煤矿探水钻孔联合封孔技术研究与应用.pdf

煤矿现代化20 1 9 年第 2 期总第 1 4 9 期 1 工作面概述 潞安集团司马煤业公司设计生产能力为 2 . 4 M t / a ， 矿井主采煤层为 3 石炭系煤层， 煤层平均厚 度为 6 . 6 4 m ， 西北部较厚东部较薄, 煤层结构简单， 局部含 1 ～2层泥岩或炭质泥岩夹矸，厚 0 . 3 0 m左 右。煤层顶板一般为泥岩、 砂质泥岩， 局部为粉砂岩 或砂岩； 煤层底板为泥岩、 砂质泥岩， 局部为砂岩或 粉砂岩。 1 2 1 1 巷位于井田二采区西翼， 巷道设计长度为 1 6 1 1 m ， 巷道断面规格为宽高 5 . 2 3 . 6 m ， 根据三 维地震勘探资料显示， 本工作面范围内地质条件较 为复杂， 断层及较大的褶曲构造发育。工作面内煤 层起伏变化较为明显， 在断层附近和褶曲转折端会 造成煤层及顶板裂隙发育，出现顶板锚索淋水现 象， 向斜轴部还会形成积水区， 给掘进工作造成影 响， 预计涌水量为 3 0 m 3 /h左右， 截至目前巷道已掘 进 4 5 0 m 。 为了保证施工巷道安全顺利掘进， 1 2 1 1 巷在掘 进期间采取布置超前钻孔进行顶板构造水探放， 巷道 每掘进 5 0 m施工 4 个探水钻孔， 钻孔深度为 7 0 m ， 钻 孔施工完后在孔口处安装长度为 1 0 m孔口管，并采 用水泥砂浆进行孔口管封固， 但是由于水泥砂浆凝固 时间长且与煤壁、 管壁粘接稳固性差， 巷道在前期掘 进期间， 经常出现一次因封孔不牢固， 造成孔口管窜 动、钻孔渗水、涌水等现象，钻孔封孔合格率仅为 2 1 ， 严重威胁着巷道探放水施工安全。 2 联合封孔施工工艺 由于1 2 1 1 巷掘进煤层为 3 石炭系煤层， 煤层结 构不稳定成破碎状且煤体孔隙性大， 在探放水过程中 很容易出现钻孔附近煤体渗水现象。对此， 潞安集团 司马煤业公司地测办通过技术研究， 决定钻孔附近破 碎煤体采取聚氨酯进行加固， 对孔口管以外孔隙采取 聚氨酯与膨胀水泥交替封固， 确保进一步提高了封孔 质量。 2 . 1 封孔材料配比 1 ）膨胀水泥； 膨胀水泥主要由膨胀剂、 固体速凝 剂、水以及 4 2 5 水泥等以 1 1 5 ; 5 配比混合而成， 其 中膨胀剂为 2 0 g ， 固体速凝剂为 2 0 g ， 水为 1 0 0 g , 水泥 为 1 0 0 g ； 膨胀剂主要由生石灰和铝粉组成， 配比为 9 1 . 2 ）聚氨酯；聚氨酯主要由浇筑型组合聚醚与 P A P I 以 1 1 配比混合而成的浆液，该浆液具有膨胀 倍数大、 凝固时间短、 强度高、 渗透效果好等优点。 2 . 2 施工工艺 1 ）首先确定钻孔施工位置及钻孔施工角度， 并 进行稳固钻机，钻机稳固前必须对钻场及附近顶板、 煤矿探水钻孔联合封孔技术研究与应用 贾世真 （潞安集团司马煤业公司 ，山西 长治0 4 7 1 0 5 ） 摘要 为了提高煤矿探水钻孔孔口管密封质量， 避免钻孔放水过程中孔口管出现窜动、 渗水、 涌水 现象， 杜绝透水事故发生， 对此潞安集团司马煤业公司地测办通过技术研究， 提出了以膨胀水泥、 聚氨 酯为封孔材料的联合封孔工艺， 并在 1 2 1 1 巷探水钻孔封孔中进行应用， 取得了显著效果。 关键词 煤矿 ； 探水钻孔 ； 封孔工艺 ； 研究应用 中图分类号 T D 7 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 - 0 7 9 7（2 0 1 9 ） 0 2 - 0 0 6 2 - 0 2 Research and application of borehole sealing technology in coal mine JI AS h i z h e n （L u a n G r o u p S i m a c o a l c o m p a n y ，S h a n x iC h a n g z h i0 4 7 1 0 5 ） Abstract I no r d e r t o i m p r o v e t h e s e a l i n g q u a l i t y o f t h e h o l e p i p e o f t h e c o a l m i n e , a v o i dt h e p h e n o m e n o no f c h a n n e l i n g , w a t e r s e e p a g e a n d w a t e r g u s h i n g d u r i n g t h e p r o c e s s o f d r i l l i n g a n dr e l e a s i n g t h e h o l e , a n ds t o pt h e p e r v i o u s a c c i d e n t . T h r o u g ht h e t e c h n i c a l s t u d y o f t h e S i m a c o a l c o m p a n yi nL u a nG r o u p , aj o i n t s e a l i n gp r o c e s sw i t he x p a n s i v ec e m e n t a n dp o l y u r e t h a n ea ss e a l i n gm a t e r i a l i sp u t f o