煤壁淺孔高壓注水在回采工作面的應(yīng)用

王 奎 葛崇超

（淮北礦業(yè)集團(tuán)石臺(tái)煤礦，安徽 淮北 235053）

1 引言

煤壁淺孔動(dòng)壓注水是一種積極有效的防治技術(shù)，是一種治本性的防治辦法。煤層注水還能夠破壞煤體內(nèi)原有的煤－瓦斯體系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相體系，從而對(duì)減少高瓦斯回采工作面瓦斯涌出量，進(jìn)而對(duì)防止瓦斯突出有一定的作用。

煤層注水按鉆孔深度分為深孔注水和淺孔注水，深孔注水是在回采工作面的機(jī)、風(fēng)巷沿煤層傾斜方向施工鉆孔，孔深宜依煤層透水性和工作面長(zhǎng)度而定，一般為工作面斜長(zhǎng)的1/2～2/3；淺孔注水是在回采工作面內(nèi)垂直煤壁或與煤壁斜交方向施工鉆孔注水，對(duì)于高瓦斯且煤體干燥的采煤工作面，采用淺孔注水會(huì)收到預(yù)排瓦斯、降塵降溫等多種效果。

石臺(tái)煤礦目前主采的3 層煤由于煤層自然含水率普遍偏低，均在2.0%左右，炮采工作面爆破作業(yè)和綜采工作面割煤過(guò)程中產(chǎn)塵量較大，煤塵治理十分困難。以往，我礦在煤層注水方面主要實(shí)施機(jī)、風(fēng)巷深孔靜壓注水，但由于煤層孔隙率低一般在6%～10%，透水性較差，對(duì)于超前施工順層孔瓦斯抽放的采煤工作面，可以利用順層鉆孔做為深孔注水孔，而對(duì)沒(méi)有采用順層孔瓦斯抽放的采煤工作面，工作面回采后再施工深孔有一定困難，往往滿足不了設(shè)計(jì)要求，采用深孔靜壓注水，即使孔內(nèi)添加滲透棒，也難以取得良好效果。根據(jù)在施工過(guò)程中回采工作面前方存在3～5m的卸壓帶次生裂隙發(fā)育，透水性強(qiáng)的特征，我礦2006年5月初先后在23123、2316-2、3422、23511 回采工作面采用煤壁淺孔高壓注水技術(shù)，取得顯著效果。

2 回采工作面動(dòng)壓注水工藝

2.1 注水流程

回采工作面乳化液泵站→高壓管路→流量計(jì)→高壓管路→注液槍→封孔器→注水孔→煤體。

2.2 所需注水設(shè)備

MSG－12 煤電鉆2 臺(tái)，1m 長(zhǎng)螺旋鉆桿5～10根，鉆桿之間為方型凹凸彈簧扣便攜式聯(lián)接；自動(dòng)膨脹式封孔器（耐壓強(qiáng)度40Mpa，5Mpa 以上時(shí)，封孔管前端閥門自動(dòng)打開(kāi)）若干根；高壓水管接頭、U 型銷;工作面原有液壓泵站及輸液管路系統(tǒng)。

2.3 鉆孔布置方式式及濕潤(rùn)半徑確定

利用早班檢修時(shí)間，沿工作面垂直煤壁布置注水孔，為了封孔器拔出后水容易從煤壁倒流，眼口到眼底水平夾角5 度施工，開(kāi)孔位于工作面采高的中上部;根據(jù)工作面一個(gè)圓班推進(jìn)度確定孔深為5m 為宜;通過(guò)注水實(shí)驗(yàn)，當(dāng)注水閥開(kāi)啟10 分鐘左右時(shí)，在注水孔周圍3.5～4.5m范圍內(nèi)出現(xiàn)煤壁濕潤(rùn)或有滲水現(xiàn)象。注水量最大時(shí)，單孔注水量達(dá)到0.75 噸。通過(guò)頂、底區(qū)工作面實(shí)驗(yàn)煤體濕潤(rùn)半徑確定為4m 左右，孔與孔之間距離以8m 為宜;每個(gè)圓班作業(yè)循環(huán)施工一次。

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2.4 鉆孔注水要求

在回采工作面早班檢修期間，利用采用工作面液壓泵站提供的乳化液（炮采2%～3%，綜采輕放3%～5%）與水配比的高壓水（炮采泵壓大于 18Mpa，綜采輕放泵壓 26Mpa～31Mpa），將液壓槍與自動(dòng)膨脹式封孔器管連接。鉆孔打好后，將封孔管插入鉆孔，封孔器末端距孔口距離不小于200mm。注水時(shí)，必須使用帶壓力表的注液槍，以便觀察注水壓力，注液人員嚴(yán)禁正對(duì)封孔器，注液槍必須卡牢。當(dāng)煤壁出現(xiàn)掛汗或鄰近孔出水時(shí)，煤壁注水工作即可結(jié)束。

