煤層注水對回采工作面瓦斯防治的作用

安陽鑫龍煤業集團 紅嶺煤業有限責任公司 金明乾

煤層注水對回采工作面瓦斯防治的作用

安陽鑫龍煤業集團 紅嶺煤業有限責任公司 金明乾

隨著煤礦采深向深部延伸，采煤工藝正朝著機械化方向發展。回采期間，回采速度的加快，工作面的瓦斯涌出量也逐漸增大。如何減小回采期間工作面的瓦斯涌出量，已成為制約煤礦生產的一大難題。煤體是一種多孔性固體，既有成煤過程中產生的原生孔隙，也有成煤后的構造運動形成的大量孔隙和裂隙。這些孔隙形成了很大的自由空間，使得成煤過程中產生的瓦斯以游離和吸附兩種形態存在于孔隙表面。游離狀態又稱為自由狀態，這種狀態的瓦斯以自由氣體形態存在于煤層孔隙中，其分子可自由運動，并服從自由氣體定律。針對游離狀態瓦斯在煤體中的這一性質，可在煤層中施工若干鉆孔，通過鉆孔將水注入煤墻中，利用瓦斯難溶于水的這一特性，將煤層的瓦斯提前排放出來，從而減小回采期間瓦斯的涌出量。

一、煤層注水實踐

1.工作面概況。15181工作面走向長580 m，傾向長130 m，煤層傾角平均17°，煤層最厚處6.6 m，最薄處6.2 m，采煤工藝為單一煤層一次采全高走向長壁后退式綜合機械化放頂煤回采，頂板控制采用全部垮落法。回采期間工作面正常涌水量28 m3/h，最大涌水量 50 m3/h。煤層孔隙率為4.9%，煤塵爆炸指數為17.92%。

2.注水孔布置。沿工作面傾斜方向每隔6 m打1個頂眼、1個中眼、2個注水孔（2個注水眼應錯開3 m），頂眼靠頂梁下0.2 ～ 0.4 m朝煤壁打孔，傾角為＋45°方向角左偏10°。中眼距煤墻底板1.5 m，中眼傾角為垂直于煤墻方向–10°，鉆孔深度為5 m。

3.打眼。使用氣動錨頭鉆，鉆桿采用可接加長麻花型鉆桿。

4.封孔。使用快速封孔器封孔，封孔器裝在注水孔1.5 m處進行膨脹封孔。

5.注水設備及注水時間。采用工作面液壓支架水管注水。工作面煤壁可同時注2個孔，即2個孔為1組，每組注水時間應以煤壁明顯出現濕潤為終止注水工作的標準。

6.注水參數。注水水壓不得小于2 MPa（在瓦斯壓力較大的地段注水時，應提高注水壓力）。

7.注水循環及勞動組織。

（1）每天在檢修班集中進行注水。

（2）打眼工作由2個人協作進行，打眼前先對煤壁進行敲幫問頂，找掉活煤塊，防止片幫及冒落傷人。再詳細檢查打眼周圍支架情況，無問題方可實施打眼工作。

（3）打眼必須按順序由下向上進行。

（4）工作面注水工作應在采煤工作前2 h注水完閉。

二、煤層注水效果

煤層注水降低瓦斯涌出量的效果十分明顯。這是因為注水時，高壓水需克服瓦斯壓力后才能注進水，水改變了煤的力學性質，增加了煤的可塑性，降低了煤彈性模量，使煤體內的應力分布均勻化，彈性能釋放的速度變小，從而降低了瓦斯的釋放速度。具體來說，表現在以下幾個方面。

1.可以有效降低測試鉆孔附近的瓦斯濃度。注水孔未注水前，經測試鉆孔上、下側2 m左右位置瓦斯濃度約2.8%；注水2 h后，同一個注水孔上、下側2 m左右位置瓦斯濃降低至1.0%左右。

2.可以有效降低回采期間工作面上隅角和回風巷中的瓦斯濃度。未注水前，回采期間15181工作面上隅角的瓦斯濃度保持在0.6% ～ 0.7%，回風巷中的瓦斯濃度為0.4%，嚴重影響正常生產的進行；注水后，15181工作面回采期間上隅角的瓦斯濃度降為0.3% ～ 0.4%，回風巷中的瓦斯濃度降低至0.2%左右。

3.其他效果。注水具有滅塵效果；可以降低煤的硬度，軟化煤體，減少切割和破碎煤層所需的能量，從而減小設備的損耗，提高生產效率。

三、影響煤層注水效果的因素

1.煤層裂隙、孔隙程度直接影響煤層注水量。煤層的裂隙越發育，越易注水 ；煤質較硬的工作面，裂隙不發育，注水時很困難；注水后撥孔時會出現回水現象。但是當出現一些較大的裂隙（如斷層 、破裂面等）時，注水易散失于遠處或煤體之外，對注水不利。

2.地壓的集中程度與煤層注水難易程度也有直接關系若。煤層裂隙不發育，原生裂隙和孔隙被壓緊得更小，導致煤層透水性能降低，注水困難。15181工作面煤質松軟，裂隙較發育，無沖擊傾向性，注水較易。煤層全水分都在4.5% 以上。為提高注水效果，需要提高注水壓力。有關試驗表明，在該工作面注水壓力超過一定值后，煤體裂隙會變大，水分散失嚴重；水分散失過多后，注水壓力會開始變小，反而起不到注水的效果，并且水會從錨桿或煤體裂隙中噴出，給回采工作造成極大不便。因此，15181工作面注水壓力以不超過2.5 MPa為宜。

四、提高煤層注水效果的改進措施

1.采用間歇注水。間歇注水能使水充分滲入煤層，提高注水效果。

2.使用濕潤劑。濕潤劑可以使水的表面活化，降低水的表面張力系數，進而提高水濕潤煤的能力。

3.合理選擇超前注水距離。選擇合適的超前注水距離，有利于煤層注水和提高煤層濕潤效果 。

五、結論

由于注水時水從煤體的裂隙和孔隙中擠走大量的游離瓦斯，還能延長吸附狀態瓦斯的是釋放時間，大大降低了煤層開采時的瓦斯涌出量。另外，在高瓦斯礦井煤層注水能使煤質變軟，增加塑性，從而減少沖擊，降低煤與瓦斯的突出次數。