煤層注水的應用和研究

李玉璽

摘要： 煤層注水具體怎樣操作，注水后的效果分析和研究對我們煤礦的安全生產具有重要的現實意義。

Abstract： The concrete operation of the coal seam water injection， the effect analysis and the research of water injection have important practical significance to coal mine safety production.

關鍵詞： 注水；降塵；瓦斯

Key words： water flooding；fallen dust；gas

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0111-03

0 引言

現在煤礦在生產中大多采取對煤層注水，但在具體的操作中煤層注水究竟有什么作用，對我們煤礦的安全生產有什么作用，在實際操作中怎樣對煤體進行注水，以及注水后的效果都需要我們進行研究。

耿村煤礦13210工作面煤質具有有自然發火傾向，自然發火期為一個月，最短僅為7天。在實際生產中，我們采用下文中的方法進行煤體注水。

1 煤體注水

工作面深孔注水鉆孔參數選擇：

①在上巷每隔30m施工一個鉆場，每個鉆場施工6個注水孔，分上下兩排：

上排注水孔距底板1.5m，中間一個注水孔位于打鉆幫中間，鉆孔坡度-1°，長度不低于70m，兩側的注水孔與中間鉆孔相距1.5m，鉆孔坡度-1°，終孔相距10m，長度71m，夾角8°，兩鉆場相鄰鉆孔終孔位置相距10m。

下排注水孔距底板0.8m，中間一個注水孔位于打鉆幫中間，鉆孔坡度方向與切眼坡度一致，長度93m。兩側的注水孔與中間鉆孔相距1.5m，長度94m，夾角8°，鉆孔坡度方向下栽，與切眼坡度（8-12°）一致，兩鉆場相鄰鉆孔終孔位置相距10m。

在下巷每隔30m施工一個注水鉆場，每個鉆場內施工6個注水孔，分上下兩排：

上排注水孔距底板1.5m，中間一個注水孔位于打鉆幫中間，鉆孔坡度25°，不低于長度70m，兩側的注水孔與中間鉆孔相距1.5m，鉆孔坡度25°，終孔相距10m，長度71m，夾角8°，兩鉆場相鄰鉆孔終孔位置相距10m。

下排注水孔距底板0.8m，中間一個注水孔位于打鉆幫中間，鉆孔坡度方向與切眼坡度一致，長度110m。兩側的注水孔與中間鉆孔相距1.5m，長度111m，夾角8°，鉆孔坡度方向上抬，與切眼坡度（8-12°）一致，兩鉆場相鄰鉆孔終孔位置相距10m。鉆場鉆孔示意圖見圖1。

②鉆孔施工：采用ZDY1200s鉆機施工鉆孔，鉆孔直徑75mm。

③注水壓力：注水壓力不小于12MPa。

④鉆孔施工完成后由通風區負責封孔，施工區隊進行高壓注水，注水泵壓力不得小于12MPa，注水完成后，由服務區隊將注水孔連接至清水管，進行靜壓注水。

⑤鉆孔施工及高壓注水由掘進隊負責，且保證連管注水的鉆孔距窩面不得超過50m。

⑥單孔注水量：Q=K·h·lj·lz·q·γ

式中各參數代表含義如表1。

則：Q上巷下排中孔=365t，Q上巷下排側孔=367t，Q上巷上排中孔=282t，Q上巷上排側孔=285t

Q下巷下排中孔=409t，Q下巷下排側孔=411t，Q下巷上排中孔=304t，Q下巷上排側孔=307t

⑦注水時間：

t上巷下排中孔=Q/qd=15天，t上巷下排側孔=Q/qd=15天，t上巷上排中孔=Q/qd=11天，t上巷上排側孔=Q/qd=11天

t下巷下排中孔=Q/qd=17天，t下巷下排側孔=Q/qd=17天，t下巷上排中孔=Q/qd=12天，t下巷上排側孔=Q/qd=12天

⑧采用水泥砂漿封孔，封孔長度不小于15m。

⑨注水標準：單孔注水量不少于設計注水量，注水時隨時觀察煤壁，當發現煤壁滲水或注水壓力降至原壓力的1/3時，方可停止注水。

⑩上下巷每30m施工一個鉆場，在上下巷服務的區隊負責對鉆場內的注水孔進行施工。

2 淺孔注水

2.1 掘進期間：

注水孔參數選擇：

①窩面注水方式：煤壁淺孔注水。

②鉆孔施工：采用ZDY-120S鉆機或風鉆，鉆孔直徑75mm。

③注水壓力：注水壓力不小于12MPa。

④掘進隊利用每天檢修班，在掘進頭煤壁施工注水鉆孔5個，兩幫4個孔（1、2、4、5）上下兩排分布呈扇形施工，偏角20度孔深12m，中間一個3#孔垂直煤墻，孔深12m。掘進頭煤壁淺孔注水示意圖見下圖2。

