采煤工作面煤层注水在防尘和降低瓦斯方面的应用探讨

采煤工作面煤层注水在防尘和降低瓦斯方面的应用探讨

高善

淮河能源集团煤业公司张集煤矿 安徽淮南 232001

 摘要：随着采煤工作的不断发展，采煤过程中的相关技术应用问题日渐受到重视。煤层注水的应用对采煤工作面的安全生产有着重要意义，对降低工作面瓦斯涌出量和降低粉尘浓度，提高煤矿生产的安全保障和改善职工的工作条件等方面发挥了重要作用。本文通过对煤层注水的参数设计和效果检验，探讨了煤层注水的效果，并对煤层注水的机理等问题进行了简单分拆。

关键词：静压注水；瓦斯；降尘

1 概述

根据淮南矿业集团的有关规定，回采工作面应当对煤层应进行可注性测试，对于可注水煤层开采过程中必须进行煤层注水。注水效果应以影响区域内煤层的含水率增量不低于1.5%确定。因此张集煤矿对1152（3）工作面回采时采用工作面浅孔注水的措施，以提高降尘效果和降低瓦斯涌出量。

2 工作面概况

1152(3)工作面标高为-427.5～-494.9m，煤层编号13-1煤，黑色，以块状为主，局部上部为粉末状、鳞片状，弱玻璃光泽。煤岩成分以亮煤为主，次为暗煤夹镜煤条带，属半暗～半亮型。13-1煤层稳定，局部受构造影响，煤层变薄、变软，煤层厚度为3.0～5.2m，平均4.2m。

1152（3）工作面总体形态为单斜构造，煤层的总体形态西高东低。煤(岩)层产状: 倾向50～90°，倾角3～7°,平均5°。根据巷道实际揭露、钻孔成果资料及三维地震资料分析：工作面内及其附近共发育断层7条，面内共发育断层5条，均为正断层，断层落差均小于1/2煤厚，此外，工作面进行了坑透解释了异常区3个。

采用综合机械化设备，一次采全高，全部垮落法管理顶板。支架型号：ZZG13000/21/42D ，采煤机型号：MGTY750/1775-WD，运输机型号：SGZ-1000/1710。

3 煤层注水设计

3.1 工作面煤层注水（浅孔注水）

3.1.1 工作面煤层注水有管网静压注水和专用泵加压注水两种主要方式。其中管网静压注水是通过地面或者水池，借助固定供水管网向钻孔注水，而专用泵加压注水则是通过注水专用泵向各钻孔，本工作面选用管网静压注水方式。

3.1.2 浅孔注水钻孔布置及施工：采用气动手持式钻机人工进行打眼，孔径Ф42mm，孔深8.0m，孔间距为5m。钻孔布置在工作面煤壁的中下部，护帮板下方300mm的位置，钻孔采用单排布置，仰角0~5°；采用煤层注水用封孔器进行封孔，封孔深度不小于1m。

3.1.3浅孔注水参数：

注水压力：采用静压水管注水，压力约5Kpm,注水时间：注水时间以煤壁渗水为准 ，实际注水时间30min左右。当煤层“出汗”就说明注水的煤体水分已经达到饱和 ，这时就可以停止注水。一个圆班循环总注水量：按照吨煤注水量15L（煤体水份增加1.5%）考虑。需要说明的是：煤体实际能注入的水量与封孔深度、注水压力、注水流量、煤体的裂隙发育情况等有关。

3.2.注水系统

注水系统由工作面及轨运顺供水系统、高压胶管（直通、变通）、双功能高压水表、截止阀、煤层注水用封孔器、卸载阀（截止阀）等组成；注水系统主要设备规格参数如下。(1)流速流量计：型号YKS-Ⅵ，测量范围0～16MPa，最小流量0.1 m³/h，过载流量5.0 m³/h，常用流量2.25m³/h。(2)高压胶管：Ф25 4SP×10m、Ф13 4SP×10m、Ф10 4SP×10m。(3) 煤层注水用封孔器FKSS-40/15。（4）气动手持式钻机ZQS-50。

