綜采工作面煤層注水軟化試驗研究

王英杰

（潞安集團(tuán)古城煤礦，山西 長治 046000）

日常監(jiān)測工作面平均煤塵濃度為6.49mg/m3，生產(chǎn)線煤塵濃度最大可以到190mg/m3。據(jù)實驗室提供的煤質(zhì)資料計算得出平均煤塵爆炸指數(shù)為42.5%，為解決粉塵危害，降低煤塵的產(chǎn)生量，必須對煤層進(jìn)行注水軟化。

1 工作面概況

N1303工作面膠帶順槽長2405m，回風(fēng)順槽長2305m。采用走向長壁布置工作面，綜采放頂煤開采。3號煤位于山西組下部，下距9號煤層55.72～79.70m，平均58.04m。煤層厚3.35～10.25m，平均厚6.32m，含泥巖、炭質(zhì)泥巖夾矸0～2層，一般1層，距底板約0.80m左右的一層較為穩(wěn)定（平均厚度0.30m）。3號煤層純煤厚度3.35～9.65m，平均6.05m。

煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部為砂巖。底板為黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖，深灰色粉砂巖。圍巖及其特征見表1所示。

表1 圍巖及其特征表

2 煤層注水軟化方案

2.1 注水軟化機(jī)理

煤層注水是采煤工作面以預(yù)防為主的極有效的防塵措施，是在工作面回采前（超前工作面），在煤層中打若干鉆孔，將壓力水由孔注入煤體之中。

煤層注水進(jìn)行防塵，使水均勻地分布在煤層空隙中，增加煤的水分，使煤體得到濕潤，降低采煤時產(chǎn)生浮游煤塵的能力。

2.2 注水平臺工程施工

N1303工作面每隔240m施工一個注水平臺，根據(jù)工作面實際情況，先施工兩個注水平臺，分別在距石門580m和340m處。注水平臺布置在27m階段高度中間，略偏下（因注水孔略帶一定角度），比工作面順槽巷道底板高13m。注水平臺施工：先在皮帶巷施工40°的天槽，斷面2.25m2（寬1.5m，長1.5m），斜長15.6m，錨網(wǎng)支護(hù)，然后向天槽兩側(cè)施工注水平臺，平臺斷面為4.84m2（寬2.2m，高2.2m），長11m，錨網(wǎng)支護(hù)。為解決注水平臺上面通風(fēng)問題，在軌道巷向平臺施工Φ300mm孔。煤層注水鉆孔設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 煤層注水鉆孔設(shè)計圖

2.3 鉆孔設(shè)計

由注水平臺依次設(shè)計施工鉆孔，每層注水平臺設(shè)計3個鉆孔，其中1個注水試驗鉆孔，2個鉆孔考察。1#、4#鉆孔用于注水試驗，2#、3#、5#、6#鉆孔進(jìn)行濕潤考察，注水孔的間距為5m。注水鉆孔參數(shù)見表2。

2.4 主要設(shè)備選型

注水鉆機(jī)：根據(jù)煤層的硬度、施工鉆孔長度、鉆孔角度和試驗場地空間的大小等因素，現(xiàn)有ZY-650型全液壓鉆機(jī)基本滿足要求。主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表2 注水鉆孔設(shè)計參數(shù)表

表3 注水鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)

注水泵：由于靜壓注水方式無法對硬煤層進(jìn)行破壞，為破壞煤層機(jī)理必須采用高壓注水方式進(jìn)行，因此選取BZW50/40型高壓低流量注水泵。主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 注水泵技術(shù)參數(shù)

封孔器：煤層注水效果的好壞，封孔是關(guān)鍵。考慮到封孔器與鉆孔相匹配，同時能夠承受一定的壓力。因此選取ZF-A38型封孔器。主要技術(shù)參數(shù)見表5。

表5 封孔器技術(shù)參數(shù)

2.5 鉆孔濕潤半徑

通過在N1303綜采工作面的煤層注水試驗發(fā)現(xiàn)，注水濕潤半徑平均約為20m。

3 效果分析

3.1 降塵效果

對N1303綜采面注水前后的煤樣水分含量進(jìn)行了測定，測量結(jié)果如表4所示。可以看出，通過注水，煤層的水份增加了20.1%～52.7%。注水后，距離孔最近的3、4、7號煤樣水份分別平均增加了36.2%、42.9%、35.4%，而距離孔最遠(yuǎn)的1、6、9號煤樣水份分別平均增加了25.8%、31.4%、22.9%，由此可見距離孔越近，注水效果越好。

表6 煤樣水分含量

增加封孔深度后的注水取得了預(yù)期的效果，煤樣水份平均增加了28.5%，呼吸性粉塵平均降低了46.7%，總粉塵濃度平均降低了47.4%，試驗取得了圓滿成功。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

煤層鉆孔深度22m，按每孔裝100kg炸藥，每天打孔數(shù)按10個計算，可節(jié)省炸藥用量10×100=1000kg/d，折合人民幣5200元/d；煤層注水軟化后，大塊炭減少，架后煤炭易放出，工作面回采率可提高10%，此次注水區(qū)域預(yù)計增加4萬t左右的原煤，增收約400萬元。

4 結(jié) 語

通過對古城煤礦N1303綜采工作面煤層靜壓注水試驗發(fā)現(xiàn)：靜壓注水濕潤半徑平均約為20m，煤樣水份平均增加了28.5%，距離注水鉆孔越近，注水效果越好；煤層注水后，通過對粉塵濃度的測定得出，呼吸性粉塵平均降低了46.7%，總粉塵濃度平均降低了47.4%，基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，靜壓注水是最理想的選擇。