塔山煤礦8303 綜放工作面煤體注水降塵技術(shù)

王 鵬

（同煤大唐塔山煤礦公司，山西 大同 037000）

1 8303 工作面概況

8303 工作面位于塔山煤礦三盤區(qū)中西部。北部、南部均未開拓，東部以三盤區(qū)輔運(yùn)巷為界，西部至杏兒溝鐵路。該工作面所處的煤層結(jié)構(gòu)發(fā)育復(fù)雜，煤層厚度為5.2～18.0 m，均厚10.1 m，煤層含2～6 層夾矸，夾矸單層厚度0.07～0.41 m，均厚1.75 m，工作面傾向長度為275.2 m。經(jīng)鑒定該煤層具備自然傾向性，測定的最短自然發(fā)火期為85 d。工作面的采煤方法為機(jī)械化走向長壁低位放煤后退式采煤法。按照規(guī)定，粉塵濃度游離SiO2限值不得高于10%，時(shí)間加權(quán)總塵平均容許濃度不得高于4 mg/m3。該工作面煤層含水量較低，依據(jù)相關(guān)檢測報(bào)告，該工作面煤層原始煤體含水量平均為1.8%，應(yīng)采取煤層注水降塵措施。

2 注水鉆孔參數(shù)的確定

8303 工作面采取靜壓動壓相結(jié)合、雙向多輪、多孔近距離注水方法進(jìn)行煤體注水，具體如下：在8303 工作面兩順槽煤幫打注水孔，每隔20 m 施工一個(gè)高位孔（距離底板1.4 m），高位孔鉆孔長度為130 m。

在煤層注水時(shí)添加降塵劑，采用GZJ-02 型管道自動加液混合裝置在注水過程中添加。添加降塵劑能改善水溶液在煤體中的擴(kuò)散性能，注水過程中水溶液能夠更好地沿著煤層發(fā)育裂隙進(jìn)行擴(kuò)散、滲透。降塵劑增強(qiáng)了水溶液的濕潤能力，從而改進(jìn)注水效果和抑塵效果。

2.1 鉆孔參數(shù)的確定

（1）高位孔鉆孔長度及施工傾角

根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《長鉆孔煤層注水方法》，注水鉆孔采取雙向鉆孔布置時(shí)，鉆孔長度應(yīng)比1/2工作面長度短5～8 m，因此鉆孔長度的計(jì)算方法為：

式中：a為鉆孔施工傾角，（°）；h為鉆孔末端煤層等高線與鉆孔開口孔煤層等高線之差，m；l為鉆孔實(shí)際長度，m。

8303 工作面長度275 m，h取12.71 m，L計(jì)算值為129.5 m。根據(jù)鉆機(jī)實(shí)際鉆孔能力和以往注水經(jīng)驗(yàn)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式算得數(shù)據(jù)，確定高位鉆孔長度取130 m，鉆孔仰角為5.61°。

（2）鉆孔間距

由塔山煤礦前期煤體注水試驗(yàn)可知，當(dāng)鉆孔間距＞23 m 時(shí)存在擴(kuò)散不到位、覆蓋不全面的情況，當(dāng)鉆孔間距＜16 m 時(shí)存在煤體重復(fù)注水的情況。鑒于此，考慮前期注水試驗(yàn)數(shù)據(jù)、8303 工作面的水文地質(zhì)條件以及鉆孔直徑65 mm 等參數(shù)，確定5303 巷、2303 巷鉆孔間距為20 m。該間距能夠滿足鉆孔周圍煤體達(dá)到注水潤濕的要求。

（3）封孔方法

采用18～26 m 長封孔器，使用水泥漿由封孔泵進(jìn)行封孔以及采用9 m 長膠囊封孔器封孔。

（4）倒孔方法

當(dāng)注水孔位于工作面20 m時(shí)，注水孔停止注水，將該孔注水管路拆除并安裝在下一個(gè)（與該孔相隔4 個(gè)孔）待注水的鉆孔。

2.2 鉆孔布置

注水鉆孔布置于5303 巷和2303 巷。開孔位置：5303 巷開孔鉆孔距工作面30 m 布置第一個(gè)，2303巷開孔鉆孔距工作面40 m 布置第一個(gè)。各巷道內(nèi)鉆孔間距20 m，鉆孔與巷道垂直且角度上仰5.61°，鉆孔深度130 m，孔徑Ф=65 mm，開孔高度為腰線以上0.4 m。鉆孔數(shù)量：5303 巷鉆孔數(shù)量為132 個(gè)，2303 巷鉆孔數(shù)量為130 個(gè)，共計(jì)施工262 個(gè)鉆孔。鉆孔布置如圖1。

