關于4202下山3#壁采工作面長孔煤層注水的研究應用

摘要：根據新方礦業的現場生產實際，積極引進煤層長孔注水新技術，新工藝，在4202下山3#采煤面進行應用該技術，大幅度降低機采而風流中的蝶塵，是礦井生產中的一項極其重要的防塵技術，降生效果顯著。

關鍵詞：長孔注水 防塵技術

中圖分類號：TD8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)2(b)-0092-01

1煤層長孔注水的原理

機采煤工作面在回采過程中產生大量煤塵，雖經濕式打眼、采煤機內外噴霧、爆破噴霧等多種綜合防塵技術及措施，采煤工作面回風流中的礦塵仍然較高，對作業人員的身體健康及礦井的安壘生產構成威脅。就此新方礦業通過深入調查研究積極引進機采工作面長孔注水技術及工藝，大大降低了各采煤工作面風流中的煤塵，效果明顯。煤層注水是機采工作面最重要的防塵措施之一，煤層注水的減塵作用主要有以下三方面：(1)煤體內的裂隙中存在著原生煤塵，水進入后，可將原生煤塵濕潤并粘結，使其在破碎時失去飛揚能力，從而有效地消除這一塵源。(2)水進入煤體內部，并使之均勻濕潤。在破碎時消除了細粒煤塵的飛揚，預防了浮塵的產生。(3)水進入煤體后使其塑性增強，脆性減弱，改變了煤的物理力學性質，當煤體因開采而破碎時，脆性變為塑性變形，因而減少了煤塵的產生量。且進行煤層注水后起到弱化煤層作用，確保回采期間安壘。

2影響煤層注水效果因素 根據煤層注水的難易程度，習慣上將煤層分為三類：第一類煤層為容易注水煤層。第二類煤層為較容易注水煤層；第三類煤層為難注水煤層。影響水在煤體內滲透的主要因素有。(1)煤的裂隙和孔隙。煤的裂隙性和孔隙性是煤體的主要結構特征。煤層的透水性與煤的裂隙發育程度、裂隙寬度及裂隙方向有密切關系。經有關研究發現，在與主要原生裂隙面和層理面平行的方向上滲透系數最大，在與主要原生裂隙面垂直而與層理平行的方向上滲透系數較小，在與主要原生裂隙面平行而與層理面垂直的方向上滲透系數最小。孔隙率是孔隙的總體積與煤體的總體積的百分比。國內外對煙煤的研究結果表明，當孔隙率小于4％時，煤層的透水性極差，不能實行注水，大于5％時煤層的透水性較好，能實施注水；當孔隙率達到15％以上時煤層的透水性和濕潤效果都很好。而當孔隙率達到40％時，煤層成為多孔均質體，天然水分豐富則無需注水，此多屬于褐煤。(2)煤的變質程度。高變質程度的煤，液體的滲透系數小，低變質程度的煤，滲透系數中等；中等變質程度的煤，滲透系數最大。(3)上覆巖層壓力及支承壓力。總的趨勢是，煤的孔隙率隨煤層埋藏深度的增加而縮小，煤層透水性隨埋藏深度的增加而降低。在長壁采煤工作面的超前支承壓力帶、應力集中帶以及其他大面積采空區附近的集中應力帶，因承受的壓力增高，其煤體的孔隙率與受采動影響的煤體相比，要小60％至70％，減弱了煤的透水性。(4)液體性質。煤是疏水性物質，與水不甚親合。如果在水中添加表面活性劑，水的表面張力就會降低，從而提高水對煤的濕潤能力和滲透系數。

3煤層長孔注水工藝

3.1鉆孔布置與施工方法 4202下山3#采煤工作面開采煤厚一般在2.4m左右，開孔位置距頂板1/3煤層厚為宜，開孔時應注意煤層的各小分層的硬度及圍巖性質，必要時作修改。并應使鉆孔基本上平行于煤層頂底板或鉆孔傾角略小于煤層傾角1度左右，并始終保持在煤層中。注水孔的施工選用紅旗150鉆機，該型-號鉆機拆卸組裝靈活，運輸方便，施工鉆孔孔深大，可施工不同角度注水孔。

