淺析工作面煤層注水降塵設計與施工措施

周華榮

(山西省陽泉市南莊煤炭集團有限責任公司，山西 陽泉 045000)

0 引言

煤塵治理是煤礦職業病防護的重要內容。煤層注水可有效降低采掘工作面煤塵，配合除塵設備，可以使工作面環境達標，保護礦工作業環境安全。

1 工作面概況

工作面位置：4606工作面位于X=92，64～93，61、Y=97，45～97，66之間的區域內，是12#煤六采區一個薄煤層綜采工作面，工作面北部是采區回風巷、運輸巷、運料巷，南部是礦井邊界與平定縣葦池煤礦，西部是為4607工作面，東部為4605工作面。上部的3#、6#煤未采。4606工作面所對應的地面位置位于平定西坡、北溝、里頭溝，地面地形呈東北高、西南低，南部為溝谷,中南部為第四紀黃土覆蓋。蓋山厚度為261～405 m，這是由于地面溝壑較深，侵蝕嚴重而造成的。蓋山厚度最厚405 m，最薄261 m，西南薄，東北厚。

煤層情況：4606工作面所采煤層是石炭系太原組的12#煤層，煤層結構較為穩定，直接頂巖性為黑灰色泥巖、砂泥巖，此類巖性的巖石較脆，特別是遇到地質構造時，受構造應力的影響，頂板會發生破碎，容易發生頂板冒落、片幫等事故，由于目前使用錨索、錨桿、金屬網支護，長期經過風化作用，致使頂板松散、破碎，對巷道的支護造成較大的困難，而且煤層在構造附近更易破碎，容易發生片幫，在回采到構造地段時，要加強兩端頭的支護，必要時要退回一段距離進行補強支護，確保回采到地質構造前、中、后的支護能保證安全生產。老頂為砂巖，堅硬，底板為細砂巖。煤層賦存表現為北偏東向南偏西傾斜，煤層平均厚度為1.41 m，工作面煤層傾角約5°～7°，局部區域煤層受褶皺構造影響發生變化，煤層傾角會增至10°左右，另外局部區域還有缺失煤層夾石層的現象。

工作面巷道布置情況：皮帶巷、運料巷、回風巷均沿12#煤底板布置在煤層中。四巷采用兩進兩回的“U+U”型布置方式，斷面為矩形，其中進風巷作運輸巷，回風巷作運料巷，專用尾巷為抽采巷，4607尾巷作為4606抽采巷的專用配風巷，四巷均沿煤層走向布置。

2 注水降塵設計

2.1 設計依據

根據礦井地質報告，12#煤厚度1.3～1.5 m，平均厚度1.4 m，傾角5°～7°，原煤水分平均1.6%。煤塵無爆炸危險性。

4606綜采工作面3條順槽巷道的斷面均為矩形斷面，錨桿錨索加金屬網鋼帶支護，進風運輸順槽(寬×高)=4.4 m×2.7 m，回風運料順槽(寬×高)=4.4 m×2.7 m，內錯尾巷(寬×高)=3.6 m×2.7 m。

按《煤礦安全規程》的規定，4606回采工作面進風運輸巷和回風運料巷均鋪設有清水、礦井水管路和排水管路。工作面進風運輸巷和回風運料各巷鋪設三趟水管，一趟3吋清水管，一趟2吋防塵灑水管，一趟3吋排水管。

煤礦安全規程第154條規定：采煤工作面應采取煤層注水防塵措施。

2.2 466工作面煤層注水防塵設計

選擇原則：礦井12#煤層頂、底板較穩定，煤層中硬，原煤水分小于4%。根據《煤礦安全規程》的規定，按照如下注水選擇原則，①注水工藝簡單，人員用工盡可能少；②盡量利用現有設備，設備便于操作；③最大限度使煤層濕潤(在生產中可采取把在濕潤范圍內煤壁出現均勻的“出汗”滲水作為煤體已全面濕潤的標志)。

注水孔布置：設計4606工作面分別從正副巷打長壁式鉆孔進行煤層注水防塵方式，①從副巷工作面煤幫距底板1 m處開孔，垂直于巷道幫，沿上傾角延伸，終孔位置為本煤層；②從正巷工作面煤幫距底板1 m處開孔，垂直于巷道幫，沿上傾角延伸，終孔位置為本煤層。

控制范圍：副巷鉆孔水平控制80 m范圍，正巷鉆孔水平控制80 m范圍；正副巷的鉆孔間距均為10 m；正副巷的鉆孔要相對設計，正副巷同一組的兩鉆孔的投影應在同一條直線上。

2.3 鉆孔的施工及注水措施

鉆孔施工：①副巷在距測點06-32點往北10 m處開F-1鉆孔，依次向北布置，鉆孔間距為10 m；副巷的鉆孔采用ZLY-537型鉆機施工，配套1.0 m麻花鉆桿打孔，鉆孔直徑為89 mm，方位角為90°；②正巷在距測點06-37點以北10 m，開Z-1鉆孔，依次向北布置，鉆孔間距為10 m；正巷的鉆孔采用ZLY-537型鉆機施工，配套1.0 m麻花鉆桿打孔，鉆孔直徑為89 mm，方位角為90°；③正巷的鉆孔布置為97個，每個鉆孔為80 m，工程量為7 760 m；副巷的鉆孔布置為97個，每個鉆孔為80 m，工程量為7 760 m，總計15 520 m；④當鉆孔施工中，遇到陷落柱時，施工班班長必須立即向隊部匯報，施工隊向通風區匯報，決定應采取的措施。

