龍家堡礦Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）注水可注性研究

摘 要：為論證龍家堡礦Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）煤層注水可注性，收集了龍家堡礦礦井生產條件、地質勘探和煤層賦存等資料，并在龍家堡礦井下302和516工作面現場采取了煤樣在實驗室進行了煤層原有水分、孔隙率、吸水率、煤的堅固性系數等參數的測定和煤層注水可注性研究，結果表明：龍家堡礦302和516工作面范圍內Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）原有水分大于4%，判定為可不注水煤層，可不采取煤層注水措施，但現場應加強采掘面的噴霧灑水防塵工作。

關鍵詞：煤層；注水；可注性；防塵；吸水率；孔隙率

1 工程概況

煤層注水是工作面防塵、沖擊地壓和煤與瓦斯突出防治以及提高頂煤冒放性等的有效措施，并且在避免粉塵爆炸，減少塵肺職業病發生等方面起關鍵作用[1，2]。隨著環境保護和職業健康日益受到重視，判斷煤層注水可注性尤為重要。龍家堡礦核定生產能力為270萬t/a，主采Ⅱ、Ⅲ煤層（合層），煤層厚度約10m，采深超過1200m，回采工作面采用走向長壁后退式綜采放頂煤采煤方法，為高瓦斯礦井。為論證龍家堡礦Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）煤層注水可注性，結合龍家堡礦的煤層賦存條件，采用現場采煤樣在實驗室進行了煤層原有水分、孔隙率、吸水率、煤的堅固性系數等參數[3]的測定的方法研究Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）煤層注水可注性。

2 影響煤層注水的原質因素

2.1 煤層裂隙、孔隙的發育程度

煤層注水的本質是水分子在孔隙壓力梯度的作用下向煤內孔隙擴散。[4]煤層裂隙、孔隙的發育程度是影響煤層注水難易的首要因素。裂隙發育、孔隙率高的煤層透水性強，水易于注入；裂隙發育而質地疏松的煤層采用低壓注水就能取得良好的注水濕潤效果。

2.2 上覆巖層壓力

地壓的集中程度與煤層的埋藏深度有關，煤層埋藏越深則地層壓力越大，而裂隙和孔隙變得更小，導致透水性能降低。

2.3 液體性質的影響

煤是極性小的物質，水是極性大的物質，兩者之間極性差越小，越易濕潤。為了降低水的表面張力，減小水的極性，提高對煤的濕潤效果，可以在水中添加表面活性劑。例如，陽泉一礦在注水時加入0.5%濃度的洗衣粉，注水速度比原來提高24%。

2.4 煤的堅固性

煤的堅固性系數較大，煤的透氣性好，易于注水；反之，則難以注水。對于那些有夾矸、極松軟且遇水易膨脹的煤層，雖然很小，卻反而不易注水。

2.5 煤層內的瓦斯壓力

煤層內的瓦斯壓力是注水的附加阻力，水克服瓦斯壓力的阻力后所剩余的壓力才是注水的有效壓力，從而增加注水的困難。因此，煤層透氣性差的難抽采煤層注水時，為了取得相同的注水流量，需要提高注水壓力，都采用中、高壓注水。

2.6 煤層注水可注性測定與分析

通過井下現場分別在302和516工作面均勻取樣送實驗室測定煤的原有水分、孔隙率、吸水率和煤的堅固性系數，同時結合井下Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）賦存情況及實際開采條件，判定龍家堡礦煤層注水的可注性。兩個工作面內的煤層賦存較為穩定，無大的地質構造和巖漿侵入，選取測點參數能夠代表所測定的工作面。測定結果匯總如表格所示。

從上表可以看出，龍家堡礦Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）煤孔隙率、吸水率和煤的堅固性系數三個指標雖滿足條件，但Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）煤的原有水分未滿足條件（302工作面W=6.95≥4%，516工作面W=4.50≥4%），故龍家堡礦在302工作面范圍內Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）的可注性判定為可不注水煤層，516工作面范圍內Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）的可注性判定為可不注水煤層。

龍家堡礦Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）底板有嚴重吸水膨脹性質，注水后易造成底板變形，影響采煤安全。且龍家堡煤礦的煤層埋深大，應力大，導致在施工本煤層順層鉆孔過程中存在易塌孔、難成孔，封孔困難等問題。故依據《煤礦安全規程》第六百四十五條規定，龍家堡礦Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）的302和516工作面不適宜采取煤層注水防塵措施。

3 結論與建議

3.1 結論

通過實驗、綜合分析吉林省龍家堡礦Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）注水可注性，得出如下結論：龍家堡礦302和516工作面范圍內Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）原有水分大于4%，判定為可不注水煤層。

3.2 建議

依據《煤礦安全規程》第六百四十五條規定，結合龍家堡礦Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）賦存及已采工作面實際情況，Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）底板有吸水膨脹性質，注水后易造成底板變形，且在施工本煤層順層鉆孔過程中存在易塌孔、難成孔，封孔困難等問題。故龍家堡礦Ⅱ、Ⅲ煤層（合層）的302和516工作面可不采取煤層注水防塵措施，但現場應加強采掘面的噴霧灑水防塵工作，確保防塵設施正常使用，同時加強工人佩戴防塵保護用品，按要求測塵，現場嚴格監督落實，做好職業健康檢查與作業場所的職業衛生和勞動保護工作。

參考文獻：

[1]李宗翔，吳邦大，李剛，等.段王礦煤層注水可注性指標實驗與預判[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2017（11）：1121-1125.

[2]王超.煤層注水防治沖擊地壓效果分析及可注性鑒定研究[J].煤炭工程，2018（01）：92-95.

[3]MT/T 1023-2006煤層注水可注性鑒定方法[S].2006.

[4]薛偉超.巖石水力致裂的孔隙壓力（梯度）作用機制研究[D].中國礦業大學，2014.

作者簡介：高振揚（1986-），男，吉林梅河口人，任吉林省龍家堡礦業有限責任公司通風科主任工程師，主要從事礦井一通三防工作。