2.3 鉆孔施工注意事項(xiàng)

（1）鉆孔施工需注意嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)（包括孔深、孔位、孔徑、角度）施工，鉆機(jī)須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行固定。開孔時(shí)采取低轉(zhuǎn)速、慢推進(jìn)濕式方式，鉆孔進(jìn)入煤體深度＞10 m 時(shí)方可以采用高轉(zhuǎn)速、快推進(jìn)濕式方式進(jìn)行施工。

（2）孔位嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)孔位進(jìn)行標(biāo)注，開孔之前須對開孔位置進(jìn)行噴漿支護(hù)，以免開孔過程中鉆頭擺動影響開孔位置精度。

（3）鉆孔深度＞10 m，高轉(zhuǎn)速、快推進(jìn)過程中，需密切觀察鉆孔回水狀態(tài)，以免堵孔或卡鉆，影響鉆孔施工。

圖1 8303 綜放面煤層注水設(shè)計(jì)圖

3 煤層注水參數(shù)的確定

3.1 注水系統(tǒng)選擇

煤層注水用水來自主平峒地面兩個(gè)500 m3靜壓水池，注水線路如下：主平硐DN200 靜壓水管→1070 皮運(yùn)巷DN200 靜壓水管→三盤區(qū)皮運(yùn)巷DN200 水管→5303 及2303 巷DN80 靜壓水管，通過25 mm 高壓液管連接到高壓注水泵水箱，通過19 mm 高壓液管分配到附近煤壁至少4 個(gè)注水孔。注水壓力5 MPa。

3.2 鉆孔注水量

5303、2303 巷高位鉆孔注水量按式（3）計(jì)算：

式中：Q為單孔注水量，m3；L為鉆孔實(shí)際長度，取130 m；B 為鉆孔設(shè)計(jì)間距，取10 m；M為煤層厚度，取11.31 m；γ為原煤密度，取1.3 t/m3；q為單位煤體注水量，取0.03 m3/t。

根據(jù)計(jì)算高位鉆孔的注水量為573.4 t。

3.3 單孔注水時(shí)間的計(jì)算

式中：T為單孔注水時(shí)間，h；Q為單孔注水量，m3；V為注水流量，取2.01 m3/h。

根據(jù)計(jì)算高位鉆孔的注水時(shí)間為285.3 h，注水天數(shù)為14.3 d（按照日實(shí)際注水時(shí)間20 h 折算，取整算得）。

3.4 注水注意事項(xiàng)

（1）在煤體注水時(shí)不要忽略降塵劑的添加，必須啟動加降塵劑的設(shè)備，并隨時(shí)觀察壓力表及流量表，觀測壓力的異常和注水量的變化，有問題及時(shí)處理。

（2）在注水前，需在每個(gè)注水孔預(yù)埋管道并安設(shè)流量計(jì)、壓力表，隨時(shí)監(jiān)測注入水量和孔內(nèi)壓力狀態(tài)。

（3）在注水過程中，隨時(shí)注意觀察注水區(qū)域煤壁的狀態(tài)，出現(xiàn)煤壁“掛汗”需停止注水。

4 注水效果

塔山煤礦8303 工作面設(shè)計(jì)注水鉆孔3.4 萬m，設(shè)計(jì)注水時(shí)間14.3 d，注水量573.4 t。在5303 巷和2303 巷分別安設(shè)等差距離監(jiān)測點(diǎn)，在距離作業(yè)面20 m 處設(shè)第1 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)間距20 m。對注水前后的粉塵濃度進(jìn)行監(jiān)測對比，監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖2所示。監(jiān)測結(jié)果表明，8303 工作面通過煤層注水能夠有效降低粉塵濃度，降塵率提高39.55%。

圖2 注水前后粉塵沿程濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)表

5 結(jié)論

塔山煤礦8303 工作面煤體注水降塵技術(shù)應(yīng)用效果表明：（1）通過煤體注水，實(shí)現(xiàn)作業(yè)面煤體含水率由1.80%提高至3.86%，含水率提高了2.06%，產(chǎn)塵量顯著減少。（2）注水前后粉塵濃度對比表明，8303 工作面通過煤層注水能夠有效降低粉塵濃度，降塵率提高39.55%，表明該技術(shù)能夠有效降低工作面粉塵濃度。