動壓長鉆孔煤層注水在趙各莊礦的試驗研究

王 珂

(山西煤礦礦用安全產(chǎn)品檢驗中心,山西 太原 030012)

煤塵既是煤礦安全生產(chǎn)的危險源，又是煤礦主要職業(yè)病危害源。為了降低并控制回采工作面的粉塵，國內(nèi)外的相關(guān)學者和煤礦工程技術(shù)人員通過努力，采取了多種方法進行防塵，如：噴霧灑水、濕式作業(yè)等。這些綜合性的防塵措施屬于被動型的防塵，而防治粉塵危害最為有效的方式應該是積極的防塵方式，即從源頭上控制粉塵的產(chǎn)生。

煤層注水是在作業(yè)面回采之前，根據(jù)煤層的實際特性，選擇合適的鉆孔方式向煤體內(nèi)部注入一定的壓力水，使其盡量均勻地滲入到煤體內(nèi)部的孔隙和裂隙中，改變煤體原有的物理力學特性，使煤體脆性減弱，塑性增強，進而降低煤體開采過程中產(chǎn)生煤塵的可能性，起到從源頭上控制粉塵產(chǎn)生的作用。

在煤層注水過程中，注水鉆孔的特性、注水壓力、注水時間等參數(shù)的選擇，將直接影響最終的注水效果，而這些參數(shù)與煤層的實際狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。通過對各種參數(shù)的分析研究，發(fā)現(xiàn)動壓長鉆孔方式更適用于唐山開灤趙各莊礦。因此，在趙各莊礦3137工作面進行了基礎(chǔ)試驗研究。

1 3137工作面概況

3137工作面位于13水平西翼1石門12煤層。上至3137東一面回風巷，回風巷以上2137、2237工作面于1989—1991年回采完畢；下至3137東一面運輸巷，運輸巷以下尚無采掘工程；西至3137副上山，上山以西為3137輔助運輸巷；東至3137開切眼，開切眼以東為東Ⅲ斷層下盤保護煤柱線。工作面走向長282～288 m，平均285 m。傾斜長69～71 m，平均70 m。

工作面因受礦井寬緩向斜及東Ⅲ斷層影響，煤層走向變化大， 在160°～205°。煤層傾角在9°～43°(受斷層影響)，平均傾角25°，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度在8.5～11.2 m，平均9.3 m。

工作面絕對瓦斯涌出量為12.89 m3/min，煤塵爆炸指數(shù)為47.91％，煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類自燃煤層，最短自然發(fā)火期為6個月。

2 趙各莊礦防塵情況

趙各莊礦主要的防塵措施有濕式鉆眼，水炮泥，爆破噴霧，裝巖(煤)灑水和凈化風流，轉(zhuǎn)載噴霧，沖洗巷幫，濕式噴漿，采煤機、掘進機割煤噴霧，液壓支架降柱、移架同步噴霧，佩戴防塵口罩等防塵措施，以上防塵措施基本上屬于粉塵產(chǎn)生后進行的降塵措施，而沒有從減少粉塵的產(chǎn)生上采取措施，粉塵防治效果不理想，與當前國家對職業(yè)病危害防治要求不相適應。

3 動壓長鉆孔注水方式試驗

為了掌握動壓長鉆孔注水方式的特性，以趙各莊3137綜放工作面為載體進行煤層注水，以獲得該方式的基礎(chǔ)參數(shù)，為其實際應用提供技術(shù)支持。

3.1 注水鉆孔參數(shù)確定

1)注水方式采用動壓長鉆孔煤層預注水方式注水

2)鉆孔布置從回采工作面的回風巷沿煤層傾斜方向，平行于工作面打下探鉆孔。

3)鉆孔參數(shù)確定。

采用ZDY-550S型全液壓鉆機進行施工，鉆機技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 鉆機技術(shù)參數(shù)表

根據(jù)鉆機參數(shù)及實際情況，該礦開孔、終孔直徑均選擇為89 mm。 鉆孔間距：15 m。 開孔位置：鉆孔在工作面回風巷南幫距巷道底部1.4 m位置開孔。 鉆孔傾角：為起到更好的注水效果，鉆孔取7°左右的仰角(相對于煤層傾角的仰角)，終孔距離煤層底板8 m左右。

4)鉆孔布置情況。

本次施工在3137東一面回風巷南幫，為防止工作面煤壁片幫，第一鉆孔超前工作面29 m,其他鉆孔從東向西每15 m施工1個，由于停采線距離上山35 m，最后1個鉆孔距上山34 m，合計共施工鉆孔16個。考慮施工過程中鉆桿的自然下垂情況，各個鉆孔的具體情況見表2。