4 浅孔注水技术效果的考察

4.1 挤出瓦斯情况

注水时每隔5min测定一次的瓦斯浓度值，可见注水时回风巷道内的瓦斯 浓度有所增大，在没有注水时工作面的T0探头平均瓦斯浓 度为0.13％左右，在注水时平均T0探头瓦斯浓度为0.19％左右，这为工作面正常回采时的瓦斯浓度下降提供了有利条件，对瓦斯管理和提高单产都有积极的意义。

4.2 除尘效果

测尘采样的位置选择，把测点布置在工作面回风巷距工作面上隅角50-70米。通过注水前后粉尘测量数据可以知道，注水前的粉尘浓度为21.6～49.5mg／m ，平均35.5mg／m ，采取浅孔注水后平均粉尘浓度20.2mg／m ，说明粉尘浓度有明显下降。

5 采煤工作面煤层注水技术的机理分析

5.1煤层注水是通过钻孔向回采工作面前方煤体进行注水，依靠压力水改变煤体的力学特性、渗透特性，注水前，煤体孔隙或裂隙中充满了瓦斯等气体。采煤工作面煤体注水对原始状态下煤体进行冲击湿润，水在压力的作用下，以小流量的浸润到煤体内部结构中，使煤体间吸收大量的水，煤体吸收饱和水分以后，开始膨胀，煤层注水的过程就是高压水逐渐从钻孔内向外扩散、驱赶瓦斯的过程。

5.2高压水对煤体的压裂作用使煤壁前方的部分煤体破裂，从而产生一定数量的裂隙，煤体透气性得到极大的提高，从而游离瓦斯得到直接排放。

5.3 注入煤体的水使煤体湿润，一部分游离瓦斯被水分锁住难以直接 涌出，直接减小了破落煤炭中瓦斯的涌出量 。 5.4 水的抑制作用

一般地，水作为一种阻尼材料和惰性介质，对于防治煤与瓦斯突出是有利的，含水的情况下，一方面，由于水进入到煤体裂隙中，使得瓦斯在煤体中的体积比下降，相应地减少了瓦斯气体积蓄的弹性能，这是有利的; 但一方面考虑，由于水的 挤压作用，使得瓦斯在煤体中进一步收缩，相应地增加了单位体积内瓦斯气体积蓄的弹性能，相应地会加重突出的作用。

为避免水与瓦斯作用的不利方面，降低瓦斯的压缩弹性能，从工程措施方面看，应当采取降低瓦斯压力的方法。把抽取瓦斯与注水结合，充分利用水与瓦斯的流动性，采取“水进瓦斯退”的策略，达到降低煤与瓦斯突出的目的。

6 深孔煤层注水的注水参数设置

注水压力、注水时间及注水流量是注水的主要参数，注水压力、注水流量及注水时间是相互制约相互影响的，通常情况下，注水压力越大，相应的注水时间越短，注水流量则越大，一般来说，注水压力有一个最大值和最小值，注水压力的最大值就是要确保煤体不漏水跑水及不破坏顶板与底板，注水压力的最小值就是要确保在特定的时间内输入规定的水量。管网静压注水与专用泵加压注水是注水压力供给的两种主要方式。其中管网静压注水是通过地面或者水池，借助固定供水管网向钻孔注水，而专用泵加压注水则是通过注水专用泵向各钻孔注水。在煤层注水时，注水量要使湿润范围之内的煤体水分增值达1.5%。单孔注水流量一般情况下不应当超过20L/min，且注水时间保持在30min之内，总的注水时间控制在3h-5h之内。

7 结语

煤层注水是减少采煤工作面正常回采时瓦斯涌出量和粉尘产生的很好的措施，是矿井职业病防治的重要工作之一。根据张集煤矿井田地质特征及采煤方法, 确定了煤层注水方式与注水参数，以降低瓦斯涌出量和煤尘。为有效防止矿井职业病危害，提高排放瓦斯效果等提供了经验。

参考文献：

【1】王维虎;煤层注水防尘技术的应用现状及展望[J];煤炭科学技术;2011（01）

【2】王乐;祁南矿煤层注水防尘效果分析[J];江西煤炭科技;2012（04）