煤礦井下工作面煤體注水技術(shù)研究

摘要：煤礦資源進行開采的時候，會產(chǎn)生大量的礦塵，并且礦塵在無形中會對人們的生命造成威脅。煤層注水技術(shù)對降低礦塵濃度最為有效，基于此，文章對煤礦井下工作面注水技術(shù)進行了研究，分析了煤層注水的理論。

關(guān)鍵詞：煤礦井下工作面；煤體注水； 煤礦開采

中圖分類號：TD713 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0114-02

我國是以煤炭為主要能源，對于煤炭的開采是以井上開采為主，但是在對煤礦資源進行開采的時候，會產(chǎn)生大量的礦塵，所謂礦塵，是煤塵、巖塵以及一些有毒粉塵的總稱，具有爆炸性、礦塵爆炸，會造成大量的人員傷亡，造成很大的損失，并且礦塵會在無形中會對人們的生命造成威脅，會導(dǎo)致人們患塵肺病。因此國家相關(guān)部門加強對降低礦塵濃度的技術(shù)研究，并且也取得了相應(yīng)的成果，而煤層注水技術(shù)則是最為有效的方法，可以有效地降低礦塵的濃度，保證工人在礦井中的安全生產(chǎn)。

1 煤體內(nèi)的裂隙分布狀況

1.1 層理

煤在形成的過程中會形成各種的煤巖成分的分界面，這種分界面就是煤層的層理面，煤層的層理面不會使煤層直接的斷開，但是會使煤層產(chǎn)生一個弱面，在注水時，水會從這個弱面通過，這個弱面被歸于裂隙。在我們通常所見的水平層理，會有斷續(xù)性層理與斜狀的層理，這種層理不是很明顯，但是在注水的時候，水會沿著這種層理面，而流入需要濕潤的區(qū)域。

1.2 內(nèi)生裂隙

在煤體成煤的過程中，受到覆巖層的壓力作用，并且會受到溫度的影響，使煤體中的一些凝膠化物質(zhì)的分子被壓緊，煤體會經(jīng)過壓縮而產(chǎn)生張力，這種張力會使煤體中產(chǎn)生裂縫。這種裂縫的形成主要是與煤體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，不會受到外界因素的影響，所以會被稱為內(nèi)在裂縫。這種裂縫主要是垂直于層理面，這種內(nèi)在裂縫的表面十分的光滑，對于內(nèi)在裂隙來說，其發(fā)育程度主要是觀察裂隙的數(shù)目以及煤的變質(zhì)程度。

1.3 外生裂隙

外生裂隙產(chǎn)生的主要原因是：在煤層形成之后，很容易受到地質(zhì)構(gòu)造的影響，會受到四面不同力度的影響，從而會產(chǎn)生外生裂隙，這種外生裂隙也是與層理面相交的，并且外生裂隙與層理面相交的角度不同可以分為很多種，而最為常見的是斜交外生裂隙。在裂隙面上由于受到了擠壓，因此會產(chǎn)生剪切滑動，從而會導(dǎo)致擦痕不平。外生裂隙的方式與斷層的方向相同。由于外生裂隙、內(nèi)生裂隙以及層理面相互之間交錯縱橫，因此會產(chǎn)生一些簡單的幾何圖形，這些集合圖形被稱作“節(jié)理”，十分有利于注水的進行。

1.4 次生裂隙

次生裂隙的形成主要是在煤體采落之前，受到周圍煤體開采時的超前支撐壓力作用，或者是遭受到了周圍的爆破工作所影響，而產(chǎn)生的裂隙。次生裂隙主要是人在進行開采時而造成的裂隙，內(nèi)在裂隙以及外在裂隙都屬于原生裂隙，都是在開采之前產(chǎn)生的，而次生裂隙內(nèi)部也會產(chǎn)生原生的煤塵。

1.5 煤體內(nèi)部的孔隙

在煤層的產(chǎn)生的過程中，由于一些揮發(fā)的物質(zhì)或是水分等會不斷地泄出，從而會導(dǎo)致在煤體之中有很多的細微的孔隙，孔隙之間是相互連通的，只有個別的孔隙都是處于封閉的狀態(tài)。

2 煤層注水

（1）注水壓力，由于煤層賦存條件十分的復(fù)雜，因此在自然條件之下，很難注水滲透，因此必須要在注水之前，施加相應(yīng)的壓力，從而來使水能夠滲透到煤體之中，并且在進行滲水的時候，一定要逐漸的施加壓力。

（2）注液的表面張力，在進行煤層的注水時，水對于煤層的濕潤是一種重要的作用，對于固體來說，界面越小，越能夠受到濕潤。下列公式是水面張力以及煤的濕潤面的關(guān)系：

W=σ1（1+cosθ）

在公式中，W代表著煤體濕潤單位面積的界面能，σ1代表著濕潤液的表面的張力，而θ則是表示著煤與濕潤液體的接觸面。根據(jù)以上公式可以看出注入液的表面的張力越小，煤體便越濕潤。