鉆孔布置見圖1。

表2 鉆孔的具體情況表

圖1 工作面順槽注水孔布置示意圖

3.2 封 孔

1)封孔方法。采用直徑75 mm橡膠快速封孔器封孔。封孔器與水管連接處距鉆孔外口應在8 m以上，并保證鉆孔周圍煤壁不漏水。

2)封孔深度。封孔深度8～10 m，即封孔器外端距煤壁8～10 m。封孔器示意圖見圖2。

圖2 封孔器示意圖

3.3 煤層注水系統(tǒng)

3.3.1注水系統(tǒng)

采用動壓注水，水源由供水水源主管路提供靜壓水至噴霧泵，動壓注水系統(tǒng)由CMZY-80型噴霧泵(含壓力泵、水箱、壓力表、安全閥、溢流閥等)、高壓鋼絲膠管、SGS型雙功能高壓水表、高壓橡膠自動封孔器組成。用高壓膠管將每個鉆孔中的高壓橡膠自動封孔器連接起來。

3.3.2注水參數(shù)

1)注水壓力采用動壓注水，CMZY-80型噴霧泵的泵壓可以控制在8～12 MPa，根據(jù)該礦實際，要求到達注水孔的壓力不小于9 MPa。

2)每孔注水量：

Q=L·B·M·r·△W·K

式中:

Q—每孔平均注水量，m3；

L—工作面長度，m，取70；

B—鉆孔間距，m，取15；

M—煤層平均厚度，m，取9.3；

r—煤的密度，t/m3，取1.45 ；

△W—水分增加平均值，％,取2；

K—濕潤范圍內(nèi)不均衡系數(shù)，取1.05。

則：

Q=297.34 m3

3)注水時間：

T=Q/q

式中：

T—注水時間， h；

Q—每孔平均注水量，m3；

q—單位時間內(nèi)每孔注水量， m3/h,該礦采用分流器控制注水流量，取2。

則：

T=148.67 h=6.19 d

4)超前距離。

第一個鉆孔開始注水時，該鉆孔與回采工作面煤壁之間的距離，即為超前距離BC。

BC=BJ+Bt

式中：

Bc—超前距離，m;

BJ—停止注水時，該鉆孔與回采工作面之間的距離,m，一般為10～20；取15；

Bt—在注水時間內(nèi)回采工作面的推進距離,m

而：Bt=T×Vt

T—注水時間，d,取6.19；

Vt—回采工作面的推進速度，m/d,取2；

則:Bt=12.38 m，BC=27.38 m，實際超前距離選擇為28 m。

5)超前注水時間。

根據(jù)生產(chǎn)銜接，該礦采取邊采邊注方式，鉆孔注水超前于回采的時間為：

TC=BC/Vt

式中：

TC—鉆孔超前注水時間，d;

BC—鉆孔與回采工作面煤壁之間的距離,m，取28；

Vt—回采工作面的推進速度，m/d，取2；

則：

TC=14 d

超前注水時間選擇為14 d。

4 注水效果

4.1 測塵記錄

在煤層注水前后，對工作面煤塵進行測定，在正常使用各防塵設(shè)施的情況下，由專職測塵工進行采樣分析，每兩天測定一次全塵濃度，并做好記錄。

4.2 注水前后工作面各降塵點效果考察

煤層注水的主要目的就是通過預先濕潤煤體，減少采煤各個環(huán)節(jié)粉塵產(chǎn)生量，其測點選擇及布置按《煤礦井下粉塵綜合防治技術(shù)規(guī)范》中有關(guān)要求執(zhí)行。

粉塵治理效果見總粉塵測定結(jié)果表(表3)。

表3 總粉塵測定結(jié)果表

由表3可以看出，經(jīng)過煤層注水后，工作面產(chǎn)塵量大幅度下降，產(chǎn)塵地點降塵率較明顯提高，尤其是在割煤和移架過程，總粉塵濃度降塵率達70％以上，效果明顯。

5 結(jié) 論

1)根據(jù)試驗結(jié)果，注水開孔、終孔直徑均選擇為89 mm、注水孔的壓力不小于9 MPa、超前注水時間選擇為14 d。

2)經(jīng)過煤層注水后，工作面產(chǎn)塵量大幅度下降，產(chǎn)塵地點降塵率提高比較明顯，尤其是在割煤和移架過程，總粉塵濃度降塵率達70％以上，極大地降低了工作面的產(chǎn)塵量，達到了預期目的。

參 考 文 獻

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