大口徑煤層注水技術(shù)研究與應(yīng)用

張延雷 李強(qiáng) 張興營(yíng)

摘 要：煤礦井下在開(kāi)采及延伸過(guò)程中，不可避免的出現(xiàn)煤塵，如何在施工過(guò)程中降低或減少煤塵，顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：大口徑;煤層注水;煤樣濕度

1 煤塵的危害

隨著我礦采掘機(jī)械化水平的不斷提高，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)煤塵量逐漸增大，加上開(kāi)采逐年延深、地溫升高，所需供風(fēng)量越來(lái)越大，煤塵飛揚(yáng)日趨嚴(yán)重，工作面的產(chǎn)塵量也有了大幅度的增加，危害人體健康最大的呼吸性粉塵濃度呈上升趨勢(shì)。有效降低職工作業(yè)環(huán)境的總粉塵濃度及呼吸性粉塵濃度，是控制塵肺病發(fā)病率和防治煤塵爆炸的根本措施。因此，對(duì)礦井防塵措施進(jìn)行研究，是當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急。為了對(duì)半煤巖、煤巷的煤塵進(jìn)行治本，在煤巷、半煤巷及回采工作面采用了大口徑煤層注水技術(shù)。

煤層注水是在尚未采動(dòng)的煤體中，利用鉆孔注入水，使水滲透到煤中，且在大口徑煤孔中注滿水，爆破后或割煤時(shí)降低煤塵。

2 大直徑錐體鉆頭鉆桿工作原理

（1）完好風(fēng)煤鉆、水式釬尾、鉆桿、大直徑錐體鉆頭，并依次擰緊。

（2）選好眼位，調(diào)整好角度，點(diǎn)開(kāi)啟動(dòng)，在鉆頭進(jìn)入煤體的同時(shí)打開(kāi)水閥，2人扶鉆1人推鉆。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)進(jìn)尺，確定鉆孔的合理深度。

3 大鉆頭導(dǎo)孔注水方案

（1）炮眼及注水大鉆孔布置方式確定，回采工作面如圖（單位：mm）：炮眼為三花眼布置，大鉆孔約每隔6米布置一個(gè)。

掘進(jìn)工作面炮眼注水孔布置：

（2）注水方案的制定。回采工作面打眼順序：工作面約6米為一段，每段內(nèi)先用大鉆頭打注水孔注水后，再打頂?shù)着谘邸?/p>

注水方式及次數(shù)確定：使用工作面灑水軟管注水，采用自然滲透方式增加煤體含水量。在放炮前每個(gè)注水孔至少注水兩次，且保證在爆破前將爆破范圍內(nèi)的每個(gè)注水孔注滿水。

封孔時(shí)采用Φ54mm注水鋼管，注水管露出孔壁10～15cm。采用注水泥沙漿方式進(jìn)行封孔時(shí)，首先在注水管上下端部連接口處加彩條布等富有壓棉性的堵塞物，以固定套管和防止漏漿，然后將水泥沙漿注入孔壁與注水管之間，封孔必須封實(shí)封牢，嚴(yán)禁出現(xiàn)注水時(shí)外泄及滲漏現(xiàn)象。

掘進(jìn)工作面鉆孔根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)在迎頭煤層中間按15度向下傾斜。根據(jù)施工循環(huán)進(jìn)尺1.6米，確定鉆孔的深度為1.6米。

迎頭打眼順序：先用大鉆頭打注水孔注水后，再打炮眼。

注水方式及次數(shù)確定：使用迎頭灑水軟管注水，采用自然滲透方式增加煤體含水量。在放炮前向注水孔至少注水兩次，且保證在爆破前將注水孔注滿水，并用粘土炮泥將注水孔孔口封實(shí)，封泥長(zhǎng)度不少于50mm。

4 采用大口徑煤層注水后的煤塵指標(biāo)

2223回采工作面實(shí)測(cè)結(jié)果（注水前、后）：

2215切眼實(shí)測(cè)結(jié)果（注水前、后）：

5 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

（1）煤層注水不但濕潤(rùn)煤體、降低煤塵的生成量，而且改變煤的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)，對(duì)煤礦安全的許多方面發(fā)生影響。

1）煤層注水預(yù)濕過(guò)程中，由于液體在裂隙表面的壓力，夾層和礦物質(zhì)的膨化，使煤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，塑性增加、硬度和抗壓強(qiáng)度降低，使煤容易破碎、煤塵降低。實(shí)驗(yàn)表明，煤樣濕度增加1-2﹪時(shí)，煤的硬度降低20-50﹪，抗壓強(qiáng)度降低20-30﹪。

2）煤層注水能夠破壞煤體內(nèi)原有的煤-瓦斯體系的平衡，形成煤-瓦斯-水三相體系。經(jīng)實(shí)驗(yàn)所得，煤層注水后，瓦斯涌出量減少10﹪左右。注水使煤的塑性增加和強(qiáng)度降低后，引起煤層鄰面區(qū)內(nèi)應(yīng)力的重新分布，煤體變形量增大，支點(diǎn)應(yīng)力區(qū)向煤層深部移動(dòng)，對(duì)防止瓦斯突出有一定的作用。

（2）煤層注水降低煤塵30﹪，注水一次相當(dāng)于使用39個(gè)水炮泥。

（3）使用大口徑煤層注水降低了煤塵飛揚(yáng)，沖淡稀薄瓦斯和炮煙，隔離局部沼氣積聚，都具有較好的效果，是預(yù)防瓦斯、煤塵爆炸事故，實(shí)現(xiàn)爆破安全的一項(xiàng)重要安全措施。

通過(guò)進(jìn)行大口徑煤層注水降塵技術(shù)研究，工作面的煤塵濃度有了大幅度的下降，由原來(lái)的20.7 mg/ m3降到5.9 mg/ m3，改善了作業(yè)場(chǎng)所的工作環(huán)境，為一線職工創(chuàng)造了良好的工作條件，最大限度的減少了職工患煤肺病的可能.同時(shí)杜絕了煤塵爆炸的發(fā)生和因視線不良造成的人為事故。通過(guò)對(duì)采煤工作面、掘進(jìn)巷道進(jìn)行綜合防塵研究，我們?cè)诿簤m的綜合防治上積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，在今后的工作中值得推廣和借鑒。