焦煤煤層高效注水工藝研究

張　強(qiáng)（肥城礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,山東　肥城　271608）

焦煤煤層高效注水工藝研究

張強(qiáng)
（肥城礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,山東肥城271608）

焦煤煤質(zhì)松軟，較脆，粉塵霧化嚴(yán)重，易揚(yáng)塵。傳統(tǒng)的煤層注水效果較差，工作面注水之后，煤體較難濕潤。本文通過對焦煤孔隙結(jié)構(gòu)及煤層的滲透性進(jìn)行分析，研究適合魯西南煤田煤層注水的方式及工藝，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

焦煤；孔隙結(jié)構(gòu)；滲透性；注水方式；注水工藝

1　煤層注水減塵

由于水分子的直徑為2.6×10-10m，因此10-9m以下的細(xì)微孔隙不能考慮在注水濕潤的范圍內(nèi)。通過對我煤礦焦煤煤體孔隙率測定結(jié)果可知，焦煤粉塵孔隙結(jié)構(gòu)屬于A型?？紫堵蕁在15%附近，注水效果較好。

2　煤層注水效果因素分析

2.1滲透方向

實(shí)踐證明，因煤層沿層厚方向表現(xiàn)出煤巖相的不均勻性，由于楊營煤礦3#焦煤層中，上中下不同部位其力學(xué)性能差異較大，其中煤層的上、下位置力學(xué)性能好，滲透性差，中部煤層力學(xué)性能差，滲透能力較好，因此在注水鉆孔布置方面，可考慮上、下部位適當(dāng)增加注水鉆孔數(shù)量。

2.2煤質(zhì)的影響

煤的炭化程度對透水性影響很大，實(shí)驗(yàn)室條件作出的透水性系數(shù)K與揮發(fā)份的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，Va=15～65%的煤比其它煤種的透水性都好。

3　工作面煤層注水參數(shù)分析

3.1工作面概況

工作面走向長度1190m，傾斜長度191m,采用錨網(wǎng)索支護(hù)，“U”型通風(fēng)方式。據(jù)工作面掘進(jìn)巷道實(shí)際揭露煤層資料可知，總厚度1.6m-5.5m，平均3.5m，煤層結(jié)構(gòu)簡單,煤層傾角在23°～39°之間，平均31°。本工作面巷道掘進(jìn)過程中，實(shí)際揭露18條斷層，落差在0.3m～5.0m之間，在回采過程中，可能還將遇到巷道未揭露斷層，對正?；夭纱嬖诓煌潭鹊挠绊?。巷道頂板局部破碎，局部頂板有淋水，淋水量較小。該面3上煤為焦煤，低中灰、中等揮發(fā)分、特低硫、低氧、一級砷、特低磷、強(qiáng)粘結(jié)性、特高發(fā)熱量的焦煤。

3.2注水方式

根據(jù)工作面的設(shè)計(jì)、地質(zhì)條件及煤質(zhì)特性，選擇長空注水方式。該注水方式，鉆孔能濕潤較大區(qū)域的煤體，能獲得較長的注水時(shí)間，煤體濕潤均勻，注水與回采不相互干擾。缺點(diǎn)是鉆孔難度較大，定向打鉆困難，對地質(zhì)條件變化適應(yīng)差。

3.3注水方法

（1）鉆孔直徑：鉆機(jī)選用ZQJC-160/4.1氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)，依據(jù)選用鉆頭參數(shù)確定為：50mm，在3206工作面軌順、膠順煤壁外每隔15m施工一個(gè)注水孔。國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，中低壓或壓長時(shí)間注水效果好。根據(jù)3206工作面孔隙率n15%附近，確定注水壓力為2-4MPa，采用先低壓后中壓長時(shí)間注水方式。

（2）鉆孔長度:依據(jù)工作面長度及現(xiàn)場實(shí)際情況，確定鉆孔長度L=191/2=95.5，取90m。

（3）鉆孔間距及角度：鉆孔間距根據(jù)煤層的濕潤半徑計(jì)算，因該工作面煤層傾角較大，斷層較多，在施工鉆孔時(shí)遵循孔深時(shí)孔距大，孔淺時(shí)孔距小的原則。合理的鉆孔間距一般通過實(shí)踐來確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般按10～20m考慮，取15m。鉆孔角度原則上與煤層傾斜角度一致，使鉆孔始終保持在煤層內(nèi)。若在施工鉆孔過程中遇到頂?shù)装寤驃A矸時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況在原鉆孔位置前后2-5m范圍內(nèi)，合理確定鉆孔角度重新施工。

（4）孔數(shù)n.依據(jù)工作面走向長度及鉆孔間距確定為：n=1190/15=79.3，取80.

