巷道長孔煤層注水技術(shù)的應(yīng)用及效果

劉子君

冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦 河北 056201

一、礦井概況

井田位于峰峰礦區(qū)東北部，系薛村、小屯井田深部，地處河北省武安市、磁縣和峰峰礦區(qū)接壤地帶，行政區(qū)劃屬武安市所轄，礦井南距峰峰礦區(qū)18 km，東距邯鄲市22 km，南部薛村、小屯兩礦井均有準(zhǔn)軌專用線通往邯（鄲）—磁（山）—馬（頭）環(huán)行鐵路新坡站，本礦準(zhǔn)軌專用線與小屯礦接軌，邯峰公路由本井田工廣門前通過，交通便利。

礦井設(shè)計能力90萬噸/年，2006年技改后核定生產(chǎn)能力為125萬噸/年。礦井開拓方式為立井、單水平、分區(qū)開拓方式。生產(chǎn)水平標(biāo)高為－450m。主、副井位于井田中央，采用塔式多繩磨擦提升機(jī)，主井提升高度706 m，裝備一對12.5噸箕斗；副井，采用塔式多繩磨擦提升機(jī)，裝備一對一寬一窄的1 t礦車雙層四車罐籠，付井深度為686.78 m；回風(fēng)井深度為530.5 m。井下主運輸系統(tǒng)全部實現(xiàn)皮帶化連續(xù)運輸；輔助運輸采用蓄電池電機(jī)車和1t標(biāo)準(zhǔn)礦車運送物料、設(shè)備、矸石。

二、綜采工作面煤塵產(chǎn)狀及處理方式

綜合機(jī)械化采煤自從問世以來,以其產(chǎn)量高、安全性好、材料和動力消耗少、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點，在國內(nèi)外都受到普遍關(guān)注。但是，綜采工作面產(chǎn)生大量煤塵，其平均粉塵濃度約425mg/m3，當(dāng)工作面受采動影響煤層松軟，煤塵濃度高達(dá)1000mg/m3以上，形成塵害。煤塵嚴(yán)重威脅著安全生產(chǎn)和礦工的身心健康，特別是高瓦斯礦井、突出礦井，因煤塵的參與導(dǎo)致瓦斯燃燒、爆炸的下限降低，增加了瓦斯爆炸的危險性。煤層注水是控制工作面產(chǎn)塵量的根本手段。

三、煤層注水防塵機(jī)理

1.通過物理化學(xué)作用潤濕煤層。煤層的濕潤過程實質(zhì)上是水在煤層裂隙和孔隙中的運動過程是一個復(fù)雜的水動力學(xué)和物理化學(xué)過程的綜合。水在煤層中的運動可以分為壓差所造成的運動和它的自運動。壓差所造成的運動是水在煤層中沿裂隙和大的孔隙按滲流規(guī)律流動。

2.注入水可有效地包裹煤體內(nèi)的每一細(xì)小部分水進(jìn)入煤體各種裂隙和層理后在極其微小的孔隙內(nèi)部都有水的注入。這就使整個煤體有效地被水包裹起來。當(dāng)煤體由于開采而受到破碎時，因絕大多數(shù)的破碎面中充滿著水，可以達(dá)到減少煤塵飛揚的目的。

3.通過改變煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，通過鉆孔注水，使其滲入煤體內(nèi)部，增加煤的水分和塵粒間的黏著力，并降低煤的強(qiáng)度和脆性，增加塑性，減少采煤時煤塵的生成量，同時將煤體中原生細(xì)塵黏結(jié)為較大的塵粒使之失去飛揚能力。

四、174405綜采工作面概述及煤層注水現(xiàn)狀

174405工作面地面位置位于大淑村礦工業(yè)廣場東南方，工作面外段在后塔子村下，工作面里段位于塔子村東南方的農(nóng)田下，地表無重大水利設(shè)施，大部分為農(nóng)田及村莊建筑。井下位置位于大淑村礦井田四采區(qū)的最深開采階段，為四采區(qū)的首采工作面。工作面北以F22斷層為界，南以F14井田邊界斷層為界。工作面上覆及下伏各煤層均未采掘。

該工作面巷道布置在野青層位上，均為摸頂破底掘進(jìn)，工作面上下兩巷為矩形斷面，采用錨網(wǎng)帶（索）及U鋼支護(hù)形式。

174405綜采工作面所采煤層屬于薄煤，上摸頂、下摸底一次采全高，采高為0.9-1.3m。工作面采用ZY3300/07/13D型掩護(hù)式液壓支架跟機(jī)移架支護(hù)方式支護(hù)頂板。上下端頭采用DZ(22—32)/100型單體液壓支柱、π型鋼梁、鉸接頂梁、板梁進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。

根據(jù)我礦實際情況，結(jié)合工作面布置方式，經(jīng)研究決定采用巷道長鉆孔注水方式進(jìn)行注水。這種注水方式是由工作面上下順槽，沿本煤層打鉆注水?？纱蚨鄠€垂直于煤層或扇形布置方式的鉆孔。巷道鉆孔注水采用小流量、長時間的注水方法，由于長鉆孔注水作業(yè)超前于工作面，使注水有充足時間給水在煤體孔隙中的毛細(xì)滲透創(chuàng)造了條件，水可以長時期地緩慢地進(jìn)入煤體的細(xì)微孔隙，濕潤的效果較好。經(jīng)測試，在煤體充分濕潤后，配合煤機(jī)、支架機(jī)械噴霧等輔助手段，煤塵濃度下降至10mg/m3。符合國家行業(yè)規(guī)定。提前注水,不干擾生產(chǎn),注水時間長，煤體濕潤均勻等特點，它不僅降低煤塵、改善了工作條件,而且有效地減少回采過程中的瓦斯涌出量，促進(jìn)了安全生產(chǎn)

五、具體施工方案

1.鉆孔布置

在上下順槽沿本煤層布置注水鉆孔，間距8m，孔深50m，孔徑75mm。

2.注水壓力：2.0 MP（a靜壓注水）。

3.套管及注水管路：下2寸鐵管套管，長度2m。接10mm鋼塑管為注水管。

4.鉆孔機(jī)具：

采用石家莊煤機(jī)廠的Z ZQJC-150/2.8氣動架柱式鉆機(jī)。

5.注水設(shè)計

（1）鉆孔間距：5m。

（2）需注水量。

根據(jù)公式：Qd＝BLxMγ（W1-W2）K

式中Qd—單孔最大注水量，m3；

γ—煤的真密度，1.36t/m3；

W1—注水后要求達(dá)到的水分，4.0%；

W2—煤層自然含水率，2.4%；

K—考慮圍巖吸收水分，水的損失和注水

不均衡系數(shù)，取1.5；

B—孔間距，5m；

M—工作面采高，1.4 m；

Lx—工作面長度，面110 m.。

結(jié)論

用巷道長鉆孔注水法,設(shè)計了合理參數(shù),實施后在防治瓦斯與煤塵及改善井下作業(yè)環(huán)境等方面,取得了非常顯著的效果和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。