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囊袋式封孔器是一种用于煤矿抽瓦斯用的注浆囊袋式封孔器。以“两堵一注”带压注浆封孔工艺为理论依据，主要适用于煤矿井下各种钻孔的封孔。利用注浆泵先将封孔器两端的囊袋充满浆液、两端膨胀后再封闭两囊袋中间区域，从而实现多层封孔，保证良好效果。博安封孔器
煤矿封孔专用注浆料标准
《煤矿安全规程》要求，为了预防石门揭穿煤层时发生突出事故，必须在揭穿突出煤层前，通过钻孔测定煤层的瓦斯压力，它是突出危险性预测的主要指标之一，又是选择石门局部防突措施的主要依据。同时，用间接法测定煤层瓦斯含量，也必须知道煤层原始的瓦斯压力。因此，测定煤层瓦斯压力是煤矿瓦斯管理和科研需要经常进行的一项工作。
测定煤层瓦斯压力时，通常是从石门或围岩钻场向煤层打孔径为50～75mm的钻孔，孔中放置测压管，将钻孔封闭后，用压力表直接进行测定。为了测定煤层的原始瓦斯压力，测压地点的煤层应为未受采动影响的原始煤体。石门揭穿突出煤层前测定煤层瓦斯压力时，在工作面距煤层法线距离5m以外，至少打2个穿透煤层全厚或见煤深度不少于10m的钻孔。
测压的封孔方法分填料法和封孔器法两类。根据封孔器的结构特点，封孔器分为胶圈、胶囊和胶圈—黏液等几种类型。
1．填料封孔法
填料封孔法是应用最广泛的一种测压封孔方法。采用该法时，在打完钻孔后，先用水清洗钻孔，再向孔内放置带有压力表接头的测压管，管径约为6～8mm，长度不小于6m，最后用充填材料封孔。图1-17为填料法封孔结构示意图。
图1-17 填料法封孔结构
1—前端筛管；2—挡料圆盘；3—充填材料；4—木楔；
5—测压管；6—压力表；7—钻孔
为了防止测压管被堵塞，应在测压管前端焊接一段直径稍大于测压管的筛管或直接在测压管前端管壁打筛孔。为了防止充填材料堵塞测压管的筛管，在测压管前端后部套焊一挡料圆盘。测压管为紫铜管或细钢管，充填材料一般用水泥和砂子或粘土。填料可用人工或压风送入钻孔。为使钻孔密封可靠，每充填1m，送入一段木楔，用堵棒捣固。人工封孔时，封孔深度一般不超过5m；用压气封孔时，借助喷射罐将水泥砂浆由孔底向孔口逐渐充满，其封孔深度可达10m以上。为了提高填料的密封效果，可使用膨胀水泥。
实践表明，封孔测压技术的效果除了与钻孔未清洗干净，填料未填紧密，水泥凝固产生收缩裂隙，管接头漏气等工艺条件有关外，更主要取决于测压地点岩体或煤体的破裂状态。当岩体本身的完整性遭到破坏时，煤层中的瓦斯会经过破坏的岩柱产生流动，这时所测得的瓦斯压力实际上是瓦斯流经岩柱的流动阻力，因此，为了测到煤层的原始瓦斯压力，就应当选择在致密的岩石地点测压，并适当增大封孔段长度。
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大青灰岩水的防治
煤矿封孔专用注浆料标准如下：
1、封孔材料用途该封孔材料具有致密、粘合、强度高等特性。
2、宜采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，且符合GB175的规定。
3、清洁基础表面，不得有碎石、浮浆、浮灰、油污和脱模剂等杂物。
由于东翼区大青水对小青煤、奥灰对小青煤、大青煤、下架煤的突水系数均大于0.06，突水的几率很大，为保证下组煤的安全开采，须对大青含水层、奥灰强含水层采取防治水措施。
图7.20 奥灰水对下架煤突水系数等值线图
7.2.5.1 大青水防治之疏水降压
从公式 T与M成反比，有效隔水层厚度越大，突水系数越小。T与P成正比，显然水压越高，突水系数越大，生产越不安全。水压是底板突水的动力，水压会造成底板的鼓起和变形破坏，水压值的大小是决定突水与否和突水量大小的重要参数。
大青含水层具有贮存水量不大，补给量有限，易于疏干等特点。所以选用疏水降压的方法治理大青含水层。
（1）安全水头的确定
由突水系数公式
煤矿底板突水防治
Ts为极限突水系数（Ts＝0.06 MPa/m），东翼区大青灰岩顶到小青煤底板的平均距离M＝22 m，Cp＝10.41 m，带入公式，反算出P，可得到P＝0.7MPa。
