毛家莊煤礦綜采工作面煤層注水技術的應用

段旭兵

（山西省柳林縣煤炭工業局，山西 柳林 033300）

煤層注水是減少工作面粉塵的有效辦法。根據柳林縣毛家莊煤礦礦井地質報告，毛家莊煤礦8801工作面煤層賦存穩定，煤層厚度3.88～4.29 m，平均4.05 m，傾角1°～3°，平均2°，屬近水平煤層。夾矸為粉砂巖，厚度為0.1 m。該煤層原煤水分為0.52%～3.58%，平均1.32%，煤層自身水分小于《煤礦安全規程》規定的注水條件，因此理論上可以實施煤層注水技術的試驗研究，以獲得更好的降塵效果。

1 注水鉆孔工藝及參數確定

8801工作面采面寬200 m，采長約1000 m，埋深約500 m，采用傾斜長壁后退式采煤法，頂板管理采用全部垮落法，通風方式為“U+L”型抽出式。工作面巷道布置如圖1所示。

根據8801工作面煤層賦存特點、巷道布置方式、采煤方法等情況，提出對8801工作面利用單向長鉆孔進行注水，鉆孔均沿煤層均勻布置，長度為220 m。鉆孔角度一般與煤層傾角保持一致，封孔深度為12 m，選用“兩堵一注”水泥封孔，使用一套礦用固定式快速氣囊封孔器及連接3根礦用PE瓦斯抽放管進行封孔。由抽放隊施工注水鉆孔。

圖1 8801工作面巷道布置圖

2 注水方式

采用脈沖動壓與靜壓結合的混合注水方式，在8801巷布置單向長鉆孔，每次注水2個孔，工作面超前20 m始終保持有一個鉆孔在進行注水，管路連接及鉆孔布置示意圖如圖2所示。

圖2 8801工作面脈沖動壓注水示意圖

3 注水施工方法

（1）封孔材料為瓦斯封孔專用材料，將封孔材料倒入攪拌桶內，開動2ZBQ-10/12型氣動封孔泵將其連續送入鉆孔內。要求水泥漿封孔24 h后，待水泥漿完全凝固封堵鉆孔后再開始進行煤層注水。注水孔封口長度不小于15m。同時保證封孔質量，確保封孔長度超過煤壁破碎帶。

（2）連接注水鉆孔時，首先在鉆孔支路上連接截止閥控制鉆孔流量，截止閥后面連接高壓水表，用于監控鉆孔壓力、流量。在供水支管上安裝截止閥，控制各個鉆孔的注水時間及注水量，防止漏水現象的發生。

（3）采用并聯注水時，一次注水2個孔。注水泵安設在注水孔中間位置，減小注水孔之間的壓力差。如發現某一孔發生泄水情況，要及時停止注水。首先采用工作面供水管路靜壓注水，打開注水管截止閥開始注水，注水時觀察流量和時間的變化情況，并進行記錄。當流量表幾乎不發生變化時，待穩定2h后，即可停止靜壓注水，這樣給予每個注水鉆孔充足的時間，使注入水能夠充分均勻擴散潤濕深部煤體，然后開啟脈沖注水泵注水。

（4）啟動2BZ-40/12型脈沖注水泵，調定注水泵壓力在4～9 MPa，使用自動配比器，配制濃度為0.15%～0.2%的煤塵抑制劑，打開鉆孔的截止閥，進行動壓注水，同時觀察注水流量及時間的變化情況，并進行記錄。當注水孔口附近出現煤壁“掛汗”或者過載泄壓閥發生泄壓出水時，即可停止該組鉆孔的注水工作，待穩定12h后，再次采用靜壓與動壓兩種注水方式交替進行注水，直至孔口附近出現煤壁“掛汗”后，方可準備下一組鉆孔注水。

（5）工作面回采至距每個注水孔20m時，在動壓帶區域內進行動壓注水，每回采至當前鉆孔5m時，方可停止注水。對下一鉆孔依次進行動壓注水。在注水過程中，工作人員必須做好相應的記錄，包括注水的壓力、流量、注水的孔數、注水量等相關參數，等到升井后及時做好整理記錄，以備查看。

4 注水效果分析

4.1 鉆孔注水參數

經過一段時間煤層注水后，通過現場實測，鉆孔完成注水大約需要3 d時間，注水壓力設定為6 MPa，鉆孔潤濕半徑平均為5 m。

根據8801工作面煤層注水記錄，個別鉆孔注水時間短，注水量沒有達到理想效果。主要原因是打鉆時受現場施工及地質條件限制，在封孔時不能有效封堵，動壓注水時出現廢孔及幫錨索漏水現象。

4.2 注水降塵結果考察

為了考察注水降塵效果，注水前后使用粉塵采樣器測定8801工作面粉塵濃度，具體測定結果如表1所列。

表1 8801工作面粉塵濃度測定結果

從測塵結果看，全塵降塵率為50.66%。當鉆孔注水量沒有達到要求時，工作面降塵率較低，主要原因是在注水過程中周邊錨索出水量大，當采煤機推進到該注水區域時，粉塵濃度仍然較大。

4.3 注水潤濕半徑考察

注水過程中，現場考察注水半徑，當注水量達到設計值時，鉆孔潤濕半徑最大為5.5 m，平均5m；當注水量不能達到理想值時，鉆孔潤濕半徑平均為3.7 m。

5 結論

以柳林縣毛家莊煤礦8801綜采工作面為研究對象，開展煤層注水技術的實踐應用研究，從鉆孔的布置方式、封孔工藝及注水工藝技術等方面進行了分析研究和現場應用，總結如下：

（1）注水鉆孔布置，采用單向長鉆孔進行注水，鉆孔均沿煤層均勻布置。鉆孔角度原則上與煤層傾角保持一致，但是在對于零度角鉆孔封孔時，鉆孔在施工過程中必須在正負2°以上，保證水泥漿在鉆孔中充填密實。

（2）增加封孔長度。當封孔長度為12 m時，注水過程中會出現孔口及巷幫錨索漏水現象。應該及時將封孔長度調整為15 m，保證注水時不從孔口及其附近煤壁透水、泄水、滲水。對于孔口附近煤體破碎的情況應該增加封孔深度，選擇工作面前方穩壓區為注水區域，有助于改善注水效果。

（3）動、靜壓混合注水時，控制好動靜壓注水時間，從現場注水參數分析可以看出，動壓注水時間和靜壓注水時間相等時注水效果最佳。8801工作面采用脈沖動壓與靜壓結合，在煤體注水的水中添加煤塵抑制劑注水取得了一定的效果，總粉塵濃度平均降塵率為50.66%，改善了8801工作面的工作環境。