煤層注水的應(yīng)用和研究

李玉璽

摘要： 煤層注水具體怎樣操作，注水后的效果分析和研究對(duì)我們煤礦的安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

Abstract： The concrete operation of the coal seam water injection， the effect analysis and the research of water injection have important practical significance to coal mine safety production.

關(guān)鍵詞： 注水；降塵；瓦斯

Key words： water flooding；fallen dust；gas

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）08-0111-03

0 引言

現(xiàn)在煤礦在生產(chǎn)中大多采取對(duì)煤層注水，但在具體的操作中煤層注水究竟有什么作用，對(duì)我們煤礦的安全生產(chǎn)有什么作用，在實(shí)際操作中怎樣對(duì)煤體進(jìn)行注水，以及注水后的效果都需要我們進(jìn)行研究。

耿村煤礦13210工作面煤質(zhì)具有有自然發(fā)火傾向，自然發(fā)火期為一個(gè)月，最短僅為7天。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們采用下文中的方法進(jìn)行煤體注水。

1 煤體注水

工作面深孔注水鉆孔參數(shù)選擇：

①在上巷每隔30m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)施工6個(gè)注水孔，分上下兩排：

上排注水孔距底板1.5m，中間一個(gè)注水孔位于打鉆幫中間，鉆孔坡度-1°，長(zhǎng)度不低于70m，兩側(cè)的注水孔與中間鉆孔相距1.5m，鉆孔坡度-1°，終孔相距10m，長(zhǎng)度71m，夾角8°，兩鉆場(chǎng)相鄰鉆孔終孔位置相距10m。

下排注水孔距底板0.8m，中間一個(gè)注水孔位于打鉆幫中間，鉆孔坡度方向與切眼坡度一致，長(zhǎng)度93m。兩側(cè)的注水孔與中間鉆孔相距1.5m，長(zhǎng)度94m，夾角8°，鉆孔坡度方向下栽，與切眼坡度（8-12°）一致，兩鉆場(chǎng)相鄰鉆孔終孔位置相距10m。

在下巷每隔30m施工一個(gè)注水鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)施工6個(gè)注水孔，分上下兩排：

上排注水孔距底板1.5m，中間一個(gè)注水孔位于打鉆幫中間，鉆孔坡度25°，不低于長(zhǎng)度70m，兩側(cè)的注水孔與中間鉆孔相距1.5m，鉆孔坡度25°，終孔相距10m，長(zhǎng)度71m，夾角8°，兩鉆場(chǎng)相鄰鉆孔終孔位置相距10m。

下排注水孔距底板0.8m，中間一個(gè)注水孔位于打鉆幫中間，鉆孔坡度方向與切眼坡度一致，長(zhǎng)度110m。兩側(cè)的注水孔與中間鉆孔相距1.5m，長(zhǎng)度111m，夾角8°，鉆孔坡度方向上抬，與切眼坡度（8-12°）一致，兩鉆場(chǎng)相鄰鉆孔終孔位置相距10m。鉆場(chǎng)鉆孔示意圖見圖1。

②鉆孔施工：采用ZDY1200s鉆機(jī)施工鉆孔，鉆孔直徑75mm。

③注水壓力：注水壓力不小于12MPa。

④鉆孔施工完成后由通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)封孔，施工區(qū)隊(duì)進(jìn)行高壓注水，注水泵壓力不得小于12MPa，注水完成后，由服務(wù)區(qū)隊(duì)將注水孔連接至清水管，進(jìn)行靜壓注水。

⑤鉆孔施工及高壓注水由掘進(jìn)隊(duì)負(fù)責(zé)，且保證連管注水的鉆孔距窩面不得超過50m。

⑥單孔注水量：Q=K·h·lj·lz·q·γ

式中各參數(shù)代表含義如表1。

則：Q上巷下排中孔=365t，Q上巷下排側(cè)孔=367t，Q上巷上排中孔=282t，Q上巷上排側(cè)孔=285t

Q下巷下排中孔=409t，Q下巷下排側(cè)孔=411t，Q下巷上排中孔=304t，Q下巷上排側(cè)孔=307t

⑦注水時(shí)間：

t上巷下排中孔=Q/qd=15天，t上巷下排側(cè)孔=Q/qd=15天，t上巷上排中孔=Q/qd=11天，t上巷上排側(cè)孔=Q/qd=11天

t下巷下排中孔=Q/qd=17天，t下巷下排側(cè)孔=Q/qd=17天，t下巷上排中孔=Q/qd=12天，t下巷上排側(cè)孔=Q/qd=12天

⑧采用水泥砂漿封孔，封孔長(zhǎng)度不小于15m。

⑨注水標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)慰鬃⑺坎簧儆谠O(shè)計(jì)注水量，注水時(shí)隨時(shí)觀察煤壁，當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤壁滲水或注水壓力降至原壓力的1/3時(shí)，方可停止注水。

⑩上下巷每30m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，在上下巷服務(wù)的區(qū)隊(duì)負(fù)責(zé)對(duì)鉆場(chǎng)內(nèi)的注水孔進(jìn)行施工。

2 淺孔注水

2.1 掘進(jìn)期間：

注水孔參數(shù)選擇：

①窩面注水方式：煤壁淺孔注水。

②鉆孔施工：采用ZDY-120S鉆機(jī)或風(fēng)鉆，鉆孔直徑75mm。

③注水壓力：注水壓力不小于12MPa。

④掘進(jìn)隊(duì)利用每天檢修班，在掘進(jìn)頭煤壁施工注水鉆孔5個(gè)，兩幫4個(gè)孔（1、2、4、5）上下兩排分布呈扇形施工，偏角20度孔深12m，中間一個(gè)3#孔垂直煤墻，孔深12m。掘進(jìn)頭煤壁淺孔注水示意圖見下圖2。