东翼区的东北部大青灰岩（钻孔818、FD46、FD34）埋深最大（标高平均为－188 m），水压力也最高，因此要保证东翼区小青煤开采的安全，要保证东翼区东北部不发生突水即可。
根据P＝0.7MPa、大青灰岩顶板标高可以得出当水位在不高于－116 m时，大青水对小青煤的开采不会造成威胁。
（2）疏降水量的计算
1）数值法：根据东翼区1996年大青放水试验曾经做过的数值模拟结果，疏降水位与流量的关系见表7.23。
表7.23 东翼区不同疏降水位、流量预测
根据预测结果，对安全水位（h）和流量（Q）运用最小二乘法得出他们之间的关系式：
h=-30Q+158.33
将安全水位h＝－116 m带入公式可以反算出得出Q＝9.14 m3/min。
2）相关外推法：根据1996年放水试验数据，东翼区大青放水试验时，最大放水量为1.6 m3/min，水位平均深降为60 m，依此类推，当水降深为116 m＋90 m时，疏放水量为6.91 m3/min。
将算法1和算法2结果取平均值可得疏放水量Q＝（9.14＋6.91）/2＝8.02 m3/min，即采用疏水降压法治理大青水时疏放水量为8.02 m3/min。
（3）疏水降压前的准备工作
1）对现有排水系统、泵房、水仓等进行改造，以满足疏水降压的要求。
2）采用电法物探超前探测，查明含水、导水构造，判断出顶、底板富水区，利用三维地震勘探方法查明浅部边界导水范围。
3）对主要底板导水通道出水点进行注浆封堵，截断下部灰岩水（奥灰水）向矿井充水的途径。
4）根据三维地震资料划出的上部采空区和浅部边界导水范围，有针对性地预留防水煤柱，并对浅部导水通道进行充填，截断老空水向矿井充水的途径。
（4）疏水孔的布置
从东翼区大青灰岩含水层单孔涌水量来看，一般为0.1～0.3 m3/min，最大达2.8 m3/min（FD34），所以疏水降压孔的位置布置在FD34孔附近。
7.2.5.2 大青水防治之注浆加固
开采小青煤受到大青灰岩含水层和奥灰强含水层的威胁。目前防治深部灰岩突水的有效方法是底板注浆加固。注浆加固的基本原理是，将水泥浆液在高压的作用下注入下部的承压含水层中，使承压含水层和煤层底板的隔水层中的裂隙和溶洞被浆液充填，用浆液把含水层中的承压水“挤”出去。由于浆液的黏度和流动阻力都比水大的多，所以相应的增强了煤层底板的隔水强度。混合浆液可以在高压的作用下凝结成不可流动的固体和半固体，把煤层底板的隔水层和含水层合为一体，增强煤层底板的隔水作用和抗压作用。注浆加固可以把原来的含水层和导水层变成一体的隔水层，增加隔水层厚度，改变原来的水文地质条件，以达到防治煤层底板的突水。
大青灰岩为大青煤直接顶板，位于山青煤以下45 m，小青煤以下30 m。层厚4～6 m，分布比较稳定。裂隙发育，富水性强，裂隙率4％。大青灰岩为非均质各向异性含水介质。目前水位标高90 m。
华北型煤田7＃煤的开采都受到太原组薄层灰岩水的威胁，在治理薄层灰岩水上也有一些成功的例子（表7.24）。
表7.24 注浆治理薄层灰岩水的煤矿
在治理大青灰岩水方面，有成功的范例，因此对于五矿东翼区采用注浆加固的方法治理大青灰岩水是可行的。
为保证下组煤安全开采，选东翼区地质构造相对较少、突水系数相对较小的中部为注浆试验区（图7.21）。试验区南北长200 m，东西宽200 m，面积40000 m2，作为首采区。如试验成功，再将技术推广到整个东翼区。
图7.21 五矿东翼首采区位置图
（1）注浆厚度
大青灰岩厚度平均为5 m，厚度不大，因此进行全层注浆，即将整个大青灰岩含水层改造成隔水层。
（2）钻孔设计
对东翼区煤层底板含水层进行注浆的特点是：范围广、注浆孔数量多。设计原则为：(1)按浆液在目的层的扩散半径布设，尽量增加浆液在东翼区首采区的覆盖率；(2)钻孔设计的方向尽量跟断裂结构面的发育方向垂直或斜交，尽可能多的穿过裂隙；(3)对裂隙较发育的地带如断层的交点、拐弯等地方，增加注浆孔。
