大采高工作面長(zhǎng)鉆孔高壓脈動(dòng)注水技術(shù)研究

辛憲耀

（晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西晉城 048006）

大采高工作面長(zhǎng)鉆孔高壓脈動(dòng)注水技術(shù)研究

辛憲耀

（晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西晉城 048006）

大采高綜采工作面機(jī)械化程度高、開(kāi)采強(qiáng)度大，在煤層開(kāi)采過(guò)程中片幫垮落較嚴(yán)重，采煤工作面配風(fēng)量大，風(fēng)速較高，工作面粉塵擴(kuò)散嚴(yán)重。為從根本上解決大采高工作面的粉塵，長(zhǎng)平煤礦采用了大采高工作面長(zhǎng)鉆孔高壓脈動(dòng)注水技術(shù)。根據(jù)井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件對(duì)高壓脈動(dòng)注水方式進(jìn)行了試驗(yàn)與研究，最終選擇適合長(zhǎng)平礦厚煤層大采高工作面的煤層注水方式。

高壓脈動(dòng)注水；濕潤(rùn)半徑；孔隙率；含水率

1 概況

大采高工作面在割煤、移架過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量煤塵，盡管采用二次負(fù)壓除塵、噴霧降塵等一系列措施，但是工作面煤塵依然居高不下。采煤工作面的粉塵不僅危害工人的身體健康、降低設(shè)備的使用壽命，而且可能引發(fā)煤塵爆炸，給工人的生命健康和國(guó)家的財(cái)產(chǎn)造成極大的損失。煤層注水是解決采煤工作面煤塵問(wèn)題最有效手段，但目前通常采用的長(zhǎng)孔、短孔的動(dòng)、靜壓注水根據(jù)各工作面長(zhǎng)度、煤層厚度以及煤體孔隙率的不同，效果也不相同，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，高壓脈動(dòng)注水效果顯著[1]。

1.1 煤層注水降塵機(jī)理

通過(guò)煤體中的鉆孔將水壓入煤體，使水均勻分布于煤層中大量的細(xì)微裂隙和孔隙之中，可以起到以下作用：a.將煤體提前濕潤(rùn)，使其失去飛揚(yáng)的能力，從而減小日后開(kāi)采過(guò)程中煤塵飛揚(yáng)的情況。b.將部分更細(xì)小的煤塵顆粒提前水分子包裹起來(lái)，預(yù)防看不見(jiàn)的浮游煤塵的產(chǎn)生。c.大量的注水可以改變煤體結(jié)構(gòu)，使煤體脆性減弱、塑性增強(qiáng)，從而減少了采動(dòng)時(shí)的產(chǎn)塵量。高壓脈動(dòng)注水通過(guò)利用高壓水對(duì)煤體產(chǎn)生類(lèi)似間斷性沖擊波的沖擊作用，有利于增加注水量、擴(kuò)大濕潤(rùn)半徑，進(jìn)而提升注水效果[2-5]。

1.2 工作面基本概況

4311 采面位于長(zhǎng)平煤礦四盤(pán)區(qū)北翼,工作面采用“兩進(jìn)兩回”通風(fēng)系統(tǒng)，工作面煤層平均厚度5.4 m，煤層傾角2°～8°，平均傾角5°；工作面可采長(zhǎng)度1 200 m，寬度220 m，為一次采全高工作面，煤層原始水份含量2.3%～2.5%，自然吸水率2.17%，孔隙率4.16%。

2 高壓脈動(dòng)注水工藝

2.1 注水孔封孔工藝

采用型號(hào)為ZF-A76，外徑94 mm的封孔器進(jìn)行封孔，膨脹范圍115～130 mm。封孔器長(zhǎng)度分兩種，封孔深度為8～10 m。注水封孔器，見(jiàn)圖1。

圖1 注水封孔器

2.2 注水壓力及高壓脈沖泵選擇

1）注水壓力。根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)整理出一個(gè)開(kāi)采深度與注水壓力的經(jīng)驗(yàn)公式，即：

P=15.6-7.8/（0.001H+0.5）=7.8 MPa.

