云岡礦綜采工作面煤層注水技術(shù)實(shí)踐

昝　平

(大同煤礦集團(tuán) 云岡礦，山西　大同　037017)

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云岡礦綜采工作面煤層注水技術(shù)實(shí)踐

昝平

(大同煤礦集團(tuán) 云岡礦，山西大同037017)

摘要以同煤集團(tuán)云岡礦8415工作面地質(zhì)參數(shù)為背景條件，在分析了采用煤層注水必要性的基礎(chǔ)上，經(jīng)計(jì)算得出該工作面煤層注水方案及相關(guān)參數(shù)，并對該方案在實(shí)踐操作中的注意事項(xiàng)進(jìn)行說明。該方案的實(shí)施不僅使得8415工作面環(huán)境得到改善，提前治理了煤層內(nèi)賦存的瓦斯，達(dá)到了安全生產(chǎn)的目的。該方案對類似條件下工作面煤層注水技術(shù)提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞綜采工作面；煤層注水；機(jī)理；方案；實(shí)踐

1工作面概況

同煤集團(tuán)云岡礦8#層404盤區(qū)8415工作面為薄煤層綜采工作面，工作面設(shè)計(jì)傾向長126 m，走向長1 152 m，可采走向長1 052 m，煤層厚度1.26～1.78 m，平均厚度為1.49 m，傾角3°，可采儲量26.21萬t. 工作面采用傾向長壁采空區(qū)頂板全部垮落法開采，一次采全高，工作面回采率為95%. 煤吸氧量為0.86 cm3/g，煤層自燃傾向性等級為Ⅰ級，自燃傾向性性質(zhì)為容易自燃，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量為55%，煤塵有爆炸性，煤塵云最大爆炸壓力為0.68 MPa，最大壓力上升速率為38.13 MPa/s，爆炸下限濃度為20 g/m3，最低著火溫度為630℃，煤塵層最低著火溫度為240 ℃.煤層發(fā)火期為11個(gè)月。直接頂為粉細(xì)砂巖互層，直接底為粗中細(xì)粒砂巖。工作面煤層含水量1.47%～1.62%，未達(dá)到規(guī)程規(guī)定的4%，需要采取煤體注水。

工作面為兩巷布置，2415巷為機(jī)軌合一巷，規(guī)格為掘?qū)?.2 m×掘高2.45 m；5415巷為運(yùn)料兼回風(fēng)巷，規(guī)格為掘?qū)?.2 m×掘高2.45 m，兩條巷道內(nèi)各鋪設(shè)有兩趟2英寸和一趟4英寸水管。

1) 工作面通風(fēng)情況。

工作面采用一進(jìn)一回通風(fēng)，計(jì)劃配風(fēng)量為600 m3/min，實(shí)際配風(fēng)量>600 m3/min.

2) 工作面瓦斯情況。

根據(jù)8415兩巷掘進(jìn)期間的瓦斯涌出統(tǒng)計(jì)，8415工作面瓦斯涌出量預(yù)計(jì)可超過0.46 m3/min.

3) 工作面防塵情況。

防塵工作主要以煤體注水為主，工作面及兩巷也安裝了一些輔助防塵設(shè)施(轉(zhuǎn)載機(jī)灑水、運(yùn)輸機(jī)灑水、皮帶頭灑水以及凈化水幕等)，包括采煤機(jī)組內(nèi)外噴霧、支架架間噴霧、沖洗等設(shè)施，但由于該工作面內(nèi)水壓不足，因此，實(shí)際工作中工作面及兩巷煤塵防治工作難度較大。

2煤層注水的必要性

1) 治理煤塵。

煤體注水是從源頭治理回采工作面煤塵的一種最為有效的措施。一方面，可以起到根治煤塵即防止發(fā)生煤塵事故的目的；另一方面，又可以起到改善工作面作業(yè)環(huán)境的作用，從而保證作業(yè)人員身心健康，減少塵肺病的發(fā)生，是防治粉塵危害的一項(xiàng)重要措施。

2) 軟化煤層。

通過煤體注水使煤體內(nèi)部裂隙增多、裂隙面增大，達(dá)到軟化煤層的目的。軟化后的煤層開采過程中較易截割，不僅可以減少采煤機(jī)截齒的磨損，對采煤機(jī)其他設(shè)備(如截割軸、截割電機(jī)以及牽引電機(jī)等)也起到了保護(hù)作用，最終達(dá)到提高割煤效率，完成安全高效生產(chǎn)的目的。

3) 治理瓦斯。

煤層注水治理瓦斯的機(jī)理：在注水過程中，水是沿煤層面的注水鉆孔以一定壓力被壓入煤體的，水進(jìn)入煤體后在壓力作用下向各個(gè)方向流動，水流動的過程也可以看作是由注水鉆孔附近向周圍煤層推進(jìn)而驅(qū)氣并占領(lǐng)被驅(qū)氣體所存在的空間的過程。因此，煤層注水在一定程度上可以達(dá)到提前治理煤層內(nèi)賦存的瓦斯的目的。

3煤層注水方案

3.1注水方法

注水方法為靜壓注水。以8415工作面煤層注水的參數(shù)(孔隙率、透水性等)為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際條件，進(jìn)行靜壓注水。

3.2注水壓力

為提高注水壓力，建議8415煤層注水源取南翼水倉水源。

靜壓水壓力計(jì)算：

P=ρ·g·H·(1-ε)

式中：

P—注水壓力，Pa；

ρ—水密度，kg/m3，取1.0×103；

g─重力加速度，m/s2，取9.8；

H─副井地面標(biāo)高與8#層404盤區(qū)8415工作面高差，m，取287；

ε─管網(wǎng)壓力損失，按15%計(jì)；

經(jīng)計(jì)算：P=2 390 710 Pa=2.4 MPa

3.3鉆孔布置

為減少施工工序，煤層注水鉆孔在5415回風(fēng)運(yùn)料巷打孔，具體參數(shù)為：

1) 鉆孔長度：110 m.

