順層抽采鉆孔注水工藝與綜合效果分析

關玉祥

（淮南市安全生產宣傳教育中心，安徽 淮南 232001）

綜采工作面在回采過程中會產生大量煤塵，一晝夜產塵量約占采煤量3%。煤塵嚴重影響礦工身心健康，還會引發煤塵爆炸[1-3]。在綜采工作面實施面內淺孔注水是在工作面回采前超前注水，能起到降塵作用，但存在施工困難、費時費力，嚴重制約綜采工作面高效生產等問題[4]。根據淮南礦業集團《關于工作面兩巷順層抽采鉆孔一孔三用的安排意見》要求，順層鉆孔必須實現瓦斯抽采、地質探查、煤層注水等“一孔三用”?；茨系V業集團張集礦1613（3）工作面因受超前動壓影響，在工作面回采期間存在片幫現象，導致回風瓦斯較大。利用兩巷順層抽采鉆孔及工作面淺孔注水相結合，有效解決了工作面片幫、瓦斯及煤塵防治問題。利用順層鉆孔進行注水不僅可以減少工作面淺孔注水的工作量，解決防塵問題，還可降低煤體破碎和切割能量，提高了綜采工作面生產效率，目前已成為淮南礦區回采工作面的“常規武器”。

1 試驗區概況

張集礦1613（3）工作面位于西三13-1 煤采區第三個塊段，北側為1612（3）采空區，南側為尚未施工的1621（3）工作面。1613（3）工作面面長239 m，回采長度為1 480 m，工作面東側為西三采區13-1煤系統巷道，西側為F22斷層保護煤柱線。

該區域13-1煤層的煤層厚度3.8～6.8 m，平均煤厚4.7 m，煤層傾角8°～14°?；夭蓸烁邽?513.8～-589.0 m，部分區域處于13-1煤突出危險區邊緣，該區域最大煤層原始瓦斯壓力為0.51 MPa，最大煤層原始瓦斯含量4.2 m3/t。

2 煤層注水工藝

1613（3）工作面軌道巷、運輸順巷順層抽采鉆孔，按照走向間距5 m 布置，垂直于巷幫施工，孔深140 m，鉆孔采用Ф113 mm 鉆頭施工，開孔高度距巷底1.5 m。鉆孔施工采用跟管鉆進技術，全程1 寸盤管護孔，采用1.5 寸雙抗實管進行封孔，封孔深度25 m。

兩巷具備順層鉆孔注水條件，并采用工作面易片幫地點實施淺孔注水，該面煤層注水工藝分為前期試驗、中期調整、回采后期加強三個階段。選擇工作面易片幫段20#～80#架段為具體實施地點，實施煤壁淺孔注水；超前工作面5～100 m 內的兩巷順層孔實施注水。為保證工作面注水效果，對1613（3）工作面軌道順槽、運輸順槽預注水區域進行噴注漿加固等工作。

（1）前期準備

①將兩巷距工作面20～70 m 范圍內順層抽采鉆孔與抽采管路斷開。

②利用抽采鉆孔提前對預注水區域進行注漿工作，注漿深度2.5 m，每個孔注水泥量50 kg左右。

（2）煤層注水系統

在1613（3）工作面輔助運輸巷靜壓供水管路的三通閥門上引出Ф51 mm 高壓膠管，接入分流器，分出三支Ф10 mm 的高壓膠管作為注水管路，并在注水管路上接入壓力表、流量表和流量調節閥等。見圖1，單孔累計注水時間、注水量不少于規定值或直到煤幫在預定濕潤范圍內“出汗”為止。其中，1613（3）運輸順巷共28 個注水孔，單孔最大注水量為69#孔，共計注22 m3，單孔注水量最小的孔是70#孔注了1.0 m3。1613（3）軌道順槽共23個孔，單孔注水量最大的是57#孔注了37.8 m3，單孔注水量最小的是43#孔注了7.8 m3。

圖1 工作面順層鉆孔注水

（3）工作面淺孔注水

①利用風鉆打眼，注水孔垂直于工作面煤壁施工，注水孔以單排眼布置。開孔位置距頂板1.0～1.5 m，孔深8～10 m，注水孔間距3 架支架（5.2 m），6 個孔，分三茬共18 個孔循環注水。

②采用靜壓注水，注水壓力選擇在2～3 MPa，注水孔用封孔器封孔深度1.5 m 以上。每個注水孔配置截止閥，利用截止閥控制單孔注水量，確保不能因注水壓力過大而導致煤壁發生片幫。

3 注水效果考察

在對1613（3）工作面兩巷注水后，再將鉆孔聯接到抽采管路上，繼續抽采煤層瓦斯，其運輸順槽和軌道順槽順層鉆孔在注水前后抽采鉆孔瓦斯濃度前后對比見圖2、圖3。由圖2、圖3發現在兩巷順層鉆孔注水前，單孔瓦斯濃度在10%以下，抽采效果較差；在注水后再行合茬抽采，鉆孔瓦斯濃度提高2～3 倍，且在同期工作面回風瓦斯有較大幅度降低；在1613（3）工作面配風量2 300 m3/min，平均日產量在9 000 t/d，最大日產量達到12 000 t/d的情況下，回采期間回風瓦斯濃度不超過0.3%。經測定，煤層注水前上風巷粉塵濃度（全/呼）為273/151，煤層注水后上風巷粉塵濃度（全/呼）為54/35，粉塵濃度降低率為80.2%/76.8%。

圖2 1613（3）運順順層鉆孔注水前后瓦斯抽采濃度對比

圖3 1613（3）軌順順層鉆孔注水前后瓦斯抽采濃度對比

可見，煤層注水不僅增加了煤的水分，使煤體得到濕潤，降低了煤的脆性，增加了煤體強度，起到固結煤壁，減少了片幫問題，還有效解決了工作面瓦斯、煤塵等問題[5-7]。

4 結論

1）順層抽采鉆孔在注水后增加了煤體的塑性，將煤體內部吸附瓦斯變為游離態，提高了抽采效果，單孔濃度提高了2～3 倍；減少了回風瓦斯濃度，工作面回采期間回風瓦斯濃度不超過0.3%。

2）將壓力水通過鉆孔注入煤體內，不僅增加了煤體水分，有效降低工作面溫度和煤塵濃度，而且還改變了煤的物理力學性質，提高了煤體的抗壓強度，減少了工作面煤壁發生片幫的機率。

3）利用兩巷順層鉆孔注水，在同樣條件下，可以減少工作面面內淺孔注水所占用的注水時間，提高工作面生產時間，為綜采工作面高效、高產創造了條件。