根据峰峰煤田其他煤矿的注浆经验，钻孔的浆液扩散半径为20 m，即相邻钻孔的距离不超过40 m。以保证在经济的条件下东翼区首采区的注浆覆盖率最高。结合东翼区山青煤的现有巷道情况，设计4个钻室（图7.22），36个钻孔，5个检测孔，其位置见图7.23。注浆钻孔剖面情况见图7.25，钻孔参数见表7.25，钻孔深度与打穿大青灰岩为准。
图7.22 钻室平面位置图
图7.23 钻孔平面位置图
图7.24 钻孔示意图
表7.25 钻孔参数表
（3）技术要求：
1）注浆压力为2.6～3.5MPa；
2）浆液配比：单液浆水灰比1.5～1：1；
图7.25 大青灰岩注浆钻孔剖面图
3）要求各孔进行全封闭；
4）钻孔启封前应进行探孔，并填写封孔通知书，编制封孔技术要求；
5）封孔水泥选用P.O42.5硅酸盐水泥，确保水泥不失效；
6）封孔材料选用水泥、水的重量比1：1浆液封闭钻孔；
7）浆液搅拌要求采用水枪冲打法，必须在铁制的水箱内进行；
8）钻孔封闭要求一次性封到孔口，待凝固后，扫孔到最小一级套管底脚，然后用5MPa清水试压30 min，确认不漏水再封到孔口为全孔封闭合格；
9）钻孔在封孔前要准确计算所需注浆材料数量，封孔进程中认真填写施工台账，单孔封闭后应进行消耗材料分析。
（4）施工工艺
1）工艺流程：采用地面注浆站，通过注浆管路和井下注浆孔对含水层进行注浆，其流程见图7.26。注浆系统的布置见图7.27。
图7.26 注浆流程图
2）开孔及固管：开孔Φ150 mm至孔深13 m，下入12 m长Φ127 mm带肋套管，加装封孔器注浆，钻孔结构示意图见图7.28。
3）封孔器安装及试压：待固管砂浆凝固后，用Φ113钻头清水钻进至孔深13 m，安装封孔器及钻杆逆止阀，通过注浆管加压至3MPa试压。合格后继续钻进，不合格则进行注浆处理后再继续钻机，钻进时注意打开注浆截止阀；
4）注浆：钻进至设计深度后，需停钻注浆时按下列步骤：先关闭注浆截止阀，退钻至最后一根钻杆，接通注浆管进行注浆，注浆压力2.6～3.5MPa；
5）浆液配比：先采用水灰比（重量比）为1.5：1～1：1的水泥浆，如钻孔吸浆量过大，注一定量的单液浆后（≥10 m3），可注水泥水玻璃双液浆。但为保证浆液扩散半径应尽可能采用单液浆；
图7.27 注浆示意图
图7.28 注浆孔结构示意图
6）检查钻孔的施工过程与注浆孔相同；
7）对于注浆量过大的孔可采取间歇注浆或加注水玻璃双液浆，防止浆液过量损失。
（5）注浆结束标准：注浆压力＞4.4MPa。
（6）注浆效果
注浆后大青含水层改造为隔水层，消除了大青水对开采小青煤的威胁。同时加大了奥灰和小青煤之间的隔水层厚度，降低了奥灰水对小青煤的突水系数如图7.29。
从图7.29可以看出，经过大青灰岩的改造，奥灰水对小青煤的突水系数与改造前明显降低。改造前为0.062～0.108，改造后为0.051～0.093。
（7）注浆改造成本预算
注浆改造的成本主要包括：(1)钻探工程量；(2)注浆材料，主要为总注浆量；(3)注浆施工及其他，包括人工费，机器设备费等。
图7.29 大青灰岩注浆后奥灰水对小青煤的突水系数等值线图
总注浆量=单孔注浆量×钻孔总量
单孔浆量根据经验公式得：
煤矿底板突水防治
式中：Q0——单孔注浆量，m3；
λ——浆液损失系数，取λ＝1；
R——浆液扩散半径，取R＝20 m；
H0——注浆段高，m，取受注灰岩的厚度；
η——灰岩裂隙率，本区η＝0.04；
β——有效充填系数，本区可取β＝0.9；
M0——浆液结石率，取M0＝0.7。
把数值带入公式可得Q0为323 m3，总的注浆量大约为11628 m3（1m3水泥浆约用0.76吨水泥）。详细情况见表7.26。
表7.26 大青灰岩注浆工程经费预算
首采区大青注浆投资金额共为1573.76万元，首采区面积0.04 km2，东翼区全区面积1.1 km2，由此推算东翼采区大青注浆投资金额约为34221万元。
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