（3）煤層自身因素，影響注水難易的最為主要的因素是煤層裂隙以及孔隙的發(fā)育程度，簡單地說，孔隙率高的煤層滲水很好，注水的壓力相對較低。但是對于煤層的裂隙以及孔隙的發(fā)育情況主要與煤層的一些條件有關(guān)：煤層埋藏的深度以及地壓的集中深度，主要的關(guān)系是：

P地=r均·H·10-4

在公式中，將煤層承受的壓力表示為P地，某一巖層的容重表示r巖，H表示為煤層的深度，可以將公式簡

化成：

P=（0.25-0.3）H

通過公式最終可以看出隨著煤體埋藏的深度地增加，煤層的底層壓力也逐漸地變大，因此，受到壓力的影響，裂隙會逐漸地戲壓緊，從而使透水性隨之變差，注水的壓力也必須要提高。另外，在進行注水的時候，主要注水的壓力小于底層的壓力，那么就不會發(fā)生跑水的現(xiàn)象，但是當(dāng)在煤層之內(nèi)，有比較大的斷層，或是比較大斷層的時候，將會很容易發(fā)生泄水的現(xiàn)象，所以必須要進行全面的考慮。

3 煤層注水的技術(shù)以及工藝

3.1 鉆孔的布置

對于鉆孔的布置主要是取決于煤層的厚度，因此根據(jù)選擇可以對其加以利用，但是當(dāng)煤層厚度過大時，必須要利用三花眼，孔口的位置主要布置比較硬的分層之中，利用這種方式，在注水的時候，將不會過早地破壞孔口，可以使水很快地進入各個分層。

3.2 鉆孔參數(shù)

鉆孔的長度只要比循環(huán)的長度稍微長一點即可，并且注水空間距取決于鉆孔的濕潤半徑。在注水的時候，必須要充分的注意各個小分層之中的透水性能，一定要使空間的煤體在同一分層都濕潤，在進行注水的工作的時候，一定要對煤層的變化進行調(diào)整，使鉆井的直徑必須要與炮眼的直徑一樣，才能夠統(tǒng)一。

3.3 注水的參數(shù)

注水的參數(shù)主要是包括注水的壓力、流量以及注水的時間，煤層中的注水量將會隨著注水的壓力的升高而逐漸地加強，并且注水的時間也會很短。endprint

（1）注水壓力。對于注水的壓力主要有兩種：管網(wǎng)靜壓注水，這種注水方式主要是用地面上的水池來向供水管注水；專用泵注水，在注水的面巷內(nèi)部，設(shè)置一些專用泵，來向各個鉆孔內(nèi)部供水，注水的方式主要與煤體的透水性有關(guān)，并且與泄水時的壓力有關(guān)。

（2）注水量。注水量主要是能夠使?jié)駶櫟姆秶畠?nèi)水分達到標準要求。

（3）注水時間。注水的時間主要是不超過十五分鐘，總共時間不能夠超過五個小時。

（4）注水參數(shù)之間的規(guī)律。注水的壓力、流量以及注水的時間之間是有規(guī)律的，這種規(guī)律主要是由注水開始，并且會隨著壓力的增加而逐漸地升高，并且持續(xù)時間會比較長。在注水的這段期間，水會進入附近的煤體裂隙，只有在裂隙被填滿后，才能夠使水壓升高，但是在水壓達到某一種數(shù)值的時候，那么將會在薄弱的區(qū)域產(chǎn)生新的通道，來與其他的裂隙連通，煤體產(chǎn)生的響聲從而使流量上升，以此類推，會不斷地產(chǎn)生新型的裂隙，最終會使煤體的濕潤的程度達到標準。因此對于煤體的注水過程，不過是一個持續(xù)注壓的過程。

3.3 封孔參數(shù)

封孔參數(shù)主要與煤壁承受的壓力有關(guān)，為了使孔口附近的煤壁不出現(xiàn)漏水的情況，封口的深度必須要合理，必須要能夠保證煤壁的各個部分的濕潤程度均勻。當(dāng)封口的深度過于深，那么水分將會逐漸地集中于深處，但是煤壁卻無法受到濕潤，因此必須要長時間地注水，但是由于條件的限制，是無法長時間注水的，所以必須要增大孔壁的滲水面積，從而來使其各個部分濕潤均勻。

4 結(jié)語

現(xiàn)今我國工業(yè)生產(chǎn)對于煤炭的需求逐漸地增大，但是在煤炭資源的開采中很容易發(fā)生大量的事故，主要的事故原因是由于煤炭的礦塵造成的一些爆炸或是中毒事件，為了有效地降低煤炭開采中的礦塵的濃度，可以采取在煤體表面進行注水的方式，有效地保障煤炭開采中的安全。

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作者簡介：陳云凡（1988—），陽煤集團壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司綜采一隊掛職技術(shù)員，采煤助理工

程師。endprint