煤壁淺孔高壓注水在回采工作面的應用

王 奎 葛崇超

（淮北礦業集團石臺煤礦，安徽 淮北 235053）

1 引言

煤壁淺孔動壓注水是一種積極有效的防治技術，是一種治本性的防治辦法。煤層注水還能夠破壞煤體內原有的煤－瓦斯體系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相體系，從而對減少高瓦斯回采工作面瓦斯涌出量，進而對防止瓦斯突出有一定的作用。

煤層注水按鉆孔深度分為深孔注水和淺孔注水，深孔注水是在回采工作面的機、風巷沿煤層傾斜方向施工鉆孔，孔深宜依煤層透水性和工作面長度而定，一般為工作面斜長的1/2～2/3；淺孔注水是在回采工作面內垂直煤壁或與煤壁斜交方向施工鉆孔注水，對于高瓦斯且煤體干燥的采煤工作面，采用淺孔注水會收到預排瓦斯、降塵降溫等多種效果。

石臺煤礦目前主采的3 層煤由于煤層自然含水率普遍偏低，均在2.0%左右，炮采工作面爆破作業和綜采工作面割煤過程中產塵量較大，煤塵治理十分困難。以往，我礦在煤層注水方面主要實施機、風巷深孔靜壓注水，但由于煤層孔隙率低一般在6%～10%，透水性較差，對于超前施工順層孔瓦斯抽放的采煤工作面，可以利用順層鉆孔做為深孔注水孔，而對沒有采用順層孔瓦斯抽放的采煤工作面，工作面回采后再施工深孔有一定困難，往往滿足不了設計要求，采用深孔靜壓注水，即使孔內添加滲透棒，也難以取得良好效果。根據在施工過程中回采工作面前方存在3～5m的卸壓帶次生裂隙發育，透水性強的特征，我礦2006年5月初先后在23123、2316-2、3422、23511 回采工作面采用煤壁淺孔高壓注水技術，取得顯著效果。

2 回采工作面動壓注水工藝

2.1 注水流程

回采工作面乳化液泵站→高壓管路→流量計→高壓管路→注液槍→封孔器→注水孔→煤體。

2.2 所需注水設備

MSG－12 煤電鉆2 臺，1m 長螺旋鉆桿5～10根，鉆桿之間為方型凹凸彈簧扣便攜式聯接；自動膨脹式封孔器（耐壓強度40Mpa，5Mpa 以上時，封孔管前端閥門自動打開）若干根；高壓水管接頭、U 型銷;工作面原有液壓泵站及輸液管路系統。

2.3 鉆孔布置方式式及濕潤半徑確定

利用早班檢修時間，沿工作面垂直煤壁布置注水孔，為了封孔器拔出后水容易從煤壁倒流，眼口到眼底水平夾角5 度施工，開孔位于工作面采高的中上部;根據工作面一個圓班推進度確定孔深為5m 為宜;通過注水實驗，當注水閥開啟10 分鐘左右時，在注水孔周圍3.5～4.5m范圍內出現煤壁濕潤或有滲水現象。注水量最大時，單孔注水量達到0.75 噸。通過頂、底區工作面實驗煤體濕潤半徑確定為4m 左右，孔與孔之間距離以8m 為宜;每個圓班作業循環施工一次。

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2.4 鉆孔注水要求

在回采工作面早班檢修期間，利用采用工作面液壓泵站提供的乳化液（炮采2%～3%，綜采輕放3%～5%）與水配比的高壓水（炮采泵壓大于 18Mpa，綜采輕放泵壓 26Mpa～31Mpa），將液壓槍與自動膨脹式封孔器管連接。鉆孔打好后，將封孔管插入鉆孔，封孔器末端距孔口距離不小于200mm。注水時，必須使用帶壓力表的注液槍，以便觀察注水壓力，注液人員嚴禁正對封孔器，注液槍必須卡牢。當煤壁出現掛汗或鄰近孔出水時，煤壁注水工作即可結束。

2.5 注意事項

前一循環注水孔的殘眼在下一循環較短的注水時間內容易出現出水現象，所以后一循環布置注水孔時應該與上一循環孔錯開布置。

注水時，未注水的相鄰孔容易出現變形，應預先放置封孔器。

注水孔應避免打在夾矸層面內，否則，注水時間較長（實測達40 分鐘以上）煤壁仍然不出水，影響注水效果。

打注水孔時，孔內的煤沫一定要拉凈。

為縮短注水時間，打眼工序可以與注水工序相距3～4 個孔平行作業;注水工作應該采取多孔同時實施。

工作面放炮打眼時，其炮眼與注水孔距離不能小于500mm，且嚴禁與注水孔打透。

3 降塵機理及采工作面高壓注水效果

3.1 降塵機理分析

采煤工作面煤壁淺孔高壓注水是最有效的防塵措施之一，其除塵機理包括以下四個方面：

采工作面煤壁前方存在大量的次生裂隙，再加上高壓水的壓裂作用，可大大增強煤體的透水性，提高注水效果。

注入煤體的水可以濕潤煤體中的原生煤塵，并包裹煤的細小顆粒，回采時能有效的避免煤塵飛揚。

高壓水注入煤體后，能夠使煤體的塑性增強，在破碎過程中，產塵量將有效降低。

對于高瓦斯采煤工作面，通過煤層注水工藝將工作面前方5～8m 范圍內的煤層裂隙中瓦斯被擠壓排出，同時可潤濕煤體降塵安全管理的作用。

3.2 采煤工作面淺孔注水效果

從上表可以看出，3 煤層經過淺孔動壓注水后，煤體平均含水率有較大的增加。頂區以23123、3422 回采工作面煤壁動壓注水為例其煤體平均含水率分別增加到3.96%和3.58%，底區以2316-2 回采工作面為例其煤體平均含水率增加到4.25%。割煤或放炮前后平均降塵率分別達到55.5%和58.5%，效果十分顯著。

3.3 其他作用效果

實踐表明，采取煤層注水后，不僅能夠起到降塵作用，還能夠減少工作面的瓦斯涌出，預防突出煤層的煤與瓦斯突出，加寬煤壁前方卸壓帶，粘結煤層頂板，有效防止片幫漏頂，提高原煤質量。3422 回采工作面的瓦斯濃度在注水前為0.32%，經過高壓注水后瓦斯濃度降至平均0.22%（風量620m3/min），降幅 36.4%，瓦斯涌出量則降低了0.62m3/min。

4 總結

通過對回采工作面煤壁淺孔動壓注水工藝的改進，注水效果顯著，能夠有效地降低回采期間的粉塵濃度，從而有效的預防煤塵事故發生，為礦井安全生產提供良好的作業環境。改進后的淺孔動壓注水工藝流程簡單，注水時間短，操作方便。煤層注水后破壞了煤體內原有的煤－瓦斯體系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相體系，從而減少了回采工作面的瓦斯涌出量。通過鉆孔向工作面前方進行高壓注水，改變了煤的力學性質、滲透性質以及煤層的應力狀態，相應地改變了突出的激發和發生條件，從而達到工作面作業時防止突出危險的目的。

[1]水義超.煤壁淺孔高壓注水在放頂煤工作面的應用[J].西部探礦工程，2006-05-15.