淺談煤層長(zhǎng)鉆孔注水對(duì)治理綜采工作面災(zāi)害的重要作用

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摘 ?要：本文系統(tǒng)分析了煤層長(zhǎng)鉆孔注水的鉆孔布置、封孔和注水參數(shù)的合理確定方法，并結(jié)合研究項(xiàng)目論述了煤層注水對(duì)防塵、防治沖擊地壓、防火、降溫及對(duì)放頂煤開(kāi)采提高回采率和產(chǎn)量的重要作用。

關(guān)鍵詞：煤層長(zhǎng)鉆孔注水;安全;防塵;放頂煤;回收率;災(zāi)害治理

一、煤層注水鉆孔布置及鉆孔參數(shù)

（一）鉆孔布置。根據(jù)煤層的滲透特性，煤層的厚度，工作面長(zhǎng)度及巷道布置等. 注水鉆孔采用單向或雙向布置方式。單向鉆孔長(zhǎng)度比采煤工作面長(zhǎng)度短20～40m，雙向鉆孔長(zhǎng)度比1/2工作面長(zhǎng)度短5-8m，封孔長(zhǎng)度大于10m，并應(yīng)保證注水過(guò)程中煤壁不漏水、不跑水;工作面投產(chǎn)前1個(gè)月必須施工完第一個(gè)注水孔，并進(jìn)行超前動(dòng)壓注水。第一個(gè)注水孔位置要設(shè)置在超前工作面距離15米處，鉆孔孔距按20m設(shè)計(jì)（遇斷層時(shí)可進(jìn)行調(diào)整），隨工作面推進(jìn)，超前施工注水孔，打鉆位置要選在工作面超前壓力影響外。當(dāng)鉆孔進(jìn)入工作面超前動(dòng)壓影響明顯范圍內(nèi)，可進(jìn)行二次靜壓補(bǔ)水，靜壓注水孔距離工作面3-5m內(nèi)方可不再注水。單孔注水量應(yīng)使該鉆孔預(yù)濕煤體的平均含水分大于4%。距工作面最近的鉆孔開(kāi)始注水時(shí)超前工作面回采距離不得小于月推進(jìn)度，超前時(shí)間不得小于1個(gè)月。在實(shí)際注水中，可根據(jù)具體條件進(jìn)行選擇。

（二）封孔。采用注漿封孔工藝，封孔長(zhǎng)度必須大于卸壓孔深度，并且封孔長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)巷幫煤體的破碎帶，深度不小于15m，封嚴(yán)、封實(shí)，確保注水過(guò)程中煤壁不漏水、不跑水，在防沖卸壓重點(diǎn)影響地段需要增大封孔長(zhǎng)度或調(diào)整超前注水時(shí)間。

封孔時(shí)，下入Φ25mm鋼管，將鋼管前端接上一個(gè)接箍，纏上棉紗（或大麻）后插入孔內(nèi)，鐵管露出孔壁10～15cm，然后將孔口鐵管與鉆孔之間進(jìn)行封堵，然后用0.5：1的水：水泥濃度的漿液進(jìn)行注漿封孔，使用注漿泵向孔內(nèi)注漿，待注漿泵起壓（1Mpa以上）孔口有泥漿滲出時(shí)，停止輸漿。

（三）煤層注水參數(shù)。（1）根據(jù)公式Q=K·M·lj·l·ρ·δ計(jì)算單孔注水量。式中：Q——單孔注水量，m3;k——鉆孔前方煤體濕潤(rùn)系數(shù)，取1.1～1.3;M——煤層厚度，m;lj——鉆孔間距，m;l——鉆孔長(zhǎng)度，m;ρ——煤的密度，t/m3;δ——噸煤注水量，

m3/t，取0.02～0.04m3/t。（2）注水方式及注水壓力、流量。動(dòng)壓采用3ZSB-158/18型高壓注水泵對(duì)煤體實(shí)行高壓注水，多孔并聯(lián)式注水，每次注3孔，動(dòng)壓注水時(shí)泵工作壓力8～16MPa，單孔注水流量達(dá)到0.3-2.Om3/h;動(dòng)壓注水結(jié)束后，采用靜壓進(jìn)行補(bǔ)水，靜壓補(bǔ)水時(shí)管網(wǎng)壓力2.0～4.0MPa。靜壓補(bǔ)水時(shí)可不控制單孔注水流量。