⑤單孔注水量：Q=K·h·lj·lz·q·γ

式中各參數代表含義如表2。

則： Q=12.8噸

⑥注水時間：t =Q/qd=2.5h

⑦采用ZFA-45橡膠封孔器，封孔段長度不小于2m。

⑧注水標準：單孔注水量不少于設計注水量，注水時隨時觀察煤壁，當發現煤壁滲水或注水壓力降至原壓力的1/3時，方可停止注水。最后施工的一個注水孔，注水時間不低于3小時，只有注水工作完成后，工作面才可以生產。

2.2 回采期間

注水孔參數選擇：

①工作面注水方式：煤壁淺孔注水。

②鉆孔施工：采用ZDY-120S鉆機或風鉆，鉆孔直徑75mm。

③注水壓力：注水壓力不小于12MPa。

④采煤隊利用每天檢修班，在工作面煤壁施工注水鉆孔，每個注水孔深8m，坡度+5°。注水孔距底板1m，工作面最下部鉆孔從第15架（包括下巷端頭支架）向上開始施工，最上部鉆孔距從第15架（包括上巷端頭支架）開始施工，每隔4架施工一個注水孔。第二日施工鉆孔錯開前一日鉆孔1m，依次循環交替施工。工作面煤壁注水死意圖見圖3。

⑤單孔注水量：Q=K·h·lj·lz·q·γ

式中各參數代表含義如表3。

則：Q=13噸。

⑥注水時間：t=Q/qd=3h

⑦采用ZFA-45橡膠封孔器，封孔段長度不小于2m。

⑧注水標準：單孔注水量不少于設計注水量，注水時隨時觀察煤壁，當發現煤壁滲水或注水壓力降至原壓力的1/3時，方可停止注水。最后施工的一個注水孔，注水時間不低于3小時，只有注水工作完成后，工作面才可以生產。

3 注水效果

采用以上方法對煤體進行注水后，經過和未注水時工作面的煤塵、瓦斯、防火與降溫等方面的研究及對比分析后，發現煤體注水具有以下效果。

3.1 防塵

回采工作面最有效的防塵措施是煤層注水，其作用主要體現在以下方面：

①通過濕潤煤體內的原生煤塵，可使其無法飛揚；

②把煤體的各個細小部分都包裹住了，如此即使出現煤體破碎的情況，也不會導致細粒煤塵的飛揚；

③煤體濕潤后其塑形會增強，脆性會減弱。

3.2 預防煤與瓦斯突出

有資料顯示，當煤體注水濕潤后，其力學性質會被改變，增大其塑形，減小其彈性和強度，在這種情況下，巷道前方的壓力分布發生變化，即高壓力向煤體深部轉移，壓力集中系數減小。不僅如此，濕潤煤體后，煤體的透氣性也會降低，阻礙效應會增大等。上述種種因素表明，注水濕潤煤體，可消除或降低煤層的突出危險。

3.3 減小工作面回風流中的瓦斯濃度

煤體注水不僅具有防塵/預防煤與瓦斯突出等作用，還具有減小工作面回風流中的瓦斯濃度的作用，究其原因發現：①濕潤煤體中的水分對瓦斯的運動起阻礙作用，減小了工作面回風流中的瓦斯濃度。②打孔破壞了煤體內原有的煤-瓦斯體系的平衡，注水前后則形成了新的煤-瓦斯-水三相體系，體系的這些變化都會導致瓦斯的涌出。

3.4 防治沖擊地壓

煤層注水后可改變煤體的物理力學性質，促使煤體塑性變形區增加，如此可有效降低煤體的應力集中程度，防治沖擊地壓。

3.5 防火與降溫

由于通過向煤體注水，會增大煤體的熱容量和導熱系數，因此在實際的開采過程中為了避免煤體的溫度升高，造成火災事故，通常都會在放頂后采取向采空區注水等有效措施，用于防火，效果明顯，尤其是頂板為泥質巖石時，其效果更加顯著。向煤體注水可起到防火作用的原因是注水后可抑制煤體采空區的浮煤氧化，減少火災發生的可能性。該法在實踐中也取得了很好的效果，比如徐州大黃山礦/陜西崔家溝礦等。同時，通過向煤體注入溫度較低的冷水，可有效降低高溫工作面，具有良好的降溫作用。

4 結論

我礦采用工作面深孔注水和淺孔注水后，工作面的煤塵由原來的平均濃度為8.5mg/m3，降為現在的3.6mg/m3。工作面回風流的瓦斯濃度也有所降低，特別是在防滅火方面，作用尤為明顯，在13210工作面回采期間沒有發現一氧化碳氣體的存在。

參考文獻：

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