⑤單孔注水量：Q=K·h·lj·lz·q·γ

式中各參數(shù)代表含義如表2。

則： Q=12.8噸

⑥注水時(shí)間：t =Q/qd=2.5h

⑦采用ZFA-45橡膠封孔器，封孔段長(zhǎng)度不小于2m。

⑧注水標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)慰鬃⑺坎簧儆谠O(shè)計(jì)注水量，注水時(shí)隨時(shí)觀察煤壁，當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤壁滲水或注水壓力降至原壓力的1/3時(shí)，方可停止注水。最后施工的一個(gè)注水孔，注水時(shí)間不低于3小時(shí)，只有注水工作完成后，工作面才可以生產(chǎn)。

2.2 回采期間

注水孔參數(shù)選擇：

①工作面注水方式：煤壁淺孔注水。

②鉆孔施工：采用ZDY-120S鉆機(jī)或風(fēng)鉆，鉆孔直徑75mm。

③注水壓力：注水壓力不小于12MPa。

④采煤隊(duì)利用每天檢修班，在工作面煤壁施工注水鉆孔，每個(gè)注水孔深8m，坡度+5°。注水孔距底板1m，工作面最下部鉆孔從第15架（包括下巷端頭支架）向上開始施工，最上部鉆孔距從第15架（包括上巷端頭支架）開始施工，每隔4架施工一個(gè)注水孔。第二日施工鉆孔錯(cuò)開前一日鉆孔1m，依次循環(huán)交替施工。工作面煤壁注水死意圖見圖3。

⑤單孔注水量：Q=K·h·lj·lz·q·γ

式中各參數(shù)代表含義如表3。

則：Q=13噸。

⑥注水時(shí)間：t=Q/qd=3h

⑦采用ZFA-45橡膠封孔器，封孔段長(zhǎng)度不小于2m。

⑧注水標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)慰鬃⑺坎簧儆谠O(shè)計(jì)注水量，注水時(shí)隨時(shí)觀察煤壁，當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤壁滲水或注水壓力降至原壓力的1/3時(shí)，方可停止注水。最后施工的一個(gè)注水孔，注水時(shí)間不低于3小時(shí)，只有注水工作完成后，工作面才可以生產(chǎn)。

3 注水效果

采用以上方法對(duì)煤體進(jìn)行注水后，經(jīng)過和未注水時(shí)工作面的煤塵、瓦斯、防火與降溫等方面的研究及對(duì)比分析后，發(fā)現(xiàn)煤體注水具有以下效果。

3.1 防塵

回采工作面最有效的防塵措施是煤層注水，其作用主要體現(xiàn)在以下方面：

①通過濕潤(rùn)煤體內(nèi)的原生煤塵，可使其無法飛揚(yáng)；

②把煤體的各個(gè)細(xì)小部分都包裹住了，如此即使出現(xiàn)煤體破碎的情況，也不會(huì)導(dǎo)致細(xì)粒煤塵的飛揚(yáng)；

③煤體濕潤(rùn)后其塑形會(huì)增強(qiáng)，脆性會(huì)減弱。

3.2 預(yù)防煤與瓦斯突出

有資料顯示，當(dāng)煤體注水濕潤(rùn)后，其力學(xué)性質(zhì)會(huì)被改變，增大其塑形，減小其彈性和強(qiáng)度，在這種情況下，巷道前方的壓力分布發(fā)生變化，即高壓力向煤體深部轉(zhuǎn)移，壓力集中系數(shù)減小。不僅如此，濕潤(rùn)煤體后，煤體的透氣性也會(huì)降低，阻礙效應(yīng)會(huì)增大等。上述種種因素表明，注水濕潤(rùn)煤體，可消除或降低煤層的突出危險(xiǎn)。

3.3 減小工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?/p>

煤體注水不僅具有防塵/預(yù)防煤與瓦斯突出等作用，還具有減小工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛鹊淖饔茫科湓虬l(fā)現(xiàn)：①濕潤(rùn)煤體中的水分對(duì)瓦斯的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，減小了工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?。②打孔破壞了煤體內(nèi)原有的煤-瓦斯體系的平衡，注水前后則形成了新的煤-瓦斯-水三相體系，體系的這些變化都會(huì)導(dǎo)致瓦斯的涌出。

3.4 防治沖擊地壓

煤層注水后可改變煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，促使煤體塑性變形區(qū)增加，如此可有效降低煤體的應(yīng)力集中程度，防治沖擊地壓。

3.5 防火與降溫

由于通過向煤體注水，會(huì)增大煤體的熱容量和導(dǎo)熱系數(shù)，因此在實(shí)際的開采過程中為了避免煤體的溫度升高，造成火災(zāi)事故，通常都會(huì)在放頂后采取向采空區(qū)注水等有效措施，用于防火，效果明顯，尤其是頂板為泥質(zhì)巖石時(shí)，其效果更加顯著。向煤體注水可起到防火作用的原因是注水后可抑制煤體采空區(qū)的浮煤氧化，減少火災(zāi)發(fā)生的可能性。該法在實(shí)踐中也取得了很好的效果，比如徐州大黃山礦/陜西崔家溝礦等。同時(shí)，通過向煤體注入溫度較低的冷水，可有效降低高溫工作面，具有良好的降溫作用。

4 結(jié)論

我礦采用工作面深孔注水和淺孔注水后，工作面的煤塵由原來的平均濃度為8.5mg/m3，降為現(xiàn)在的3.6mg/m3。工作面回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛纫灿兴档?，特別是在防滅火方面，作用尤為明顯，在13210工作面回采期間沒有發(fā)現(xiàn)一氧化碳?xì)怏w的存在。

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