綜掘工作面高壓注水防塵排擠瓦斯技術(shù)與實(shí)踐

葛崇超

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

針對(duì)石臺(tái)礦II3119機(jī)巷綜掘工作面 瓦斯涌出量大，粉塵濃度高，工人勞動(dòng)環(huán)境差的問(wèn)題，采用高壓注水綜合防塵排擠瓦斯技術(shù)措施，注水壓力8MPa，注水流量控制在0.07m3/min以上，注水時(shí)間20 min。提高了工作面降塵效率，均衡了生產(chǎn)和檢修期間工作 面瓦斯涌出量，提高勞動(dòng)效率和勞動(dòng)環(huán)境質(zhì)量。

綜掘工作面；高壓注水；粉塵防治；瓦斯防治

煤礦掘進(jìn)工作面的產(chǎn)塵量在井下總產(chǎn)塵量中所占的比僅次于綜采工作面，并且井巷的掘進(jìn)又以其工序多，塵源分散、粉塵分散度高的特點(diǎn)，成為防塵的重點(diǎn)。煤層注水是礦井預(yù)防重大安全事故的綜合性技術(shù)措施。

1 礦井概況

石臺(tái)煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60萬(wàn)噸/年，礦井原設(shè)計(jì)服務(wù)年限57年。2004年礦井生產(chǎn)能力核定為150萬(wàn)噸。2004年末工業(yè)儲(chǔ)量為2853.3萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量1332.5萬(wàn)噸。

2 高壓注水防塵機(jī)理

高壓注水技術(shù)的防塵機(jī)理與短孔煤層注水技術(shù)相似。通過(guò)鉆孔向煤體注入高壓水，使水滲入到煤體內(nèi)部，增加煤體水份，在落煤時(shí)能有效降低其產(chǎn)塵的能力。其降塵機(jī)理如下：

（1）原生煤塵在煤體內(nèi)得到潤(rùn)濕。在煤體內(nèi)部的裂隙中，存在著原生煤塵，它們隨煤體破碎而飛揚(yáng)于巷道中。高壓水進(jìn)入煤體裂隙后，可將原生煤塵在煤體未破碎前預(yù)先潤(rùn)濕，使其失去飛揚(yáng)的能力，從而有效地消除塵源。

（2）有效地包裹了煤體的每一個(gè)細(xì)小部分。水進(jìn)入煤體裂隙、空隙和層理中，不僅在較大的構(gòu)造裂隙、層理、節(jié)理中存在水，而且在極其微小的孔隙內(nèi)部， 都有水的注入，這樣就使整個(gè)煤體有效地被水包裹起來(lái)。有效預(yù)防浮游煤塵產(chǎn)生。

（3）改變了煤體的物理力學(xué)性質(zhì)。水進(jìn)入煤體后增強(qiáng)塑性，減弱脆性，改變了煤的物理力學(xué)性質(zhì)。因而大量減少了煤體破碎為塵粒的可能性，降低了落煤時(shí)的煤塵量。

（4）使煤體變得松散和容易割落。是該高壓注水技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)煤層注水的關(guān)鍵。通過(guò)其高壓注水過(guò)程使工作面前方一定范圍內(nèi)的煤體得到壓裂和破碎，并在水壓的作用向煤壁方向產(chǎn)生一定的位移，從而使原來(lái)較堅(jiān)硬的煤體結(jié)構(gòu)變得松散，易被綜掘機(jī)割落，降低了綜掘機(jī)落煤時(shí)對(duì)煤體的破碎程度，從而也能有效地降低割煤時(shí)的產(chǎn)塵量。

（5）連續(xù)的防塵作用。落煤后煤體已被濕潤(rùn)，在裝載、運(yùn)輸、提升到地面等過(guò)程中均具有一定的防塵作用。

3 高壓注水排擠瓦斯機(jī)理

煤是一個(gè)多孔隙介質(zhì)，瓦斯在煤層中的存在形態(tài)有兩種：游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)，其中以吸附狀態(tài)存在的瓦斯約占煤層瓦斯含量的80%。煤層高壓注水通過(guò)高壓水的壓裂作用使工作面前方的煤體產(chǎn)生一定程度的破裂松動(dòng)和位移，煤體松動(dòng)范圍的增大，使原本處于集中應(yīng)力區(qū)范圍內(nèi)煤體中的大部分吸附態(tài)瓦斯轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)，并通過(guò)水力壓裂形成的裂隙通道迅速地涌出到采掘空間，這就是高壓注水?dāng)D排瓦斯的基本機(jī)理。

若高壓注水對(duì)煤體的壓擠過(guò)程安排在工作面的檢修班內(nèi)，則會(huì)使檢修班的瓦斯涌出量增大，瓦斯?jié)舛忍岣?。掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出主要來(lái)源于采落的煤炭和煤壁，則工作面的瓦斯涌出高峰是在綜掘機(jī)割煤或放炮落煤工序。

