煤層注水在煤礦安全中的應(yīng)用效果分析

摘 要：目前，作為世界上防治煤礦煤塵爆炸事故的有效措施，煤層注水作用重大。經(jīng)過(guò)注水的煤層在生產(chǎn)流程全過(guò)程、工作面及回采等方面都能夠連續(xù)防塵。同時(shí)，煤層注水的有效實(shí)施，一方面能夠?qū)⒚簤m事故的發(fā)生進(jìn)行有效的扼制，另一方面，對(duì)于矽肺病的產(chǎn)生也具有十分重要的抑制作用。文章通過(guò)對(duì)煤層注水方法進(jìn)行介紹，提出了對(duì)其應(yīng)用在煤礦安全中的效果分析。

關(guān)鍵詞：煤礦安全；應(yīng)用效果；煤層注水

所謂煤層注水是指在進(jìn)行回采工作前，預(yù)先將若干個(gè)鉆孔在煤層上打好，通過(guò)將壓力水向鉆孔中注入，在引導(dǎo)其向煤體內(nèi)部滲透的過(guò)程中，使煤體內(nèi)原有的瓦斯-煤兩相體系具有的平衡得以破壞，從而使煤具有的熱力學(xué)特性、力學(xué)特性及物理化學(xué)特性等都能夠產(chǎn)生變化。

1 對(duì)煤層進(jìn)行注水

根據(jù)鉆孔本身具有的深度，可以將煤層注水分為淺層次注水及深層次注水兩種。其中，深層次注水是指對(duì)開(kāi)展回采工作區(qū)域的前方，處于回風(fēng)口或進(jìn)風(fēng)口的位置，要沿著煤層按照傾斜平行的方法對(duì)工作面進(jìn)行打孔，孔洞的深度通常保持在2/3的工作面斜長(zhǎng)，孔徑則保持在75～100mm之間，然后用橡膠或水泥漿封孔器將孔洞進(jìn)行密封后，就可以開(kāi)始注水工作。相較于淺孔注水，深孔注水往往具有較高的成本，在打鉆方面也具有較大困難，因此只能在厚煤層或中厚煤層中使用。但是，深孔注水也具有較大的預(yù)濕范圍，能夠保持充分濕潤(rùn)。另一方面，盡管深孔注水不會(huì)對(duì)開(kāi)采煤的活動(dòng)形成影響。但是，在我國(guó)的部分礦區(qū)，由于礦區(qū)內(nèi)部的煤層還沒(méi)有遭受破壞，因而在開(kāi)展注水活動(dòng)時(shí)，相對(duì)較為困難，同時(shí)其數(shù)量相對(duì)較小。

2 作用原理及其具體應(yīng)用成效

2.1 除塵

作為在回采工作面活動(dòng)中具有相對(duì)有效性的防塵措施，在對(duì)煤層進(jìn)行注水工作時(shí)，水具有的除塵原理主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

2.1.1 將煤體內(nèi)各個(gè)細(xì)小環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的覆蓋，從而使開(kāi)采工作進(jìn)行中，一旦煤體發(fā)生破碎，使顆粒較小的煤塵不斷飄飛的現(xiàn)象得以避免。

2.1.2 使煤體內(nèi)原生煤塵保持濕潤(rùn)，從而使其飛揚(yáng)能力得以失去。

2.1.3 水具有的濕潤(rùn)性通常能夠使煤體具有較強(qiáng)的塑性和較弱的脆性，在受到外力沖擊時(shí)，煤體的較多脆性發(fā)生破碎并不斷向塑性形體變化進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而使煤體產(chǎn)生破碎而轉(zhuǎn)變?yōu)閴m粒的可能得以大量減少，進(jìn)而使煤塵的生成量得以降低。