3.2鉆孔參數

鉆孔長度一般單向鉆孔為工作面長度的1/2 2/3；雙向鉆孔長度應比工作面長度的1/2少10-15m。現4202下山3#采煤工作面最長為120m，最短為70m，因此采用在該采煤工作面進回風巷分別布置注水鉆孔的雙向鉆孔注水法。鉆孔時采用大直徑鉆頭~52mm，開口孔徑要稍大些，用108mm-鉆頭，開口段長度3-5m。鉆孔注水長度取決于工作面長度。由于工作面長度變化較大，故計算雙向鉆孔長度時分最大長度和最小長度分別計算，具體可按下面公式計算： 最大：L=0.5L-15=0.5×120-15=45m，取45m。

最小：L=0.5L.-1 5=0.5×70-1 5=20m，取20m。 其中：L一鉆孔長度。L一工作面長度，最大取120m，最小取70m。

由以上計算得知，該采煤工作面最長注水孔為45m，最短注水孔為20m。

3.3鉆孔間距及注水鉆孔個數

(1)根據新方礦業煤層透水性、裂隙程度、煤層厚度、傾角及鉆孔深度、方向、注水壓力、注水時間等實際情況注水鉆孔間距一般取30m雙向鉆孔上、下鉆孔一般錯距5m，防止上下孔貫通，導致無法注水。(2)根據4202下山3#采煤工作面的實際情況，共對其設置布置13個注水鉆孔。

3.4封孔 采用先插入水管后灌入水泥沙漿灌方法封孔時，先在注水管首端距管口100mm處焊一比擴孔直徑略小的圓盤，在管前端100mm位置捆扎少量棉紗等物，并將注水管插入孔內，以固定注水管和防止漏漿。注水管露出煤壁0.5m，水泥沙漿采用l：(2～3)，封孔深度為6-8m，待砂漿凝固后進行注水。

3.5注水

(1)根據本礦實際，注水方式采用動壓注水。注水泵選用2TGE/120的雙管高壓注漿泵，注水量最大3.6m3/h，注水壓力一般為10MPa，其最大注水壓力為20MPa，該設-備體積小。使用方便，適用于井下各種規格巷道。(2)在注水時注水量一般應使煤層的全水分含量達到3.5％6％。在當前不易掌握煤層水分的情況下，以上、下巷煤壁見到濕潤為宜。(3)采煤工作面在回采前20天內實行好煤層注水。(4)注水采用單孔注水法，一個孔注完，并經相關人員驗收后方可進行第二孔的注水工作。(5)在泵的出水口處應安裝三通，使出水管分別連接到注水管和回水管上，在回水管上安裝調壓閥門，以調節注水管的壓力和流量，在調壓閥前高壓側安裝壓力表觀測壓力的變化，并用高壓膠質軟管和注水孔相連接。在高壓側禁止用一般管子，發免發生崩管事故。(6)在注水過程中做到班班記錄，主要記錄為注水壓力、注水流量、每班注水量等，升井后經整理及時記入注水臺賬內。

4結語 通過對現場實測、分析，本工作面煤層水參數為每米鉆孔有效流量為36L/h，機采回采時采煤工作面回風流中粉塵濃度較未實行煤層注水時下降67％，大大降低回采作業地點風流中的粉塵濃度，改善作業環境，確保礦井的安全生產；另外實行煤層長孔注水工藝還可以降低工作面氣溫，現場實測能降低1℃，降低煤的硬度，容易開采；能降低采煤機截齒的消耗-還可抑制瓦斯涌出，降低工作面和回風流中的瓦斯濃度。煤層長孔注水技術大大降低采煤工作面回風流中的粉塵濃度，但注水流量還受煤種及地質構造影響，且對于深部煤層個別注水鉆孔有塌孔現象，及有些煤層滲透性差的問題，在今后工作中還要不斷實踐、研究和創新，進一步改進施工工藝，改善煤層深孔注水效果、降低施工成本，走出一條多快好省的路子來。

參考文獻

[1]張國樞.通風安全學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2004.

[2]國家安全生產監督管理總局.煤礦安全生產管理人員安壘管理培訓教材[M].北京：中國礦業大學出版社，2008.