總之，煤層高壓注水的使用均化了綜掘工作面的瓦斯涌出強(qiáng)度，降低了落煤時(shí)的瓦斯?jié)舛?，有利于解決工作面瓦斯經(jīng)常超限的問(wèn)題，這對(duì)于高瓦斯綜掘工作面具有非常重要的意義。

4 高壓注水應(yīng)用實(shí)踐

II3119機(jī)巷綜掘工作面，煤層賦存較穩(wěn)定，煤厚2.2~4.8m，平均厚4.01m，局部含一層夾矸，厚0.1~0.4m，平均0.2m；煤層頂部普遍受巖漿侵蝕，頂部為火成巖和天然焦，厚0.2~1.2m，平均0.6m。煤層傾角10~25°，平均18°。II3119機(jī)巷綜掘工作面沿著向斜軸部掘進(jìn)，構(gòu)造帶煤體瓦斯含量比較大，通過(guò)高壓注水防塵，同時(shí)降低掘進(jìn)期間的瓦斯涌出量，減少掘進(jìn)工作面因瓦斯超限的斷電次數(shù)的同時(shí)提高了工作面的勞動(dòng)環(huán)境。

4.1 注水參數(shù)的選擇

（1）注水孔位置

一般情況下在采高范圍內(nèi)的煤體不是一個(gè)均質(zhì)體，而是由若干不同煤巖類(lèi)型的自然小分層所組成，它們的裂隙率與孔隙率各不相同，高壓注水時(shí)注水孔孔口位置應(yīng)布置在較硬而致密的小分層理，這樣在注水時(shí)就不會(huì)過(guò)早地破壞孔口發(fā)生泄水。

（2）注水孔深度

掘進(jìn)工作面高壓注水的注水鉆孔的長(zhǎng)度為：

式中：L循—掘進(jìn)工作面日循環(huán)進(jìn)度，m；L超—超前注水有效深度，m；為鉆孔仰角，為打鉆及排鉆屑方便選用向工作面前方的注水孔仰角為1~2°。

II3119機(jī)巷綜掘工作面L循＝9m，L超＝1m，則可計(jì)算出L采＝10m。

在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，實(shí)際注水時(shí)鉆孔長(zhǎng)度為10~11m。

（3）注水孔間距

根據(jù)II3119機(jī)巷綜掘工作面煤的特性，根據(jù)測(cè)得的濕潤(rùn)半徑2.5m，并考慮定孔位的方便，充分濕潤(rùn)煤體，布孔方式采用五花眼布置。具體參照?qǐng)D1所示。

（4）注水壓力、流量和時(shí)間

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和注水效果考察，選擇注水壓力在5~8MPa，注水單孔流量在0.07m3/min以上。注水時(shí)間控制在20min注水效果最好，超過(guò)這個(gè)時(shí)間就容易片幫跑水，影響生產(chǎn)。

5 高壓注水效果考察

對(duì)II3119機(jī)巷綜掘工作面進(jìn)行粉塵濃度測(cè)定，是在綜掘機(jī)正常工作，綜掘機(jī)內(nèi)外噴霧開(kāi)啟，各工序正常運(yùn)行的狀態(tài)下在綜掘機(jī)后測(cè)定5個(gè)測(cè)點(diǎn)所產(chǎn)生的粉塵，各測(cè)點(diǎn)注水前后粉塵濃度測(cè)定結(jié)果顯示，注水后降塵效率在61.36~71.88%。

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)對(duì)注水前后工作面瓦斯?jié)舛茸兓Y(jié)果顯示，在注水前工作面平均瓦斯?jié)舛?.4%，絕對(duì)瓦斯涌出量1.52m3/min，注水后平均瓦斯?jié)舛?.22%，絕對(duì)瓦斯涌出量0.83m3/min。排擠瓦斯效果明顯均衡了瓦斯涌出。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)對(duì)II3119機(jī)巷綜掘工作面采用高壓注水，降低了工作面粉塵濃度，提高了工作面的勞動(dòng)環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)也排擠了工作面煤體的瓦斯，均化了瓦斯涌出量，減少了瓦斯?jié)舛瘸薜目赡苄?。提高了掘進(jìn)速度和勞動(dòng)效率，為石臺(tái)礦綜掘工作面綜合防塵排擠瓦斯提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 張飛，郭文彬.煤體內(nèi)裂隙對(duì)潤(rùn)濕性能差的煤層注水效果的影響[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2010，02：20-24.

[2]王佰順，傅昆嵐，胡祖祥.高瓦斯煤層掘進(jìn)工作面水力壓擠排擠瓦斯技術(shù)[J].煤體科學(xué)技術(shù)，2008，05：56-58.