2) 注水鉆孔間距：15 m.

3) 鉆孔角度：垂直于煤壁、水平0°角。

4) 鉆孔直徑：62 mm.

3.4注水量

注水量是影響煤體濕潤狀態(tài)和防塵效果的主要因素。單孔注水量可按下列方法計(jì)算：

Q=k·M·B·L·ρ·q

式中：

Q─單孔注水量，m3；

k─鉆孔前方煤體濕潤系數(shù)，1.1～1.3；取1.1；

M─煤層開采厚度，m，取1.49；

B─鉆孔間距，m，取15；

L─鉆孔長度，m，取110；

ρ─煤的密度，t/m3，取1.3；

q─噸煤注水量，m3/t，應(yīng)為0.02～0.04，取0.02.

經(jīng)計(jì)算：Q=70.31 m3

3.5注水時(shí)間

式中：

T─注水時(shí)間，h；

Q─單孔注水量，m3，取70.31；

q─單孔注水流量，m3/h，取0.8.

計(jì)算得：T=87.9 h≈4天

因該礦采用靜壓注水系統(tǒng)，注水壓力只有2.4 MPa，屬于低壓注水，故注水時(shí)間較長，按鉆孔注水時(shí)間4天考慮，如能充分濕潤煤體或煤體水分達(dá)到4%，要停止該循環(huán)鉆孔注水，進(jìn)入下一循環(huán)注水。反之，如不能充分濕潤煤體，注水時(shí)間可適當(dāng)延長。

3.6一次性注水鉆孔數(shù)量

式中：

T─注水時(shí)間，h，取87.9；

V─工作面每天回采速度，m，取4.8；

B─鉆孔間距，m，取15.

經(jīng)計(jì)算，N=1.17≈2.

可見，工作面內(nèi)同時(shí)注水鉆孔數(shù)量不得小于2個(gè)，即5415回風(fēng)運(yùn)料巷同時(shí)注水鉆孔數(shù)量為2個(gè)，注水鉆孔長度為110 m，達(dá)到4天后進(jìn)行下一輪循環(huán)，依次進(jìn)行下一循環(huán)注水。一次性注水140.62 m3.整個(gè)工作面施工注水鉆孔70個(gè)，預(yù)計(jì)完成注水量共計(jì)4 921.7 m3.

3.7注水超前工作面距離

式中：

L超─注水超前工作面距離，m；

L停─停止注水時(shí)鉆孔距工作面距離，m，應(yīng)為6～20,取20；

經(jīng)計(jì)算，L超=37.6≈38,即注水位置應(yīng)超前工作面開采距離38 m以上。

4煤層注水說明

1) 該工作面注水使用KHYD75DIA型鉆機(jī)1臺，高壓膠管封孔器與木楔封孔器各3個(gè)，壓力表1個(gè)，DC-4.5/20流量表3個(gè)，三通3個(gè)，與主管連接的軟管60 m.

2) 煤層注水必須超前38 m，即2個(gè)循環(huán)，以保證煤體注水預(yù)定的時(shí)間。達(dá)到注水效果。

3) 煤體注水與工作面推進(jìn)速度以及煤體注水時(shí)間。按各自時(shí)間要求排出煤體注水的循環(huán)圖表，在已滿足工作面正常推進(jìn)速度為前提下，按規(guī)定循環(huán)圖表相應(yīng)進(jìn)行煤體注水，即：實(shí)現(xiàn)一個(gè)正規(guī)循環(huán)的工序?yàn)椋捍蜃⑺@孔→煤層注水→采煤。

4) 注水時(shí)必須安裝壓力表和流量表并做好注水記錄。

5) 注水期間，需觀察注水情況，并做好記錄，把濕潤范圍內(nèi)煤壁出現(xiàn)均勻的“出汗”滲水作為控制注水時(shí)間的依據(jù)。

6) 封孔時(shí)，為保證注水效果，要求用高壓膠管將鉆孔封死，以防注入的水從孔內(nèi)流出影響注水效果。

8415工作面采用以上注水方案后，實(shí)際開采過程中，當(dāng)采至第二個(gè)注水循環(huán)位置時(shí)，工作面煤體開始逐漸變軟，截割逐漸容易且采煤機(jī)截齒更換數(shù)量也明顯較少。除此之外，對煤塵工作面影響程度比早期開采時(shí)減輕，使工作面推進(jìn)速度逐漸加快。實(shí)踐證明，該注水方案在8415工作面取得了較好的效果。

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·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

(E-mail)zanping198@163.com

Practice for Coal Seam Water Infusion Technology of

Fully Mechanized Mining Face in Yungang Coal Mine

ZAN Ping

AbstractTakes the geological conditions of 8415 face in Yungang coal mine of Datong coal mine group as the background. Based on analyzing the necessity of using coal seam infusion, by the calculation, given the coal seam water injection solutions and related parameters and explained the precautions in practical operation of the program. Implementation of the pogram not only makes 8415 face to improve the environment, but also controls gas occurrence in coal seam in advance, achieves the purpose of safe production. The program has a certain reference value for coal seam water injection technology under similar conditions.

Key wordsFully mechanized working face; Coal seam water injection; Mechanism; Scheme; Practice

中圖分類號：TD713+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)05-0026-03

作者簡介：昝平(1970—)，男，山西大同人，1994年畢業(yè)于大同煤炭工業(yè)學(xué)校，工程師，主要從事礦井通風(fēng)管理工作

收稿日期：2014-03-19