二、煤層注水對(duì)各種災(zāi)害的治理效果分析

（一）煤層注水防治沖擊地壓。煤層注水是一種防治沖擊地壓的非常有效的措施，它通過(guò)高壓水沖擊入煤體的層理、節(jié)理中，使煤體逐漸龜裂，產(chǎn)生較大裂隙，破壞煤體的整體性，使煤體脆性減弱，塑性增強(qiáng)，從而改變了煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，使煤體失去了沖擊傾向性。

（1）某礦注水前后沖擊性分析。煤體在受力時(shí)聚積彈性能并產(chǎn)生沖擊式破壞的能力是煤巖介質(zhì)的固有屬性，稱(chēng)為沖擊傾向。煤層產(chǎn)生沖擊地壓主要與煤層地質(zhì)，頂?shù)装鍡l件，開(kāi)采方法，煤的強(qiáng)度，彈性，內(nèi)聚力內(nèi)摩擦角等有關(guān)系。若煤的強(qiáng)度、彈性、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角等較小，而破壞過(guò)程較緩慢，塑性大，其沖擊傾向就小。而煤層注水濕潤(rùn)煤體后，就可以降低強(qiáng)度，內(nèi)摩擦角等，使煤體顯著塑化，從而降低其沖擊傾向。（2）效果分析。通過(guò)上述測(cè)試數(shù)據(jù)表明，煤的彈性模量降低44.8%，C（單軸抗壓強(qiáng)度）、列內(nèi)摩擦角）值分別降低11.2%和70.6%。煤層注水后既降低了煤體的應(yīng)力集中程度，又?jǐn)U大了煤壁前方應(yīng)力降低區(qū)的寬度，從而增加了低抗破壞的側(cè)向阻力，另外上覆巖層在未開(kāi)采前與煤體是同一力學(xué)體系，兩者相互制約又相互作用。上覆巖層應(yīng)力分布特性對(duì)沖擊地壓起著非常重要的作用。煤層注水后，可使巖層中應(yīng)力集中峰值向深部移動(dòng)，分布范圍加大，峰值降低，因此工作面附近一定范圍內(nèi)的應(yīng)力下降，這種變化使頂板斷裂位置向煤壁前方轉(zhuǎn)移，降低了周期來(lái)壓對(duì)工作面煤壁的影響，減少了頂板來(lái)壓誘發(fā)沖擊地壓的可能性。此外，煤層注水軟化煤體后，使煤體的能量釋放速度顯著下降，破壞形式趨于緩慢，顯著改善了煤體破壞時(shí)能量釋放的穩(wěn)定性。通過(guò)測(cè)試表明，煤體強(qiáng)度下降與注水時(shí)間呈負(fù)指數(shù)關(guān)系，因此采用長(zhǎng)時(shí)間小流量注水，宜于降低煤體強(qiáng)度。綜上所述，煤層注水軟化煤體，可以降低煤體的物理力學(xué)性質(zhì)增大其塑性，減少或防止沖擊地壓的危害。