式中：P為煤層注水的最小壓力，MPa；H為煤層埋藏深度，取500 m。考慮到注水實(shí)際情況注水最大壓力可定為大于7.8 MPa。

2）注水泵選擇。本次工作面注水選用的是2BZ-40/12型脈沖式煤層注水泵，型號(hào)如表1所示。

表1 2BZ-40/12型脈沖式煤層注水泵參數(shù)表

3）濕潤(rùn)半徑確定。a.實(shí)驗(yàn)孔布置。通過(guò)在工作面施工實(shí)驗(yàn)鉆孔測(cè)試濕潤(rùn)半徑，鉆孔布置見(jiàn)圖2。b.測(cè)試孔情況。經(jīng)過(guò)對(duì)注水孔48 h連續(xù)高壓脈動(dòng)注水，脈動(dòng)注水出水情況統(tǒng)計(jì)表，如表2所示。

圖2 動(dòng)壓注水濕潤(rùn)半徑布置圖

表2 脈動(dòng)注水出水情況統(tǒng)計(jì)表

由上得出，在連續(xù)12 MPa高壓脈動(dòng)注水48 h的情況下，長(zhǎng)平礦4311工作面煤體注水半徑在10～15 m之間。

表3 注水前后粉塵測(cè)定對(duì)比情況

4）注水鉆孔布置參數(shù)。根據(jù)以上結(jié)果，4310工作面注水鉆孔采用雙向布置，為避免雙向鉆孔竄孔現(xiàn)象、鉆孔長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為100 m，布孔間距15 m。

5）鉆孔注水情況。注水初始階段，注水流量隨著時(shí)間增加，注水流量增加，注水8～10 h后，周?chē)⑺严讹柡停髁棵黠@降低，注水壓力最大達(dá)到10 MPa。停止注水4 h后，再次進(jìn)行動(dòng)壓注水；注水4 h后，流量再次降低；再次間歇2 h后，再次采用脈沖動(dòng)壓注水，水流量極低、注水達(dá)到飽和。

3 注水效果考察

3.1 煤層含水率變化情況

通過(guò)注水，煤層水分平均增加了增加了66.06%，注水后煤體水分平均4.06%，新增水分平均為1.61%。

3.2 降塵效果前后對(duì)比

采用高壓脈動(dòng)注水后，全塵平均降塵率為52.91%，呼吸性粉塵平均降塵率為53.71%，降塵效果較為明顯，極大的改善了工作面工作環(huán)境，注水前后粉塵測(cè)定對(duì)比，如表3所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）高壓脈動(dòng)注水可以有效提高煤體的含水量、充分濕潤(rùn)煤體，是降低采煤工作面粉塵濃度的有效方式。

2）對(duì)長(zhǎng)平礦厚煤層大采高工作面來(lái)說(shuō)，采用高壓脈動(dòng)注水的降塵方式較為有效，注水孔間距應(yīng)控制在15～25 m之間。

參考文獻(xiàn)：

[1]王俊峰，袁東升，冉松河，等.大采高、松軟突出煤層綜采工作面的粉塵綜合防治[J].科技研究，2010（12）：35-37.

[2]王煒．高瓦斯礦井綜采工作面粉塵防治技術(shù)探討[J].煤炭工程，2009(6)：52-54．

[3]程衛(wèi)民，劉偉.煤礦采掘工作面粉塵防治技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（4）：77-81．

[4]王開(kāi)松，李武．煤炭科學(xué)技術(shù)[J].綜采工作面的煤塵綜合防治，2005，33(1)：48-50.

[5]梁彤．綜采工作面噴霧除塵技術(shù)研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2003.

High-pressure Pulsating Water Injection with Long Drilling on Large-mining-height Working Face

XIN Xianyao
(Jincheng Anthracite Mining Group,Jincheng 048006,China)

High mechanized degree and mining intensity of large-mining-height working face cause serious rib spalling and caving,large ventilation distribution quantity,high air speed,and severe coal dust diffusion.To control the dust,high-pressure pulsating water injection with long drilling technology was used in Changping mine.According to the field condition in the mine,the high-pressure pulsating water injection experiment was conducted.Finally,a suitable water injection method was chosen for the large-mining-height mining on thick seam in Changping mine.

high-pressure pulsating water injection;wetting radius;porosity percentage;water content

TD714.4

A

1672-5050（2015）03-0050-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.018

（編輯：武曉平）

2015-04-07

辛憲耀（1974-），男，山西介休人，碩士，工程師，從事礦井“一通三防”技術(shù)管理工作。