忌弟１２３期
劉廣北，李書田，張巨集軍
（鄭煤集團新密分公司，河南，新密４５２３７０）
摘要：介紹了水泥砂漿、封孔器、充填海帶、丘麻等目前封孔工藝和特點，經過膨脹性、速凝性、配比的試
驗，尋找出一種新型的封孔材料——膨脹水泥，其強度、膨脹性，凝固時間均符合封孑ｌ的要求，並在實踐中
得到證實。
關鍵詞：膨脹水泥；封孔；應用
中圖分類號：ｔｄ７４文獻標識碼：ｂ文章編號
煤礦安全探放水的效果，關鍵是鑽孔引數的選擇及鑽孔的合理布置。在保證鑽探孔質量的基礎上，鑽孑ｌ：ｆｌ口管的密封質量是關鍵。
尤其在煤層和鬆軟岩層，封孔不被破壞，孔口管壁外不滲水、不湧水，孔口管不向外竄動，是杜絕透水事故，達到安全探放水目的的關鍵。
１目前的封孔工藝及特點
根據封孔原理的不同，一般分為主動式和被動式封孔方法。所謂主動式封孑ｌ法是指用液體為封孔物質，解決固體物不能嚴密封閉孔口管周邊裂隙孔道的方法，主要有密封液封孔法和壓力黏液封孔法。被動式封孔法是指用固體物來充填管路與鑽孑ｌ壁可見的空間，以阻止老空水洩漏，主要有水泥砂漿封孔、封孔器封孑ｌ、海帶與丘麻封孔。
１．１水泥砂漿封固
水泥砂漿封孔常規方法為水泥與砂的比例為ｌ：２，摻水量達到手握成團狀不散、不滲水為準，其中混合少量速凝劑和石膏，利用手工封孑ｌ或噴漿封孔，孔內要打木楔將孔內漿體壓實，完畢後隔２４～３６ｈ才能開鑽打孔。採用水泥沙漿封孔管封孔成本低，對封孔管段鑽孔質量要求不高，允許鑽孔有一定的變形，鑽孔區域性塌孑ｌ時，只要將塌孔處的碎碴清理即可。
１．２封孔器封孔
採用封孔器封孑ｌ具有封孔工藝簡單、便捷、封孑ｌ器可以重複利用等優點，但是封孔器本身**高；對封孔段的鑽孔質量要求高，要求鑽孔孔壁光滑、規則，鑽孔無變形、無塌孔現象；封孔器利用率低。這種封孔方法在實際應用中有侷限性。
１．３充填海帶、丘麻封孔
採用充填海帶、丘麻封孔具有封孔工藝簡單、便捷等優點，但都存在著充填物本身**高；對封孔段的鑽孔質量要求高，要求鑽孔孔壁光滑、規則，鑽孔無變形、無塌孔現象；需增加阻止孔口管外竄的設施；一次性利用。這種封孔方法在實際應用中也有侷限性。
２新型封孔材料——膨脹水泥
膨脹水泥是一種新型特種水泥混合材料，分兩組成分組成，第一組由硫鋁酸鹽水泥熟料和懸浮劑組成，第二組為新增劑，主要有膨脹劑、發泡劑、速凝劑等。兩種組分混合均勻後加水配製成漿液，經過一定的物理化學反應，便能快速凝結、固化成固體材料。通過對水泥的各種新增劑比較、各種新增劑配比對比試驗，找到適用於井下封孔的新材料。
２．１選擇封孔材料的要求
在選擇封孔材料時應滿足如下要求：①封孔材料要密實，並且要滿足強度。②封孔工藝要簡單，易於施工。
③成本要低。採用水泥沙漿封孔滿足封孔成本較低、封孔工藝簡單的要求，但是，嚴密性不能達到要求。分析原因主要是封孔材料與鑽孔工藝不合理，脫水凝固後該材料產生收縮變形，封孔材料與鑽：
ｆｌ孑ｌ壁、封孔管間產生裂隙及鑽孔壁內由於打鑽卸壓產生微小裂隙，封孔材料難以擠壓充填。
２．２膨脹水泥的膨脹劑的選取
２．２．１幾種膨脹劑的概況
水泥摻加膨脹劑，使其膨脹變形來補償其收縮變形，抵消水泥結構在收縮過程中產生的拉應力，達到整體不裂或把裂縫控制在無害範圍內。
１）生石灰。生石灰的作用在於在水化早期降低鈣礬石的形成量。在水泥漿處於縮性階段時，鈣礬石的形成並不伴隨著膨脹。石灰新增劑不但在
