计深度，且封孔效果好，未出现漏水现象。

关键词：封孔；聚氨酯材料；压风

0　引言

煤层注水在矿井生产中的作用有两个重要方面，一是综合防尘，对职业病的预防有着积极作用，二是防治冲击地压、煤与瓦斯突出，促进矿井安全生产。煤层注水孔封孔是煤层注水的一个关键环节，直接影响煤层注水最终效果。我国目前存在水泥砂浆封孔、机械封孔、封孔袋封孔、ZBSS型可控式注射仪封孔等多种方法，压风式双管封孔器的本质为聚氨酯材料封孔，它的特点是造价成本低，操作简单，运输方便。

1　封孔器介绍

1.1结构

图1　封孔泵示意图

示意图中：（1）图中1为封孔泵底座，为Φ10mm钢筋焊接；（2）图中2为封孔泵液体罐，主体为Φ98mm钢管，密封盖（图中9）为Φ108mm钢管焊接，密封盖内垫为废旧胶带；（3）图中3为风压控制阀。高压，Φ10mm；（4）图中4为连接三通，Φ10mm；（5）图中5为进风管，高压胶管，Φ10mm；（6）图中6为出料管，高压胶管，Φ10mm；（7）图中7为混合三通，Φ10mm；（8）图中8出封孔管，高压胶管，Φ10mm。

1.2原理及实施方法

根据封孔长度选取相应长度的注水管路，以10m封孔长度为例，先将11-13m左右长度的注水管路置于钻孔内，在距离孔口11m左右位置的注水管路处缠绕50mm左右厚度棉纱，防止聚氨酯材料溢入钻孔，在注水管路压煤壁侧外缠绕50mm左右厚度棉纱，防止聚氨酯材料外漏，影响有效封孔距离。两个液体灌装入聚氨酯材料的A、B料，关闭密封盖。打开风压控制阀，控制在相同风量，利用风压使封孔料从出料管经混合三通混合在一起，由封孔管打入煤层注水孔内，迅速膨胀反应，达到设计封孔长度后，关闭风压控制阀，封孔结束。

图2

1.3封孔试验效果

图3

2　与其他封孔工艺比较

2.1水泥砂浆封孔

采用水泥砂浆封孔时，有人工送浆封堵法和砂浆泵送浆封堵法两种。采用水泥砂浆封孔，不仅材料便宜、而且注浆对孔周围岩体的裂隙也有一定的封堵作用，封孔严密，另外封孔深度长，允许钻孔有一定量的变形，钻孔局部塌孔时，只要将塌孔处的碎煤清理即可。但是水泥砂浆易产生收缩开裂，脆性大，凝结时间长，可缩性小，易产生漏气，且施工复杂、工作效率低。人工送浆封堵法封孔深度有限（一般为3m左右），劳动强度大，技术含量低，虽然砂浆泵送浆封堵法可明显提高水泥砂浆的封孔深度，但是，泥浆泵体积大、质量重，封孔及其清洗作业相对繁杂。

2.2机械封孔

采用机械封孔具有封孔工艺简单，便捷，封孔器可以重复利用等优点，但是它存在着封孔器本身价格较高，对封孔段的钻孔质量要求高，它要求钻孔孔壁光滑、规则，钻孔无变形、无塌孔现象等，所以在实际应用中局限性大，并且封孔效果很差。

图4　封孔器示意图

2.3封孔袋封孔

本质上，也是聚氨酯材料封孔，其缺点在于材料反应速度快，操作时间有限，往往来不及操作完全，封孔材料就已凝结，往往达不到注水孔设计封孔长度，且严密性不好。

2.4ZBSS型可控式注射仪封孔

同为聚氨酯材料封孔，连续封孔距离较长，容易操作，运输方便，封孔质量高，其缺点是注射仪不易清洗，容易出现堵塞，在人工连续操作推杆后，聚氨酯材料会流淌到连杆上，一旦停止作业，连杆上的聚氨酯材料干燥后会形成较大的推动阻力，所以必须在每次停止作业后对注射仪使用机油进行清洗，封孔效率较低，而且增加了封孔成本。

图5　ZBSS型可控式注射仪

3　压风式双管封孔器优点及实际应用

（1）从使用材料上，聚氨酯泡沫具有不收缩、膨胀性大、粘结力强、密封性好、阻燃、抗静电等特点。

（2）设备具有以下特点：1）制造成本低，所有原材料皆为井下废旧物品；2）重量轻，可实现单人搬运；3）动力控制简单，施工安全可靠；4）压风式双管封孔器的液体罐的设计，根据使用聚氨酯材料的膨胀系数和注水孔的封孔深度进行计算，可以得到一个合理高度，在实际施工中，减少了聚氨酯材料的浪费，大大节约了封孔成本；

（3）此种工艺已经正式使用，其原理为风压驱动，便于操作，作业人员容易掌握；施工工序简洁，每次封孔结束后，不必立即进行冲洗，可连续作业多次封孔，当班施工结束时一次清洗，大大提高了劳动效率；能达到设计封孔深度，封孔效果好;在封孔数量相同的情况下，与传统封孔技术相比，预计封孔材料最大可节省：40%聚氨酯材料，在相同的工作时间里（一个“四六制”生产班），与传统封孔技术相比，预计每班封孔20个，每封一个注水孔可节省人工0.3个。

4　结论

通过上述对压风式双管封孔器结构的讨论及与其他封孔工艺的对比，运用压风式双管封孔器、聚氨酯材料封孔，能够保证煤层注水有较好效果，对矿井开展综合防尘起重要作用。