2.5 注意事項(xiàng)

前一循環(huán)注水孔的殘眼在下一循環(huán)較短的注水時(shí)間內(nèi)容易出現(xiàn)出水現(xiàn)象，所以后一循環(huán)布置注水孔時(shí)應(yīng)該與上一循環(huán)孔錯(cuò)開(kāi)布置。

注水時(shí)，未注水的相鄰孔容易出現(xiàn)變形，應(yīng)預(yù)先放置封孔器。

注水孔應(yīng)避免打在夾矸層面內(nèi)，否則，注水時(shí)間較長(zhǎng)（實(shí)測(cè)達(dá)40 分鐘以上）煤壁仍然不出水，影響注水效果。

打注水孔時(shí)，孔內(nèi)的煤沫一定要拉凈。

為縮短注水時(shí)間，打眼工序可以與注水工序相距3～4 個(gè)孔平行作業(yè);注水工作應(yīng)該采取多孔同時(shí)實(shí)施。

工作面放炮打眼時(shí)，其炮眼與注水孔距離不能小于500mm，且嚴(yán)禁與注水孔打透。

3 降塵機(jī)理及采工作面高壓注水效果

3.1 降塵機(jī)理分析

采煤工作面煤壁淺孔高壓注水是最有效的防塵措施之一，其除塵機(jī)理包括以下四個(gè)方面：

采工作面煤壁前方存在大量的次生裂隙，再加上高壓水的壓裂作用，可大大增強(qiáng)煤體的透水性，提高注水效果。

注入煤體的水可以濕潤(rùn)煤體中的原生煤塵，并包裹煤的細(xì)小顆粒，回采時(shí)能有效的避免煤塵飛揚(yáng)。

高壓水注入煤體后，能夠使煤體的塑性增強(qiáng)，在破碎過(guò)程中，產(chǎn)塵量將有效降低。

對(duì)于高瓦斯采煤工作面，通過(guò)煤層注水工藝將工作面前方5～8m 范圍內(nèi)的煤層裂隙中瓦斯被擠壓排出，同時(shí)可潤(rùn)濕煤體降塵安全管理的作用。

3.2 采煤工作面淺孔注水效果

從上表可以看出，3 煤層經(jīng)過(guò)淺孔動(dòng)壓注水后，煤體平均含水率有較大的增加。頂區(qū)以23123、3422 回采工作面煤壁動(dòng)壓注水為例其煤體平均含水率分別增加到3.96%和3.58%，底區(qū)以2316-2 回采工作面為例其煤體平均含水率增加到4.25%。割煤或放炮前后平均降塵率分別達(dá)到55.5%和58.5%，效果十分顯著。

3.3 其他作用效果

實(shí)踐表明，采取煤層注水后，不僅能夠起到降塵作用，還能夠減少工作面的瓦斯涌出，預(yù)防突出煤層的煤與瓦斯突出，加寬煤壁前方卸壓帶，粘結(jié)煤層頂板，有效防止片幫漏頂，提高原煤質(zhì)量。3422 回采工作面的瓦斯?jié)舛仍谧⑺盀?.32%，經(jīng)過(guò)高壓注水后瓦斯?jié)舛冉抵疗骄?.22%（風(fēng)量620m3/min），降幅 36.4%，瓦斯涌出量則降低了0.62m3/min。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)回采工作面煤壁淺孔動(dòng)壓注水工藝的改進(jìn)，注水效果顯著，能夠有效地降低回采期間的粉塵濃度，從而有效的預(yù)防煤塵事故發(fā)生，為礦井安全生產(chǎn)提供良好的作業(yè)環(huán)境。改進(jìn)后的淺孔動(dòng)壓注水工藝流程簡(jiǎn)單，注水時(shí)間短，操作方便。煤層注水后破壞了煤體內(nèi)原有的煤－瓦斯體系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相體系，從而減少了回采工作面的瓦斯涌出量。通過(guò)鉆孔向工作面前方進(jìn)行高壓注水，改變了煤的力學(xué)性質(zhì)、滲透性質(zhì)以及煤層的應(yīng)力狀態(tài)，相應(yīng)地改變了突出的激發(fā)和發(fā)生條件，從而達(dá)到工作面作業(yè)時(shí)防止突出危險(xiǎn)的目的。

[1]水義超.煤壁淺孔高壓注水在放頂煤工作面的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2006-05-15.