突出危險采煤工作面淺孔注水實踐研究

李 麗

（霍州煤電集團李雅莊煤礦安全管理科，山西 霍州 031400）

霍州煤電集團李雅莊煤礦為高瓦斯礦井、突出礦井，該煤礦四采區4033工作面為煤與瓦斯突出危險區域。4033工作面處于四采區南翼，工作面設計長度800m，傾斜長132m，煤層厚度1.6～4.6m，平均厚度2.9m；傾角為20°～23°，平均傾角為22°；工作面平均采高2.7m，煤的硬度系數在0.580（軟分層0.210），瓦斯含量為9cm3/g。煤層自然水分1.84%，采用放炮落煤，全部垮落法管理頂板，實際開采中該工作面瓦斯涌出量大，煤塵濃度較高，有針對性地對工作面采取煤層注水措施后，有效地防止了煤與瓦斯突出，并降低了煤塵的濃度，有效地保障了4033工作面的開采。

1 淺孔注水設備及參數

1.1 淺孔注水設備及系統

采用工作面液壓泵[XRB2B（A）]注水系統，多孔連續注水法進行注水，用高壓水管將鉆孔中的煤層注水封孔器與工作面高壓供水管連接起來，保障在12～15MPa直接插入孔內注水，采用FZM-20型注水封孔器，通過單向閥控制，供壓力水后注水管膨脹封住注水孔，隨水壓的上升，注水管孔口單向閥打開，開始注水。停止注水時，必須待注水管卸壓后，注水管依靠彈性回縮，然后抽出注水管，注水管伸入孔內1.0m以上。

1.2 單孔計劃注水量

Q=LBMpq=5×4×3.1×1.45 ×0.015=1.3485m3

式中：

Q-單孔注水量，m3；

L-孔深，m；

M-煤層厚度，m；

B-孔間距，m；

p-煤的密度，t/m3。

q-噸煤計劃注水量，取q=0.015m3/t。

注水時要求煤壁出現滲水時停止注水。

2 淺孔注水施工工藝

2.1 注水鉆孔布置

針對李雅莊煤礦4033工作面的現場工況，設計采用多孔同時注水的措施，具體可見圖1。沿4033工作面傾斜方向施工走向順煤層鉆孔，每組布置3孔，間距5m，同時向煤壁注水，組與組之間間隔6m，鉆孔長5m，孔徑42mm，鉆孔仰角為5°～7°。注水頻率為推進3.6m注水一次。

圖1 工作面注水鉆孔布置示意圖

2.2 打孔和封孔

打孔：主要是采用雙節長麻花鉆桿進行打孔，孔與孔的間隔時間為5min，打孔可與注水平行作業，打孔應超前注水3～5個孔。封孔：采用橡膠鋼網結構自動膨脹式封孔器封孔，封孔深度為為1.5m。封孔深度直接影響注水效果，它主要取決于頂板卸壓距離和應力集中峰向煤體深部移動的步距。

2.3 注水鉆孔施工質量控制注意事項

（1）注水孔打完后必須馬上清理孔內的雜物。

（2）將封孔器插入鉆孔，其末端距孔口距離不小于200mm；使用帶壓力表的注液槍并固定好，操作過程當中工作人員必須避免正對封孔器。

（3）相鄰兩循環的注水孔之間容易出現滲水現象，必須錯開布置。

（4）注水時，未注水相鄰孔應該事先安裝好封孔器，防止受相鄰孔的壓力而產生變形。

（5）4033掘進工作面施工炮眼時，與注水孔的距離不能小于500mn，嚴禁與注水孔打透。

3 資金投入情況

采煤工作面直接利用液壓泵[XRB2B（A）]注水系統供給高壓水，無須投入高壓注水泵。每根煤層注水封孔器1100元，據廠家介紹每根可反復使用1000次，采煤工作面施工完只需3根煤層注水封孔器，共計投入3300元。

4 注水效果分析

4.1 降塵效果分析

通過實測，每孔注水時間在15min左右，注水時泵站壓力為12MPa，每孔注水1m3左右，噸煤注水量為0.009524m3。會存在注水不均勻現象，距鉆孔近處水分大，距鉆孔遠處水分小，靠底板水分大，靠頂板水分小，距煤壁4m范圍內效果好，4m以外效果差；注水前煤體水分在1.84%，注水后，煤體水分為2.89%，增加1.05%；注水后，降塵率達75%～85%，顯著改善了作業環境，有利職工身心健康。

4.2 防治煤與瓦斯突出效果分析

對4033工作面的煤體進行高壓注水濕潤后，降低了煤體的力學強度，卸壓帶長度增大，煤與瓦斯突出危險性得到了控制，通過測試工作面注水前后K1、Smax值進行對比分析。（如表1）。

表1 采煤工作面注水前后K1、Smax比較

通過表1分析得出：注水前Smax平均值為3.43kg/m，K1平均值為0.2；注水后Smax平均值為2.8kg/m，K1平均值為0.1；注水后，Smax值降低0.63kg/m，K1值降低0.1。

4.3 降低生產過程中煤層瓦斯涌出量

煤層注水后，煤層所含高壓瓦斯通過裂隙，提前緩慢釋放，降低放炮落煤過程中瓦斯涌出量，避免放炮后瓦斯超限（如表2）。

表2 采煤工作面注水前和注水時瓦斯變化情況

通過注水前和注水時回風流瓦斯濃度分析，注水時比注水前瓦斯濃度上升0.07%～0.15%。注水后瓦斯情況：回風瓦斯濃度降低了0.1%左右，減少了回風瓦斯濃度，通過控制爆破，避免了炮后瓦斯超限發生。

4.4 增減工作量

采煤工作面煤壁不注水，每循環施工炮眼260個；煤壁注水，每循環施工炮眼180個，少施工炮眼80個，炮眼深度按1.4m計算，共少施工炮眼112m；工作面施工注水眼24個，孔深5m，進尺3.6m，每循環施工注水眼100m（圖1）；綜合計算，共計少施工鉆孔12m。4.5經濟效益分析

（1）降低噸煤炸藥消耗量

對4033采煤工作面煤壁注水后，煤體強度降低，煤層相應松軟，頂眼基本不需要施工，大大降低了噸煤炸藥消耗量。從現場實踐情況來看循環消耗炸藥由126kg將到98kg，雷管由255發降到167發，雷管萬噸消耗5666.7發降到3965發，炸藥萬噸消耗由3356.6kg降到2243.8kg。根據以上數據計算每萬噸煤節約費用6254.25元，每月按1.5萬t計算，全月節約9381.38元。

（2）提高單產單進

采煤工作面注水前須控制放炮，影響生產，每月生產原煤13000t左右；注水后，避免了瓦斯超限，每月生產原煤15000t左右，多生產原煤2500t，每噸煤按300元計算，每月增收75萬元。

5 結論

論文針對霍州煤電集團李雅莊煤礦4033掘進工作面實施高壓淺孔注水實踐研究，該技術措施施工工藝簡單，操作流程方便，資金投入少，安全性能高，具有很好的經濟效益。可以在全集團推廣應用。同時也需要注意以下問題：（1）防止注水時片幫。炮采工作面必須確保支柱的初撐力和工作阻力符合規定，必要時進行背幫。（2）注水鉆孔應打在硬分層內，以便于封孔和充分濕潤煤體。