收稿日期
作者簡介：劉廣北（１９６２一），男，河南蘭考人。助理工程師，從事生產技術管理工作。萬方資料
２０１０年１月
劉廣北等：新型封孔材料在煤礦探放水中的應用
第１９畚第１期
早期，而且在過程終了時的體積變化較大，出現好的膨脹特性。經過大量實驗研究發現生石灰作為膨脹
劑製取膨脹水泥漿，但後期強度較高。
２）鋁粉。鋁粉做膨脹劑，膨脹性好，膨脹效果顯著，通過改變鋁粉新增量的變化可以得到不同的膨脹率。在凝結過程中沒有刺激性氣體產生。
膨脹過程中產生大量熱，混合液面不斷上公升。２．２．２幾種膨脹劑的對比
先取定量的水泥灰和水置於燒杯中混合均勻，然後分別在不同的樣本中加入稱好的氧化鈣、鋁粉和固體速凝劑，不斷攪拌。膨脹劑對比試驗情況，見表１。
表１膨脹劑試驗情況對比
序號水／ｇ
水泥／ｇ鋁粉／ｇ生石灰／ｇ固體速凝劑／ｇ凝固時間／ｍｉｎ混合時長度／ｍｍ凝固後長度／ｎｕｎ
根據對各種膨脹劑的對比可以看出：
１）選用生石灰作為膨脹劑，凝固過程中有一定的膨脹，水泥漿凝固過程中產生的溫差收縮町以得到一定程度的補償。同時生石灰作為膨脹劑製成的水泥漿，膨脹性不很好，但後期強度較高。
２）選用鋁粉做發泡劑，膨脹效能好，膨脹效
果顯著，通過改變鋁粉新增量，可以得到不同的膨脹率。鋁粉新增過大，凝固體裂隙發達，嚴密性不很好，強度不大。
３）選用生石灰和鋁粉一起做膨脹劑，克服了
只用生石灰時膨脹率小和只用鋁粉時膨脹率大，產熱量高，結構鬆散，強度不高，嚴密性不好的缺點，達到很好的封孔效果。２．３速凝劑的選取
通過研究發現，液體速凝劑凝結時間較快，對新增量少量差異的敏感程度大，對封孔不利。固體速凝劑效果較好，對新增量少量差異的敏感程度不大，可改變新增量，達到不同的凝固時間。２．４最佳配比
通過分析，選用生石灰、鋁粉做膨脹劑，速凝劑選用固體的，水泥採用３２５。，膨脹水泥最佳配比實驗資料，見表２。
根據以上資料及實驗現象得知：
１）後期凝固產生熱量大，終結時間差距大。２）
以便於封孔人員操作，初凝時間控制在
１６ｍｉｎ左右，凝固終結時間控制在６０ｍｉｎ以內，符
合井下封固要求。根據井下現場情況，選取相應的配比方案。
３）生石灰和鋁粉兩種膨脹劑得到了互補，克服了只用生石灰時膨脹率小和只用鋁粉時膨脹率大，產熱量高，結構鬆散，強度不高，嚴密性不好的缺點。
表２膨脹水泥最佳配比試驗資料
序號７１ｃ／ｇ
水渺ｇ鋁粉／ｇ生石灰／ｇ固體速凝劑／ｇ凝固時ｒｎ／ｍｉｎ混合時長度／ｍｍ凝【佔ｉ後長度／ｍｍ
３膨脹水泥效能
３．１凝固體的強度
孔口管封孔時，所採用的封孔材料要有一定的強度，不至於在打鑽時因封孔強度小而使其破壞，導致透水事故發生。為了考察其強度，根據不同的配比做了四組尺寸均為４
ｍｍ×４ｍｍ×２０
ｍｍ長方體
試塊，在標準室內養護，檢測不同齡期凝固體的抗折、抗壓強度，膨脹水泥抗折、抗壓強度試驗資料對比，見表３。
表３膨脹劑試驗情況對比
序號ｉ２３４水灰比
抗折強度／ｍｐａ
抗壓強度／ｍｐａ
１：ｌ３
１．７３８
０．３５
ｌ：１．４
根據實驗可知，膨脹水泥在各種配比情況下，抗折、抗壓強度差距很大。４。配比採用的水泥為４２５。
，其抗折和抗壓強度、密封效果較好，達到封孔材料的要求。也可以加大水灰比以達到不同的抗壓強度。
３．２膨脹水泥固化過程中的體積膨脹
