囊袋注浆装置在深孔爆破封孔中的应用

赵 敏

（晋城煤业集团赵庄煤业，山西 晋城 048000）

顶板钻孔爆破工艺具有能量大、适应性强等优点，在巷道切顶留巷、卸压护巷中应用十分普遍。传统封孔方式为炮泥封孔，使用炮泥机制作炮泥卷，人工用炮棍捣入孔内，封孔长度不小于钻孔深度的1/3。封孔长度在3 m 以内时，能够取得较为理想的封孔效果。但是卸压护巷爆破钻孔深度达30～60 m，封孔长度10～20 m，填塞炮泥方式存在人工劳动强度大、填塞不实、工时过长的问题，严重影响爆破施工进度[1-3]。本文以赵庄煤业爆破卸压护巷为工程背景，研究囊袋注浆装置及工艺，以期能够替代炮泥，实现深孔快速封孔，提高爆破效率。

1 工程背景

赵庄煤业一盘区开采3#煤层，煤层埋深750～850 m，煤层厚度4.5 m，1310 大采高工作面走向长度2600 m，倾向长度220 m。布置3 条顺槽，13101、13102、13103 顺槽，断面尺寸为宽×高=5 m×4.5 m，其中13101 和13103 顺槽为进风巷，13102 为回风巷，保护煤柱净宽55 m。工作面与巷道位置关系如图1 所示。其中，13102 巷为复用巷道，需要留下为下一工作面服务。

图1 工作面巷道及横川位置示意图

但由于高地应力、围岩强度低、剧烈采动影响等原因，1310 工作面回采过后，13102 巷滞后变形十分严重，巷帮收缩约2.5 m，顶板下沉量约1 m，底鼓超过1.5 m，剩余断面不足5 m2，需要进行1～2遍巷修才能满足下一工作面通风需求，耗费大量的人力物力。后来对复用巷道采取了注浆加固和锚索补强的综合治理方案，在地质正常段取得了良好的效果，但是在地质异常段，如过断层、陷落柱、软煤区、超高区、复合泥岩顶板区等，效果甚微，变形仍然十分严重。因此，计划对这些地质异常段采取深孔爆破卸压方式，从根本上减轻顶板压力，提高复用巷道维护效果。

2 原爆破卸压实施方式及存在问题

2.1 实施方式

切顶爆破在13101 巷内实施，一方面切断工作面与煤柱上方基本顶的联系，另一方面有利于端头区垮落，避免端头悬顶危害。

钻孔参数：顶板爆破钻孔设计为一排，开孔位置距煤柱一帮0.5 m，如图2（a）所示。钻孔垂直于巷道倾向，由于巷道高度不足以施工垂直钻孔，向采空区方向倾斜，与水平方向夹角75°，钻孔垂直高度30 m，孔深31.5 m，孔径均为75 mm，钻孔间距2 m。为了增强爆破效果，每两个爆破孔之间增加1 个空孔，空孔参数与爆破孔一致，钻孔布置剖面图如图2（b）所示。

图2 爆破钻孔布置示意图

装药：爆破孔封孔长度不小于孔深的1/3，即不小于10.5 m，设计封孔长度11.5 m，则装药长度设计为18 m，中间2 m 固定导爆索和雷管。装药管采用定向聚能管，10 根，2 m/根。里端9 根装药，每根管内装4 卷药卷，长度500 mm/卷，导爆索与最里1 根药卷连接，从管壁外引出，依次装入9 根装药聚能管，导爆索在第9 根下方与雷管连接，置于第10根空管内，雷管脚线从空管下端引出到孔口，然后用阻燃泡沫将第10 根空管填实，固定雷管。

封孔：设计封孔长度11.5 m，设计炮泥封孔，炮泥机制作炮泥卷，人工用炮棍填塞。通过炮棍长度控制封孔长度。

2.2 存在问题

工作面每天推进速度约8 m，至少需要爆破4～5 个钻孔才能满足工作面推进需求。每天可以施工10 个钻孔，但封孔深度大，炮泥封孔速度慢，平均1 个班只能封1 个孔，且存在填塞不实、不均匀现象。同时部分钻孔导通了顶板水，孔内一直出水，虽然炸药、雷管、导爆索防水，但造成炮泥吸水软化，呈泥浆状，影响了封孔质量。爆破中多次出现炮泥段整体爆出现象，严重影响爆破施工进度。因此，必须缩短封孔时间，提高封孔效率。