2.2 瓦斯和煤突出的預(yù)防

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行考察和研究可知，通過(guò)注水的方式使煤體保持濕潤(rùn)狀態(tài)，能夠?qū)⒚壕哂械牧W(xué)特性進(jìn)行較為明顯的改變，在減小的煤體內(nèi)部強(qiáng)度和彈性，增大的煤體內(nèi)部塑性中，使在巷道前方進(jìn)行分布的相關(guān)壓力得以產(chǎn)生變化。也就是說(shuō)將高壓產(chǎn)生的力轉(zhuǎn)移到煤體層面深部去，從而使壓力集中具有的相關(guān)系數(shù)得以減小。在濕潤(rùn)煤體后，使其透氣性也得以有效減小，對(duì)于瓦斯存在的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，水也保持明顯的阻礙效應(yīng)，煤體中向外涌出瓦斯的速度和數(shù)量等都得以大幅度下降。這些變化都顯示著注水使煤體濕潤(rùn)，能夠?qū)⒚簩拥耐怀鑫ｋU(xiǎn)進(jìn)行有效減小或快速排除。

2.3 工作面回風(fēng)流中具有的瓦斯?jié)舛鹊臏p小

煤層注水工作在對(duì)瓦斯突出現(xiàn)象進(jìn)行治理方面的作用，一方面主要通過(guò)對(duì)瓦斯與煤突出的預(yù)防方面進(jìn)行表現(xiàn)，另一方面也通過(guò)對(duì)工作面生產(chǎn)過(guò)程中回風(fēng)流具有的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行減小表現(xiàn)。

2.3.1 使煤體中具有的水分保持濕潤(rùn)現(xiàn)象能夠?qū)ν咚沟倪\(yùn)動(dòng)進(jìn)行阻礙，也使煤體在不斷遭受破壞后，促使部分瓦斯不朝著采掘空間進(jìn)行涌入，而是隨著煤體向工作面運(yùn)出。

2.3.2 打孔使煤體現(xiàn)有的瓦斯-煤等固有的體系平衡現(xiàn)狀不斷受到破壞，然后在進(jìn)行注水工作前后對(duì)新的水-瓦斯-煤三相體系逐漸進(jìn)行形成，在這一系列變化中，促使瓦斯的突出得以獲得推動(dòng)。

2.4 影響地壓現(xiàn)象的防止

將煤層注水工作中對(duì)地壓造成的沖擊進(jìn)行有效防止的原理為：利用高壓進(jìn)行注水工作使煤體現(xiàn)有的裂隙結(jié)構(gòu)受到變化，并減弱了煤體自身具有的脆性，增強(qiáng)了其具有的塑性，并為煤壁前方位于塑性變形區(qū)的價(jià)款發(fā)揮了促進(jìn)作用，使彈塑性變形區(qū)（即集中壓力區(qū)）不斷移動(dòng)到煤體具有的壁的深處，并逐步將寬度進(jìn)行加大，在對(duì)壓力具有的高集中程度進(jìn)行減弱的過(guò)程中，也使煤體長(zhǎng)期累積的各項(xiàng)壓力潛能得以緩和，從而使地壓沖擊的形成得以進(jìn)行預(yù)防，進(jìn)而使其具有的強(qiáng)度得以不斷減弱。

2.5 溫度的防止和火的預(yù)防

在利用分層進(jìn)行的放法對(duì)特厚或厚的具有較強(qiáng)燃燒性的煤層進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，進(jìn)行放頂工作后，要將水向開(kāi)采空白的區(qū)域注入；在進(jìn)行放頂工作前，也可以在放頂工作具有的步距條帶內(nèi)部用水遍灑，從而使防火作用得以發(fā)揮。這是由于煤體注水后，其熱容量和導(dǎo)熱系數(shù)容易增大，從而使煤體自身的溫度難以升高。對(duì)于泥質(zhì)巖石頂板，該方法具有更佳的效果，灑水或注水后，將會(huì)使冒落的矸石得以不斷濕潤(rùn)，并利用膨脹作為對(duì)各種具有再生性質(zhì)的頂板進(jìn)行產(chǎn)生，在將浮煤進(jìn)行不斷包裹的過(guò)程中，使泄風(fēng)的情況得以有效避免，從而使采空區(qū)存在的浮煤氧化現(xiàn)象得以抑制。