在實驗過程中，發現膨脹水泥固化過程中膨脹效能較好，各項配比的膨脹率保持在４５％一５０％使得封孔材料固化體與孔壁的接觸更強，提高了密封性，優於傳統的水泥砂漿、封孔器、充填海帶、丘麻等封孔。
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萬方資料
２０１０年１月劉廣北等：新型封孔材料在煤礦探放水中的應用第１９卷第１期
３．３凝固時間
凝同時間決定工期和工作效率。封孔材料的凝固時間太長則會延長工期，降低工作效率，初凝時間太短，強度小，對工人操作的要求較高，均不利於封孔。一般將封固材料的初凝時間控制在１５—３０ｍｉｎ，終凝時間控制在６０ｒａｉｎ內。
通過實驗發現表２中配比１、４終結時間分別為５３ｍｉｎ和５０ｒａｉｎ，很好的達到了孔口管封孔的要求，既彌補了水泥砂漿凝固時間短不好操作、強度小，也克服了凝固時間長、效率低的的問題。
４現場應用
４．１現場概況
某礦２２１０１採煤工作面布置在２２採區西翼下部，該面上副巷位於２２０８１採空區下方，設計長度２４０ｍ，煤層平均厚度５ｍ，巷道掘進斷面７ｍ２，ｕ型鋼支護。根據有關資料分析，２２０８１採空區內存在一定的積水。在２２１０１上副巷掘進工作面布置探放水鑽孔７個，共４２６．２ｍ。
４．２封孔工藝
穩好鑽機後，先用ｄ１５０ｍｍ鑽頭開鑽，下人長６ｍ、ｄ１２７ｍｍ的無縫鋼管作孔口管，清理孔內碴煤。用封孔注射器、注漿幫浦將配置好的膨脹水泥漿送人孔口管外的鑽孑ｌ內。孑ｌ內有水封孔注漿時，首先要在孔口埋設ｄ１６ｍｍ注漿小管，採用摻有速千劑水泥孔口密封，採取「外返漿」用注漿幫浦注膨脹水泥漿封孔，固定孔口管。
注漿前先注水沖岩煤粉，使兩管暢通。孔口管支撐架要保證孔口管穩定，不滑動，要維持到水泥漿凝固後方可撤去，期間不准隨意移動。工作結束時要用水把幫浦內漿清洗乾淨。
孔口管封孔，見圖１。
４．３孔口管穩定程度
孔口管穩定程度測試情況，見表４。
孔口管聚氨酯封孔材料煤體
圖１鑽ｕ孑ｌ口管固定示意
表４孔口管穩定程度測試
５結語１）通過對現行孔口管各種封孔方法的優缺點進行比較分析，提出了膨脹水泥封孔。
２）通過對各種膨脹劑進行試驗研究，得出了鋁粉和生石灰一同作為膨脹劑更符合實際應用需要。
３）經過各種新增劑的配比試驗，獲得最佳配比方法。
４）膨脹水泥新材料是一種**低、流動性強、膨脹性好、凝結速度快、抗壓強度的早期固化材料。
５）使用研製新材料在探放水過程中進行了試驗得到了較好的效果。
參考文獻：
［１］孫恆虎，劉文永．高水固結充填採礦［ｍ］．北京：機械工業出版社。１９９８．
［責任編輯：王玉梅］
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（上接第４４頁）
３結語通過使用粗煤泥單獨分選工藝，很好地解決了脫泥、脫水跑水、浮選跑粗等問題，精煤**率提高、介耗降低；同時增加了乙個系統，投資相應增加，但產率增加，系統穩定，操作費用低，投資回報高。對
５２於以上三種粗煤泥分選裝置，在生產中需根據本廠的煤質特點及產品質量要求來合理選擇粗煤泥的分選工藝及分選裝置，使其達到最大的經濟效益及社會效益。
［責任編輯：王玉梅】
萬方資料
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