鉆孔注水：①注水范圍要比工作面超前50 m；②煤層注水采用礦井水作業，每天每孔注水時間不少于4 h；③注水采用乳化液泵進行注水，注水效果要達到煤體濕潤、煤壁掛汗為止；④注水壓力要保持在8～10 MPa之間；⑤注水期間的各項參數要認真記錄，并填寫在管理牌板上；⑥副巷中的乳化液泵的服務范圍為前后200 m，即每400 m移一次泵；正巷中的乳化液泵可隨著設備列車移動；⑦注水范圍的注水鉆孔，必須每天進行一次注水，直至工作面推進到該鉆孔小于3 m時為止；⑧正巷的鉆孔除了注水的5個鉆孔外，其他打好的鉆孔都要封口與抽放管連接進行瓦斯預抽，不準隨便拆除。

2.4 鉆孔施工及注水期間的具體要求

鉆孔施工安全措施：①鉆孔時嚴格按鉆場煤層注水設計方案進行操作，若出現與設計方案有不相符之處的，須經通風區同意后，方可實施；②施工隊組班組長必須隨時攜帶便攜式報警儀，隨時檢查鉆場及鉆孔附近的瓦斯情況，嚴禁超限作業；③開工前監測隊按標準安設監測監控設施，在鉆孔上、下風流5 m處設置甲烷傳感器，并按規定安裝瓦斯電閉鎖裝置。傳感器要吊掛在正巷東距頂不大于0.3 m，距幫不小于0.2 m的位置。正巷甲烷傳感器報警濃度值≥0.5%、斷電濃度≥0.5%，復電濃度值<0.5%，斷電范圍為工作面及其進回風巷道內全部非本質安全型電氣設備的電源。副巷甲烷傳感器報警濃度值≥1.0%、斷電濃度≥1.0%，復電濃度值<1.0%，斷電范圍為鉆機及其下風流巷道內全部非本質安全型電氣設備的電源；④施工隊組鉆孔施工人員負責監測探頭的移動，并正確懸掛，其標準為距幫不小于200 mm，距頂不小于300 mm；⑤施工隊組施工人員進入鉆場后，首先要檢查施工地點的頂板、支護及瓦斯情況，發現問題及時處理；⑥安裝鉆機時，由班組長根據設計方案要求定好位置，壓戧柱要打牢、打穩，杜絕搖晃和移位，以防機倒傷人；⑦鉆孔角度和位置誤差分別為±1°和±1 m，所有參數未經通風區同意，不得擅自更改；⑧鉆機由取得操作資格證的人員持證上崗，嚴格按照操作規程和技術說明進行操作；⑨各潤滑部件要按規定注油，各液壓管路要正確連接，以防油管崩開傷人；⑩準備就緒后，首先要進行鉆機空載試機，檢查各部件是否靈活可靠，待正常后方可開機鉆孔工作；鉆孔時，要先選擇低速電壓，在隨鉆進情況調節速度和壓力；若在鉆孔過程中出現瓦斯大量涌出時，立即用木楔和棉絲進行封孔，通知本隊值班領導；鉆孔完成后，立即用木楔和棉絲進行封孔工作；班組長、安全員佩帶便攜式瓦檢儀，出現瓦斯超限情況時立即停止打鉆，并及時和瓦斯員聯系進行處理。打鉆期間將其懸掛于鉆孔處下風流前上方，以便對鉆孔涌出的瓦斯進行有效地監控。要加強對儀器的觀察，當瓦斯濃度正巷接近0.5%，副巷接近1.0%時，要立即停止作業，并及時用預先準備好的木楔、棉絲和黃土泥對鉆孔進行臨時封堵，只有待瓦斯濃度降下后，方可繼續作業；所有電器設備擺放整齊且不得出現失爆現象，瓦斯電閉鎖裝備有效可靠；每班要認真填寫《鉆孔記錄本》，要求數據準確，字跡工整、明了。

煤層注水安全措施：①注水前，先檢查注水泵的完好情況；②及時使用封孔器對鉆孔進行封孔，封孔時確保嚴、緊、密，以防注水時壓力大頂出傷人；③正確連接好封孔器管件、儀表，防止水壓大，接口脫開傷人；④注水期間，注水孔前方不得過往行人；⑤注水前，先調節調壓螺母，再打開溢流裝置，待泵運行正常后，調節螺母并觀察壓力表，調壓要均勻、慢速，使壓力保持在8.0～10.0 MPa之間；⑥現場要做好注水記錄，包括注水時間、壓力以及注水量等。

3 結語

南莊公司4606工作面采用煤層注水技術，降塵效果明顯，由于設計合理，措施到位，達到了安全生產和技術要求，為企業安全生產和維護煤礦作業環境奠定了良好的技術基礎。