3 強(qiáng)化煤體注水成效的具體措施

對(duì)于部分注水機(jī)械設(shè)備和煤層獨(dú)特條件來(lái)說(shuō)，可以在注水操作工藝等方面對(duì)措施進(jìn)行采取，從而使煤層內(nèi)部的注水量得以增大，注水工作速度得以快速提高的基礎(chǔ)上，進(jìn)而使注水工作得以獲得更加良好的效果。

3.1 注水工作的間歇性

在對(duì)煤層內(nèi)部進(jìn)行注水工作時(shí)，壓力水朝著煤體內(nèi)部裂隙中進(jìn)行的快速流入，往往使其氣泡包裹著裂隙表面，從而使水自身具有的濕潤(rùn)功能受到阻礙。運(yùn)用間或歇息并不斷反復(fù)的方法進(jìn)行注水工作，能夠?qū)⑦@一缺陷進(jìn)行有效消除。同時(shí)，利用這一注水方法能夠使煤體形成可以變化的裂隙，從而使第一次進(jìn)行注水工作時(shí)暴露出的部分區(qū)域不一定在第二次注水工作中繼續(xù)進(jìn)行泄水，因而使注水量得以增加。

3.2 透水性的提高

為使注水速度得以充分有效的提高，需要在將藥裝在注水孔內(nèi)進(jìn)行注水前震動(dòng)爆破工作。對(duì)于具有稍弱透水能力的煤層，我國(guó)一些區(qū)域的礦務(wù)局通常運(yùn)用在孔內(nèi)進(jìn)行震動(dòng)爆破等工作方法對(duì)煤層的注水流量進(jìn)行提高。在實(shí)際工作中的具體方法為：在打好的孔洞內(nèi)將水盛滿(mǎn)，再將專(zhuān)供礦區(qū)使用的安全炸藥放置在防水套中，將其制作為爆破筒，然后向鉆孔內(nèi)進(jìn)行送入，最后將兩個(gè)具有起爆作用的雷管放置在爆破筒內(nèi)進(jìn)行引爆，在敞開(kāi)孔口時(shí)，開(kāi)展水封爆破工作。在結(jié)束爆破工作后，開(kāi)始封孔注水。這一方法中，在孔內(nèi)進(jìn)行爆破主要是對(duì)爆破行為形成的高壓進(jìn)行有效利用，通過(guò)將其認(rèn)定為初始注水壓力，在煤層具有的裂隙中進(jìn)行打開(kāi)，在對(duì)爆破產(chǎn)生的部分震動(dòng)進(jìn)行合理利用的基礎(chǔ)上，使煤體得以松動(dòng)，從而使正常注水工作獲得條件支持。

3.3 濕潤(rùn)劑的使用

目前，煤的濕潤(rùn)邊界角通常處于60～80度之間，難以與清水進(jìn)行很好的濕潤(rùn)。為使煤層注水的應(yīng)用效果得以提高，可以將濕潤(rùn)劑加入水中，從而使?jié)駶?rùn)范圍和濕潤(rùn)速度得以提高。比如：我國(guó)某煤礦在煤層注水工作中，將濃度為0.5%的常用洗衣粉向水中進(jìn)行加入，從而使注水工作的速度得以獲得24%的增加。目前，我國(guó)各地區(qū)現(xiàn)存的注水礦井中，對(duì)各種濕潤(rùn)劑的有效使用尚不多，因此需要對(duì)濕潤(rùn)劑的開(kāi)發(fā)、效果和種類(lèi)等進(jìn)行探討和研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從源頭上對(duì)煤塵進(jìn)行治理，煤層注水屬于較為有效的方法。近年來(lái)，我國(guó)一些煤礦對(duì)媒體注水方法進(jìn)行了堅(jiān)持實(shí)行，從而使從業(yè)相關(guān)人員患?jí)m肺職業(yè)病的效率得以有效降低，也使瓦斯和煤塵事故的威脅得以有效避免。因此，受煤礦生產(chǎn)安全中煤層注水具有重要作用影響，在對(duì)煤礦進(jìn)行安全生產(chǎn)的過(guò)程中，要對(duì)煤層注水方式進(jìn)行積極推行，從而使煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的安全性得以切實(shí)保證！

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