（5）單孔注水量：Q單＝Kx×L×B×M×W×q

其中：K x為鉆孔前方煤體受濕潤系數(shù) ,取1.2;L為鉆孔長度，90m；B為鉆孔間距，15m；M為開采厚度，3.5m；W為煤的容重，取 1.42 t/m3；q為噸煤注水量，取0.04m3/t；n為孔數(shù),80個(gè)。

Q單＝1.2×90×15×3.5×1.42×0.04＝322.1，取322m3

Q總=Q單×n=322×80=25760m3

注水量是影響煤體濕潤程度和降塵效果的主要因素。此外注水量還應(yīng)關(guān)注煤層中裂隙的發(fā)育情況等?？山Y(jié)合原來的靜壓注水在短時(shí)間內(nèi)改為動(dòng)壓注水（將煤層裂隙擴(kuò)張一下，以增強(qiáng)煤層透水性），然后再恢復(fù)靜壓注水。

（6）封孔方法：封孔方法采用封孔器進(jìn)行封孔，封孔器外端應(yīng)進(jìn)入孔內(nèi)2m；封孔要嚴(yán)，不能跑水。封孔是注水技術(shù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目前，國內(nèi)外采用水泥封空及封孔器封孔兩種方式，其中水泥封泥法勞動(dòng)強(qiáng)度較大，耗工廢料,特別是注水鋼管被埋入煤層內(nèi)會給采煤機(jī)割煤時(shí)帶來麻煩：但由于比較可靠，我國基本上采用這種方式，而封孔器封孔法操作方便，簡化了封孔工藝，且封孔器可以復(fù)用，材料消耗少，封孔成本較低。缺點(diǎn)是;在較軟的煤層中，封孔器容易壓碎煤壁而漏水;和還會因?yàn)樽⑺畨毫^高及摩擦力不夠，使從鉆孔中射出。因此，應(yīng)按注水壓力選擇與其適應(yīng)的的封孔器型號，最好選擇水力膨脹式封孔器，按注水流量選擇合理的注水管直徑。

工作面選用MF型摩擦式封孔器。MF型在使用時(shí)，將封孔器與注水鋼管連接起采送至鉆孔內(nèi)的封孔位置，順時(shí)針旋動(dòng)注水管使其向前移動(dòng)，這時(shí)橡膠密封筒被壓縮而徑向脹大，封住鉆孔。注水結(jié)束后，逆時(shí)針旋動(dòng)注水管，密封膠管卸壓，膠筒即恢復(fù)原狀，可取出復(fù)用。

（7）注水系統(tǒng)：注水系統(tǒng)由壓力表、流量計(jì)、高壓鋼絲膠管、封孔器組成。

4　結(jié)論

焦煤孔隙結(jié)構(gòu)屬于A型滯后環(huán)，有利于煤層注水。焦煤層中，上中下不同部位其力學(xué)性能差異較大，其中煤層的上、下位置力學(xué)性能好，滲透性差，中部煤層力學(xué)性能差，滲透能力較好，因此在注水鉆孔布置方面，可考慮上、下部位適當(dāng)增加注水鉆孔數(shù)量。楊營礦煤層注水噸煤流量宜為0.03m3/t，封孔時(shí)可選用MF型摩擦式封孔器。楊營煤礦注水方式易選擇長空注水方式。該注水方式，鉆孔能濕潤較大區(qū)域的煤體，能獲得較長的注水時(shí)間，煤體濕潤均勻，注水與回采不相互干擾。

張強(qiáng)（1979—），男，漢族，畢業(yè)于山東科技大學(xué)采礦專業(yè)，現(xiàn)從事采礦技術(shù)工作。