“两堵一注”封孔技术在探放水中的应用

姜 宁

（晋能控股煤业集团石碣峪煤业有限公司，山西 朔州 036002）

引言

探水钻孔封孔质量直接影响着探放水施工效率及施工安全，传统煤矿探水钻孔主要采用膨胀水泥、水泥砂浆进行封堵，但是受封孔材料流动性、渗透强度等影响，传统钻孔封孔时存在很多问题，主要表现在以下几方面：钻孔壁裂隙岩体无法进行有效填充、封堵，在后期放水过程中受孔口管窜动影响，钻孔探孔现象严重；封孔材料黏结性差，钻孔封孔后无法对孔口管进行有效固定，在放水过程中很容易出现射管现象；同时传统封孔工艺对封孔长度确定盲目性大[1-3]。本文以石碣峪煤矿4012回风顺槽探放水施工为例，为了弥补传统探水钻孔封孔工艺的不足，提出了“两堵一注”封孔技术。

1 4012回风顺槽概况

晋能控股煤业集团石碣峪煤业有限公司4012回风顺槽设计长度为715 m，巷道掘进煤层为4号煤层，平均厚度为6.54 m，平均倾角为3°，巷道掘进断面规格为宽×高=4.5 m×3.5 m，巷道采用综合机械化掘进工艺。

4012回风顺槽上覆顶板存在含水层水，根据4012运输顺槽掘进期间探放水发现，巷道掘进过程中受顶板淋水影响，为了保证巷道安全掘进，巷道掘进过程中采用超前钻探施工，工作面迎头共计布置4个钻孔，其中3个为顶板钻孔、1个为导向钻孔，钻孔深度为100 m，允许掘进70 m，超前探30 m，探放水施工前钻孔安装孔口管及进行封孔处理。

截至目前4012回风顺槽已掘进270 m，巷道掘进前期共计布置2个钻场、4个探水钻孔，钻孔采用膨胀水泥进行封孔处理；但是通过实际应用效果来看，由于受钻孔封孔质量影响，在前期探放水施工中经常出现孔口管窜动现象，严重威胁着探放水施工安全，对此地测科通过技术研究，决定对原探水钻孔封孔工艺进行优化，采取“两堵一注”封孔技术。

2 “两堵一注”封孔技术

2.1 封孔长度确定

为了保证钻孔具有足够的封孔长度，并且降低封孔费用，决定采用煤屑量法确定钻孔封孔长度。

1）煤屑量法原理：由于钻孔在施工时受钻进扰动影响，钻孔壁出现塌孔现象，若围岩相对稳定时钻孔钻进时产生的煤屑量较稳定，当围岩破碎或不稳定时，产生的煤屑量相对较多。根据钻孔钻进时煤屑量多少确定围岩应力区、卸压区及稳定区，从而合理确定钻孔封孔长度。

2）封孔长度确定：首先在工作面迎头施工3个校验钻孔，钻孔编号为1号、2号、3号，钻孔施工仰角与探水钻孔仰角相同，即为20°，钻孔施工深度为30 m，采用钻进校验钻孔施工，钻孔每施工1.0 m准确记录钻孔产生的煤屑量，通过实际记录发现，3个钻孔在0～6 m范围内平均产生的煤屑量为3.4 kg，在6～11 m范围平均产生的煤屑量为2.7 kg，在11 m后平均产生的煤屑量为2.1 kg。由此可见，钻孔钻进深度11 m后钻孔壁围岩相对稳定，所以确定钻孔封孔长度为11 m。

2.2 封孔设备

1）钻机及钻杆：4012回风顺槽探水钻孔采用ZQJC-720/11型气动架柱式钻机配套中空钻杆、合金钢钻头联合进行钻孔施工，钻杆长度为1.5 m、直径为63 mm，每根钻杆采用丝扣进行连接，钻头主要由两种，一种为导向钻头，即钻孔正常施工钻头，钻头直径为75 mm；另一种为扩孔钻头，钻头直径为130 mm。

