煤层注水技术对于降低粉尘浓度、防火和降温、井下预防冲击地压、预防煤与瓦斯突出等方面具有重要作用,可有效改善工作面生产环境。自2014年7月,高家堡矿建设施工以来,大巷开挖过程中出现了多次冲击地压动力显现现象。具体表现为底板迅速鼓起,两帮突然鼓出,肩窝及顶板出现下沉,锚杆(索)出现断裂现象,同时伴随有响亮的煤炮声,冲击地压灾害形式十分严峻;同时开采坚硬煤层中还产生大量粉尘,开采时大量的吸入粉尘颗粒,威胁作业区域内工人的身心健康。高家堡煤矿为较新矿井,最大地应力在30 MPa以上,属于超高地应力区,需进行煤层注水工作来预防冲击地压灾害。高家堡煤矿水力压裂和煤层高压注水技术发展不够成熟,钻孔封孔效果难以满足水力压裂和煤层注水工作正常开展,封孔成为制约高家堡灾害预防和防治的关键技术。本文为了解决高家堡煤层注水封孔困难的问题,通过建立煤层含瓦斯煤层力学理论模型,分析6种弹性本构方程下的煤层应力分布曲线及塑性区宽度,并计算出合理的封孔长度。基于此研发封孔器,并进行现场封孔长度和封孔压力研究,最后进行现场煤层高压注水和水力压裂封孔试验,逐步开展了“高家堡煤层高压注水高效封孔技术及装备研究”这一课题的研究。首先理论分析塑性区宽度,构建塑性区和弹性区本构方程,推导塑性区宽度计算公式,计算得到了高家堡煤层塑性区宽度为8.952 m,为现场封孔长度的确定提供理论基础。其次进行一系列物理实验研发井下快速封孔器,研发了耐高压、膨胀性能高、可反复利用的胶囊封孔器。根据高家堡煤矿202工作面生产条件设计出两套封孔方案,并在现场进行试验优选最佳方案,选择了配套的高压泵、高压胶管以及截止阀,并进行封孔长度和封孔压力的测试,验证了封孔长度为12 m时可满足38 MPa的高压注水的要求,保证封孔器无漏水现象发生,封孔效果好,能够有效封堵高压水。最后在高家堡煤矿202回风顺槽进行了高效封孔技术应用,进行了水力压裂试验和煤层注水试验。整个注水过程中封孔器与试验钻孔内壁密封完好,未出现漏水现象,封孔时间可满足4天的煤层注水,封孔效率高,大大节省了工序时间,封孔器可反复回收利用,降低了封孔成本。封孔效率提高了 70%以上,煤层注水后含水率可提高17.496%。水力压裂试验期间一直伴有煤炮声,说明水力压裂效果较好,压裂半径可达6 m以上,对防冲卸压具有一定的效果。