綜掘煤巷煤層注水防塵技術(shù)研究

石 峰

（汾西礦業(yè)靈北煤礦，山西 靈石 031302）

隨著礦井綜合機(jī)械化開采水平的不斷提升，采面推進(jìn)速度、回采巷道掘進(jìn)速度等均得以快速提升，但是也存在采掘作業(yè)面粉塵濃度較高問題[1-2]。噴霧降塵、煤層注水等是礦井常用除塵方式，特別是煤層注水可從根本上減少采煤機(jī)、綜掘機(jī)等推進(jìn)時(shí)的粉塵產(chǎn)生量，對(duì)改善礦井作業(yè)環(huán)境具有顯著的促進(jìn)意義[3-4]。

1 工程概況

3609 回風(fēng)巷位于C3 采區(qū)，采用綜掘方式，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺平均在13 m/d，沿著6 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，煤層埋深平均365 m、厚度3.7 m、傾角5°～9°。3609回風(fēng)巷設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度為2 357 m，設(shè)計(jì)凈寬、凈高分別為5 400 mm、3 700 mm。6 號(hào)煤層原始瓦斯含量為6.2 m3/t，為降低采掘作業(yè)面瓦斯涌出，礦井采用順層鉆孔、長(zhǎng)水平鉆孔等方式對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。

在礦井回風(fēng)立井位置配備有消防以及防塵水池（體積600 m3），并在井下采掘作業(yè)面均進(jìn)行噴霧降塵。但是3609 回風(fēng)巷在掘進(jìn)過程中仍存在粉塵濃度較高、迎頭環(huán)境質(zhì)量差等問題，不僅影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員身體健康而且制約巷道掘進(jìn)效率。為此，提出通過注水提高煤層含水率，改善巷道掘進(jìn)工作面環(huán)境質(zhì)量、從根本上減少粉塵產(chǎn)生量。

2 掘進(jìn)巷道煤層注水設(shè)計(jì)

2.1 注水半徑確定

為了掌握煤層注水半徑同時(shí)便于為后續(xù)的注水鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，在滯后掘進(jìn)迎頭5 m 位置布置一注水孔，并在注水孔旁間隔300 mm 布置考察孔，對(duì)注水孔不同距離下的煤層含水率情況進(jìn)行探測(cè)。注水孔注水壓力取值在2.5～3.5 MPa，注水時(shí)間保持1 h，具體距離注水孔不同距離下的煤層含水率變化情況見表1 所示。

表1 距注水孔不同距離時(shí)煤層含水率變化表

從表1 看出，隨著與注水孔間距增加，煤層含水率呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)；當(dāng)考察孔與注水礦間距超過1.2 m 后，煤層含水率降低至2.0%左右。因此，可判定煤層在2.5～3.5 MPa 注水壓力、注水1 h 時(shí)煤層有效浸潤(rùn)半徑介于0.9～1.2 m。

2.2 注水系統(tǒng)布置

在3609 回風(fēng)巷煤層注水水源為鋪設(shè)至掘進(jìn)迎頭的高壓水管，并使用長(zhǎng)度1 m 的注水器進(jìn)行封孔。為了便于掌握單孔注水量，在注水管路中增加布置流量計(jì)。具體掘進(jìn)迎頭位置注水孔與注水管路連接情況見圖1 所示。

圖1 注水孔與注水管路連接示意圖

在考慮煤層瓦斯預(yù)抽、巷道掘進(jìn)斷面以及注水時(shí)間等參數(shù)對(duì)煤層注水效果影響上，在巷道掘進(jìn)迎頭布置上下兩排注水孔進(jìn)行注水，具體鉆孔布置見下頁圖2 所示，具體注水孔施工參數(shù)見表2 所示。為避免注水孔與掘進(jìn)迎頭瓦斯抽采孔間出現(xiàn)竄孔，布置的注水孔應(yīng)盡量平行瓦斯抽采孔。

圖2 掘進(jìn)迎頭注水孔布置示意圖（mm）

在巷道掘進(jìn)迎頭施工的注水孔孔徑均為42 mm、鉆孔深度均為10.0 m，一個(gè)注水孔施工完畢后即可進(jìn)行封孔注水。注水期間同時(shí)進(jìn)行下一注水孔施工。在掘進(jìn)迎頭布置8 個(gè)注水孔，注水壓力保持在2.5～3.5 MPa、注水時(shí)間均保持在1 h 以上。

3 注水效果分析

3.1 煤層含水率變化情況

待對(duì)回風(fēng)巷煤柱注水完畢后，每掘進(jìn)完成1.5 m即取樣對(duì)煤層含水率進(jìn)行測(cè)定，從而判定注水前后煤層含水率變化情況。具體在掘進(jìn)過程中獲取到的煤層含水率檢測(cè)情況見表2 所示。

表2 煤層含水率變化情況

在掘進(jìn)迎頭通過直接與井下壓水連接對(duì)煤層進(jìn)行注水，從表2 可以看出，采用靜壓注水方式時(shí)由于不需要布置專用注水泵，從而注水系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，注水更為便捷。掘進(jìn)過程中對(duì)在接近迎頭范圍內(nèi)煤層含水率介于2.7%～6.9%，含水率較煤層注水前均得以明顯提升；隨著掘進(jìn)距離增加（注水孔深度增加），煤層含水率呈現(xiàn)緩慢降低趨勢(shì)，分析主要是在注水孔深部位置注水壓力有所降低導(dǎo)致；由于掘進(jìn)迎頭前方煤體內(nèi)裂隙、硬度等存在差異，從而使得不同位置取樣獲取到的煤層浸潤(rùn)效果存在差異，最為直觀表現(xiàn)是不同位置煤層含水率有較大變化。

3.2 掘進(jìn)迎頭粉塵濃度變化情況

在掘進(jìn)巷道綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧系統(tǒng)、迎頭噴霧降塵系統(tǒng)等全部開啟條件下，煤層注水前后掘進(jìn)巷道內(nèi)粉塵濃度變化情況見表3 所示。從表中看出，通過對(duì)煤層進(jìn)行注水后掘進(jìn)迎頭位置粉塵濃度降低幅度平均達(dá)到61.1%，粉塵濃度最大控制在89.4 mg/m3，取得較好的粉塵防治效果。

表3 注水前后掘進(jìn)迎頭粉塵濃度變化情況

4 結(jié)論

1）隨著綜掘設(shè)備應(yīng)用推廣，掘進(jìn)迎頭位置粉塵濃度呈增加趨勢(shì)，同時(shí)隨著與迎頭間距縮小、粉塵濃度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。雖然通過綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧、掘進(jìn)迎頭噴霧等方式可在一定程度上降低迎頭位置粉塵濃度，但是由于粉塵量較大，降塵效果不明顯。注水可提高煤層含水率，從根本上降低掘進(jìn)迎頭粉塵濃度。

2）在3609 回風(fēng)巷內(nèi)將注水壓力設(shè)計(jì)在2.5～3.5 MPa、注水時(shí)間保持1 h 時(shí)，煤層注水有效影響半徑可達(dá)到0.9～1.2 m，煤層含水率較注水前明顯增加，從而可達(dá)到降塵掘進(jìn)迎頭粉塵產(chǎn)生量目的。現(xiàn)場(chǎng)注水后，掘進(jìn)迎頭全塵、呼吸性粉塵質(zhì)量濃度最大分別為89.4 mg/m3、47.6 mg/m3，較注水前降低幅度分別達(dá)到61.1%、54.0%，取得較好的注水降塵成果。