大口徑煤層注水技術研究與應用

張延雷 李強 張興營

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

關鍵詞：大口徑;煤層注水;煤樣濕度

1 煤塵的危害

隨著我礦采掘機械化水平的不斷提高，生產工藝的改進，生產過程中產煤塵量逐漸增大，加上開采逐年延深、地溫升高，所需供風量越來越大，煤塵飛揚日趨嚴重，工作面的產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。有效降低職工作業環境的總粉塵濃度及呼吸性粉塵濃度，是控制塵肺病發病率和防治煤塵爆炸的根本措施。因此，對礦井防塵措施進行研究，是當前煤礦安全生產的當務之急。為了對半煤巖、煤巷的煤塵進行治本，在煤巷、半煤巷及回采工作面采用了大口徑煤層注水技術。

煤層注水是在尚未采動的煤體中，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，爆破后或割煤時降低煤塵。

2 大直徑錐體鉆頭鉆桿工作原理

（1）完好風煤鉆、水式釬尾、鉆桿、大直徑錐體鉆頭，并依次擰緊。

（2）選好眼位，調整好角度，點開啟動，在鉆頭進入煤體的同時打開水閥，2人扶鉆1人推鉆。

（3）根據現場循環進尺，確定鉆孔的合理深度。

3 大鉆頭導孔注水方案

（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。

掘進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，每段內先用大鉆頭打注水孔注水后，再打頂底炮眼。

注水方式及次數確定：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。在放炮前每個注水孔至少注水兩次，且保證在爆破前將爆破范圍內的每個注水孔注滿水。

封孔時采用Φ54mm注水鋼管，注水管露出孔壁10～15cm。采用注水泥沙漿方式進行封孔時，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，封孔必須封實封牢，嚴禁出現注水時外泄及滲漏現象。

掘進工作面鉆孔根據現場在迎頭煤層中間按15度向下傾斜。根據施工循環進尺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，封泥長度不少于50mm。

4 采用大口徑煤層注水后的煤塵指標

2223回采工作面實測結果（注水前、后）：

2215切眼實測結果（注水前、后）：

5 經濟社會效益

（1）煤層注水不但濕潤煤體、降低煤塵的生成量，而且改變煤的結構和力學性質，對煤礦安全的許多方面發生影響。

1）煤層注水預濕過程中，由于液體在裂隙表面的壓力，夾層和礦物質的膨化，使煤的力學性質發生變化，塑性增加、硬度和抗壓強度降低，使煤容易破碎、煤塵降低。實驗表明，煤樣濕度增加1-2﹪時，煤的硬度降低20-50﹪，抗壓強度降低20-30﹪。

2）煤層注水能夠破壞煤體內原有的煤-瓦斯體系的平衡，形成煤-瓦斯-水三相體系。經實驗所得，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度降低后，引起煤層鄰面區內應力的重新分布，煤體變形量增大，支點應力區向煤層深部移動，對防止瓦斯突出有一定的作用。

（2）煤層注水降低煤塵30﹪，注水一次相當于使用39個水炮泥。

（3）使用大口徑煤層注水降低了煤塵飛揚，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，是預防瓦斯、煤塵爆炸事故，實現爆破安全的一項重要安全措施。

通過進行大口徑煤層注水降塵技術研究，工作面的煤塵濃度有了大幅度的下降，由原來的20.7 mg/ m3降到5.9 mg/ m3，改善了作業場所的工作環境，為一線職工創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.同時杜絕了煤塵爆炸的發生和因視線不良造成的人為事故。通過對采煤工作面、掘進巷道進行綜合防塵研究，我們在煤塵的綜合防治上積累了寶貴的經驗，在今后的工作中值得推廣和借鑒。