r w a r d . T h e a p p l i c a t i o n o f b o r e h o l e s e a l i n g i n t h e 1 2 1 1 l a n e o f S i m a m i n e h a s b e e n p r o v e d t o b e e f f e c t i v e b y p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n . Key words C o a l m i n e； D r i l l i n g h o l e d r i l l i n g ；S e a l i n g p r o c e s s ； R e s e a r c h a n d A p p l i c a t i o n 62 DOI10.13606/ki.37-1205/td.2019.02.022 煤矿现代化20 1 9 年第 2 期总第 1 4 9 期 煤壁进行加固。 2） 钻机安装后先采用直径为 7 5 m m钻头施工导 向孔， 导向孔孔深为 1 0 m ， 导向孔施工到位后再采用 直径为 1 5 0 m m钻头进行扩孔，扩孔后及时清理孔内 浮煤。 3 ）导向孔扩孔后及时安装孔口管，孔口管采用 的是长度为 1 0 m ， 直径为 1 2 7 m m的无缝钢管。 在钻孔 附近施工连根长度为 5 . 5 m ，直径为 1 7 . 8 m m锚索， 固 定封口钢管。 4 ）在探水钻孔上下左右各施工一个注浆钻孔， 注浆钻孔与探水钻孔间距为 0 . 5 m ，注浆钻孔深度为 1 0 m ， 钻孔直径为 4 5 m m ， 如图 1 所示； 注浆钻孔施工 完后，再用专用注浆泵对钻孔内注射聚氨酯浆液， 在 注浆施工过程中待煤壁有浆液渗出时立即停止注浆， 并及时封堵注浆孔。 5 ） 在导向钻孔与孔口管之间孔隙内埋入直径为 1 6 m m注浆小管， 并采用掺有速干剂水泥进行孔口密 封， 采用注浆泵将配置好的膨胀水泥注入孔内， 并采 用 “外返浆” 的方法进行注浆。 6 ） 孔口管封固 2 h 后采用 7 5 m m钻头继续钻进 0 . 5 m ， 然后对钻孔进行注水耐压试验， 注水压力不得 低于积水压力的 1 . 5 倍， 1 2 1 1 巷探水钻孔注水压力为 1 . 1 M P a ， 在注水试压期间应观察孔口管稳固情况及煤 壁渗水情况， 孔口管不窜动、 煤壁无渗水且稳定时间 在 1 h 以上即为封孔合格。 图 11 2 1 1 巷探放钻孔联合封孔工艺施工平面示意图 3 联合封孔工艺优点及应用效果分析 3. 1 联合封孔工艺优点 1 ）聚氨酯注射工艺操作简单、 劳动强度低， 而且 聚氨酯成浆液状态， 渗透能力及粘合能力强， 凝固时 间短， 一般只需 2 0 3 0 m i n 即可凝固， 大大提高了钻孔 附近破碎煤体胶结稳定性，增加了破碎岩体抗压强 度， 有效阻止了因钻孔附近煤体破碎， 造成放水过程 中煤体出现渗水现象。 2 ）膨胀水泥具有成本低、 膨胀性好、 凝固时间短 以及抗压强度高等优点， 通过实验发现， 膨胀水泥膨 胀率在 5 5 左右， 与水泥砂浆、 封孔器、 充填海带等 传统封孔工艺相比，膨胀水泥固化体与孔壁的接触 性、 胶结稳定性以及密封性更强。 3 . 2 实际应用效果分析 1 2 1 1 巷在后期 1 2 0 0 m巷道掘进过程中共计施工 8 8 个探水钻孔，并对每个探水钻孔采用联合封孔工 艺， 实际应用效果表明， 采取联合封孔工艺后封孔率 提高至 9 4 , 安全放出积水量达 5 4 2 4 m 3 ,在放水过程 中未出现一次因封孔不牢固， 孔口管窜动、 渗水、 涌水 现象， 从而造成巷道透水事故， 大大提高了巷道探放 水施工效率， 保证了巷道掘进安全。 4 结束语 潞安集团司马煤业公司地测办通过技术研究， 采 用聚氨酯及膨胀水泥为封孔材料的联合封孔工艺， 代 替传统的单一水泥砂浆封孔，实际应用效果表明， 联 合封孔工艺， 解决了传统封孔质量差、 放水出现孔口 管窜动、 渗水等技术难题， 而且该封孔工艺操作简单、 成本及劳动强度低， 有效提高了提高探水钻孔封孔质 量， 保证了巷道探放水施工安全， 取得了显著的安全 效益， 得到了矿及集团公司一致认可， 并在其它煤矿 得到了很好的推广应用。 参考文献 [ 1 ]刘广北. 新型封孔材料在煤矿探放水中的应用[ J ] . 煤， 2 0 1 0 （0 1 ） 5 0 - 5 2 [ 2 ]徐如意. 应用聚胺脂材料封固探放水孔孔口管的新技术 [ J ] . 煤矿安全. 2 0 0 2（0 2 ） 4 4 - 4 5 [ 3 ]乔永杰. 厚煤层探放水钻孔注浆封孔工艺改进与应用[ J ] . 能源技术与管理. 2 0 1 8（0 1 ） 1 0 1 - 1 0 2 [ 4 ]谭千钟. 茶陵县沙坪煤矿项目 Z K 4 0 5 涌水钻孔封孔方法 的探讨[ J ] . 西部探矿工程. 2 0 1 6（0 2 ） 4 5 - 4 6 [ 5 ]姚兴柏. 高家堡项目 1 5 - 1 号涌水钻孔封孔探讨[ J ] . 陕西煤 炭， 2 0 0 9（0 4 ） 4 0 - 4 1 作者简介 贾世真 （1 9 8 7 . 0 2 - ） ， 男， 中国地质大学资源勘查工程专 业， 本科， 助理工程师。 现就职于潞安集团司马煤业公司地测 办， 从事煤矿地质防治水技术管理工作。 （收稿日期 2 0 1 8 - 5 - 1 7 ） 63