3 囊袋注浆封孔装置及封孔工艺

3.1 囊袋装置结构

两端为内、外两个囊袋，囊袋采用柔性隔水材料制作成双层圆柱形，空心，如图3（a）所示。囊袋内外层之间开有圆孔，插入一根可弯曲塑料管连接两个囊袋，1 处开口，2 处安装低压爆破片，开启压力为0.5 MPa。囊袋为空心，中部采用PVC 管连接，送入指定位置，PVC 管在3 处开小孔，内端用堵头堵实，如图3（b）所示。

图3 囊袋装置结构示意图

3.2 封孔工艺

封孔时，注浆管先连接图3（b）中的塑料管，从1 出口灌入内囊袋内，囊袋膨胀紧贴孔壁，阻隔孔内流水进入封孔段。当囊袋内的浆液压力超过0.5 MPa 时，2 处低压爆破片打开，浆液进入外囊袋。内外囊袋均灌满浆液后，泵压会停止不动，稳压1 min，关闭孔口阀拔下注浆管。等待10 min左右，将注浆管连接PVC 管，浆液从3 出口进入，灌满整个封孔段，灌满后稳压1 min。关闭孔口阀门拔掉注浆管，等待30 min 达到一定强度后，即可进行爆破作业。

囊袋注浆封孔工艺特别适合多孔集中封孔，可进一步提高效率。

3.3 封孔材料及设备

封孔采用双液封孔材料，为A、B 双组分无机材料，使用时加水搅拌，水灰比0.8:1。单液可保持40 min 左右良好流动性，混合后30～150 s 失去流动性，约5 min 凝固，8～10 min 完全硬化，2 h 强度可达9 MPa 以上。可以根据强度需要提高或者降低水灰比，可调范围0.5:1～2:1，强度3～20 MPa。

考虑单孔封孔灌浆量较小，浆液水灰比要求高，封孔设备采用制浆、泵送一体的小型注浆泵。图4所示注浆泵，长400 mm，宽300 mm，高500 mm，体积较小，质量仅30 kg，便于移动。双液封孔材料包装规格为25 kg/包，搅拌桶设计体积50 L，A、B各1 袋料，便于控制水灰比，也不容易造成浪费。最大注浆压力可达5 MPa，满足现场注浆压力要求。

图4 小型气动封孔泵外观

4 效果考察

4.1 封孔效率

现场采取集中打孔、集中装药、集中封孔、集中爆破方式。每天2 个生产班，1 个检修班，利用2 个生产班和半个检修班进行打孔、装药、封孔，剩下半个检修班爆破。原来炮泥封孔方式1 个班封1 个孔，现在采用囊袋装置，封10 个孔仅需3 h，大幅提高了封孔效率，满足工作面日推进8 m 的需要，极大地减轻了人工劳动强度。

4.2 封孔效果

囊袋装置封孔，采用灌注流动性浆液的方式，封孔密实，不存在空隙，能够防止流水进入封孔段对浆液产生影响，浆液凝固速度快，强度增长迅速。

现场采用囊袋装置连续封孔90 个，爆破未出现封孔段整体爆出现象。

5 结论

（1）深孔爆破封孔中，传统炮泥存在效率低、劳动强度大、填塞不实等问题，封孔段容易整体爆出，且严重影响施工进度。

（2）囊袋注浆装置采用内外双囊袋依次灌浆、中部灌浆的封孔方式，采用速凝早强的双液封孔材料，配套小型一体封孔泵，实现了快速高效封孔。

（3）效果考察表明，与炮泥封孔方式相比，使用囊袋封孔装置后，由每天封1 个孔提高到3 h封10 个孔，效率大幅提高。爆破过程一切正常，未出现整体爆出现象。