（二）煤層注水防塵。（1）煤層注水水分增加效果。煤層注水降低粉塵濃度，主要與煤體的水分含量、注水后水分增量和濕潤(rùn)均勻程度有關(guān)系。某礦放頂煤工作面，采用單向鉆孔布置方式，動(dòng)、靜壓注水相結(jié)合，一臺(tái)泵同時(shí)注三孔。該工作面煤層注水的效果非常理想。在原始水分為3.914%這樣高的情況下，還平均使水分增加了1.202%，達(dá)5.116%，最高達(dá)7.72%。并且濕潤(rùn)較均勻，因而取得了較好的防塵效果。（2）煤層注水對(duì)放頂煤工作面各主要塵源的降塵效果。在注水鉆孔左右10m范圍內(nèi)天天采樣，以考察煤層注水對(duì)各主要塵源的降塵效果。該工作面煤層注水取得了很好的降塵效果。采煤機(jī)司機(jī)處，順風(fēng)、逆風(fēng)割煤時(shí)的降塵率分別達(dá)83%和69%;采煤機(jī)下風(fēng)流10m處，順風(fēng)、逆風(fēng)割煤降塵率分別為88%和85%;放煤工處為27%;放媒口下風(fēng)流10m處為31%。因此搞好煤層注水，對(duì)降低工作面粉塵濃度，減少其污染是非常重要的。

（三）煤層注水防火與降溫。上述某礦在煤層注水中，加入了防火阻化劑，使發(fā)火周期由原來(lái)的3一6個(gè)月，增加到5一8個(gè)月，工作面平均月推進(jìn)在50m以上，5個(gè)月后推進(jìn)了250m以上，工作面遠(yuǎn)離發(fā)火源，使其沒(méi)有足夠的氧氣供給而不能夠充分憔燒發(fā)生火災(zāi)，解決了火害問(wèn)題，注水后溫度由原來(lái)的平均28度左右，下降到平均25.3度，改善了勞動(dòng)條件。

（四）煤層注水提高頂煤放煤效果。在放頂煤開(kāi)采中，如果煤層比較硬，特別是頂煤較硬，在放煤時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多大塊煤，易使放煤口堵塞，從而使回收率和產(chǎn)量降低。而煤層注水后能夠有效地濕潤(rùn)和軟化煤體，煤層注水前，煤層，注水后.其單向抗壓強(qiáng)度，注水前為20MPa，注水后為8.8MPa。注水軟化后的煤體大塊少了，頂煤放出率由注水前的74.8%提高到86.3%，日產(chǎn)也由注水前2900t提高到4700t，工效提高了38.2%，機(jī)組故障和截齒損耗大幅度下降，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也大大減輕。

三、結(jié)論

通過(guò)以上分析得出以下結(jié)論：（1）煤層長(zhǎng)鉆孔注水是防治井下災(zāi)害的綜合性措施。能夠降低煤的硬度，軟化煤體，降低切割和破碎能量，降低采煤機(jī)截齒的消耗，提高生產(chǎn)效率，減小設(shè)備的損耗，提高工效及工作面產(chǎn)量與回采率，是非常有效的措施。（2）工作面長(zhǎng)鉆孔煤層注水，注水效果和降塵效果非常顯著，降塵率在80%以上，提高了工作面回風(fēng)流的質(zhì)量，使工作面的環(huán)境和勞動(dòng)衛(wèi)生條件得到極大的改善。（3）煤層注水效果的關(guān)鍵在于注水孔的布置、注水孔的深度、注水時(shí)間，所以應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，借鑒先進(jìn)單位的經(jīng)驗(yàn)，提高煤層注水的效果。堅(jiān)持注水是關(guān)鍵，要從根源上降低煤塵還一線(xiàn)職工一個(gè)優(yōu)越的環(huán)境。（4）煤層注水（加入阻化劑）可以使自然發(fā)火周期增大，避免火災(zāi)的危害，還可降低溫度，改善勞動(dòng)條件。（5）煤層注水軟化頂煤，可提高回采率，工效和產(chǎn)量，減少能耗，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。總之，煤層注水是防治井下災(zāi)害，保證礦井和工人安全的綜合性措施，其推廣應(yīng)用可有效地降低煤礦井下采煤工作面的災(zāi)害事故，改善環(huán)境，提高工效，促進(jìn)安全生產(chǎn)。