2）环形封孔器：PKJW型环形封孔器长度为0.5 m，共计两根，环形封孔器采用囊袋式结构，封孔器在注水后自身膨胀，从而实现封孔目的。

3）注浆设备及材料：采用ZBQ型气动注浆泵进行注浆施工，注浆泵主要由泵体、注浆管、阀门等部分组成，注浆液采用聚氨酯浆液。

4）封孔管：4012回风顺槽探水钻孔封孔管采用直径为108 mm、长度为3.0 m PVC管，每个钻孔内安装4根封孔管，管与管之间采用丝扣连接。

2.3 封孔施工

1）首先采用ZQJC-720/11型气动架柱式钻机进行钻孔施工，钻孔钻进11 m后停止钻进，并采用风管将钻孔内煤屑清理干净。钻孔施工时必须保证钻孔壁完好，若出现严重塌孔必须重新补打。

2）钻孔施工到位后将原导向钻头更换为扩孔钻头，并进行扩孔施工，扩孔深度为11 m，扩孔后扩孔段直径为130 mm，扩孔完成后将孔内煤屑清理干净。

3）扩孔完成后对扩孔段安装4根封孔管，并通过丝扣固定连接，封孔管安装完成后对孔底钻孔管与孔壁之间填充膨胀水泥，填充长度为0.5 m，然后在距孔底端和孔口端0.5 m处各安装一个PKJW型环形封孔器，如图1所示。封孔器安装到位后将主水管插入封孔器内进行高压注水使封孔器膨胀，使孔内形成环形封堵空间。

4）钻孔封孔完成后，对环形空间内插入一根直径为15 mm注浆软管，软管另一端与注浆泵连接，并进行注浆施工，注浆压力为3.0 MPa。

图1 “两堵一注”封孔工艺示意图（单位：mm）

3 “两堵一注”封孔技术优点及实际应用

3.1 优点

1）合理确定封孔长度：传统封孔时封孔长度确定盲目性大，达不到预期封孔目的，封孔后在放水过程中很容易出现水流沿煤体裂隙渗透的现象；而采用“两堵一注”封孔工艺后，采用煤屑量法确定钻孔施工时明确岩体压力区、卸压区、稳定区，从而确定钻孔封孔长度，封孔长度确定精度高。

2）封孔效果好：传统采用膨胀水泥或砂浆进行封孔时，由于注浆压力小且浆液渗透流动性差，封孔后不能对孔壁裂隙进行有效封堵，而且封孔管固定质量差，而采用“两堵一注”封孔工艺后，通过对环形空间注压聚氨酯黏合剂，该化学材料具有流动性强、黏结效果好、凝固体韧性强等优点，注浆后不仅能够对钻孔壁裂隙产生很好的填充、封堵效果，而且对封孔管具有较强的黏结作用。

3）实用性强：“两堵一注”封孔工艺不仅可用于煤矿井下探放水钻孔中，而且可用于瓦斯抽采钻孔中，以及隧道、水力等其他领域中，实用性强、应用区域广。

3.2 实际应用效果

4012回风顺槽掘进270 m后对探水钻孔采取“两堵一注”封孔工艺，通过3个月实际应用效果表明，与传统封孔工艺相比，探水钻孔封孔工艺优化后，在后期探放水施工中未出现钻孔窜动现象，钻孔封孔质量提高了98%以上，钻孔在探放水施工时，钻孔附近煤体未出现渗水现象。

4 结语

晋能控股煤业集团石碣峪煤业有限公司对4012回风顺槽掘进前期探水钻孔封孔工艺主要存在的问题进行分析，为了进一步提高钻孔封孔质量，对原钻孔封孔工艺进行优化改进，采用了“两堵一注”封孔工艺。通过实际应用效果来看，优化改进后的封孔工艺，不仅对钻孔壁裂隙岩体起到填充加固作用，防止了钻孔壁裂隙岩体碎裂出现塌孔、渗水现象，而且有效提高了封孔管固定质量，解决了传统钻孔封孔后在放水时出现孔口窜动、射管现象，提高了煤矿探放水施工安全，具有很好的推广价值。