大采高工作面長鉆孔高壓脈動注水技術研究

辛憲耀

（晉城無煙煤礦業集團有限責任公司，山西晉城 048006）

大采高工作面長鉆孔高壓脈動注水技術研究

辛憲耀

（晉城無煙煤礦業集團有限責任公司，山西晉城 048006）

大采高綜采工作面機械化程度高、開采強度大，在煤層開采過程中片幫垮落較嚴重，采煤工作面配風量大，風速較高，工作面粉塵擴散嚴重。為從根本上解決大采高工作面的粉塵，長平煤礦采用了大采高工作面長鉆孔高壓脈動注水技術。根據井下現場實際條件對高壓脈動注水方式進行了試驗與研究，最終選擇適合長平礦厚煤層大采高工作面的煤層注水方式。

高壓脈動注水；濕潤半徑；孔隙率；含水率

1 概況

大采高工作面在割煤、移架過程中會產生大量煤塵，盡管采用二次負壓除塵、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、降低設備的使用壽命，而且可能引發煤塵爆炸，給工人的生命健康和國家的財產造成極大的損失。煤層注水是解決采煤工作面煤塵問題最有效手段，但目前通常采用的長孔、短孔的動、靜壓注水根據各工作面長度、煤層厚度以及煤體孔隙率的不同，效果也不相同，但相對來說，高壓脈動注水效果顯著[1]。

1.1 煤層注水降塵機理

通過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微裂隙和孔隙之中，可以起到以下作用：a.將煤體提前濕潤，使其失去飛揚的能力，從而減小日后開采過程中煤塵飛揚的情況。b.將部分更細小的煤塵顆粒提前水分子包裹起來，預防看不見的浮游煤塵的產生。c.大量的注水可以改變煤體結構，使煤體脆性減弱、塑性增強，從而減少了采動時的產塵量。高壓脈動注水通過利用高壓水對煤體產生類似間斷性沖擊波的沖擊作用，有利于增加注水量、擴大濕潤半徑，進而提升注水效果[2-5]。

1.2 工作面基本概況

4311 采面位于長平煤礦四盤區北翼,工作面采用“兩進兩回”通風系統，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 高壓脈動注水工藝

2.1 注水孔封孔工藝

采用型號為ZF-A76，外徑94 mm的封孔器進行封孔，膨脹范圍115～130 mm。封孔器長度分兩種，封孔深度為8～10 m。注水封孔器，見圖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。根據國內外經驗及現場實測整理出一個開采深度與注水壓力的經驗公式，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，型號如表1所示。

表1 2BZ-40/12型脈沖式煤層注水泵參數表

3）濕潤半徑確定。a.實驗孔布置。通過在工作面施工實驗鉆孔測試濕潤半徑，鉆孔布置見圖2。b.測試孔情況。經過對注水孔48 h連續高壓脈動注水，脈動注水出水情況統計表，如表2所示。

圖2 動壓注水濕潤半徑布置圖

表2 脈動注水出水情況統計表

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

表3 注水前后粉塵測定對比情況

4）注水鉆孔布置參數。根據以上結果，4310工作面注水鉆孔采用雙向布置，為避免雙向鉆孔竄孔現象、鉆孔長度設計為100 m，布孔間距15 m。

5）鉆孔注水情況。注水初始階段，注水流量隨著時間增加，注水流量增加，注水8～10 h后，周圍注水裂隙飽和，流量明顯降低，注水壓力最大達到10 MPa。停止注水4 h后，再次進行動壓注水；注水4 h后，流量再次降低；再次間歇2 h后，再次采用脈沖動壓注水，水流量極低、注水達到飽和。

3 注水效果考察

3.1 煤層含水率變化情況

通過注水，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 降塵效果前后對比

采用高壓脈動注水后，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境，注水前后粉塵測定對比，如表3所示。

4 結束語

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

2）對長平礦厚煤層大采高工作面來說，采用高壓脈動注水的降塵方式較為有效，注水孔間距應控制在15～25 m之間。

參考文獻：

[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探討[J].煤炭工程，2009(6)：52-54．

[3]程衛民，劉偉.煤礦采掘工作面粉塵防治技術及其發展趨勢[J].山東科技大學學報，2010，29（4）：77-81．

[4]王開松，李武．煤炭科學技術[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研究[D].北京：北京科技大學，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”技術管理工作。