毛家莊煤礦綜采工作面煤層注水技術(shù)的應(yīng)用

段旭兵

（山西省柳林縣煤炭工業(yè)局，山西 柳林 033300）

煤層注水是減少工作面粉塵的有效辦法。根據(jù)柳林縣毛家莊煤礦礦井地質(zhì)報(bào)告，毛家莊煤礦8801工作面煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度3.88～4.29 m，平均4.05 m，傾角1°～3°，平均2°，屬近水平煤層。夾矸為粉砂巖，厚度為0.1 m。該煤層原煤水分為0.52%～3.58%，平均1.32%，煤層自身水分小于《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的注水條件，因此理論上可以實(shí)施煤層注水技術(shù)的試驗(yàn)研究，以獲得更好的降塵效果。

1 注水鉆孔工藝及參數(shù)確定

8801工作面采面寬200 m，采長(zhǎng)約1000 m，埋深約500 m，采用傾斜長(zhǎng)壁后退式采煤法，頂板管理采用全部垮落法，通風(fēng)方式為“U+L”型抽出式。工作面巷道布置如圖1所示。

根據(jù)8801工作面煤層賦存特點(diǎn)、巷道布置方式、采煤方法等情況，提出對(duì)8801工作面利用單向長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行注水，鉆孔均沿煤層均勻布置，長(zhǎng)度為220 m。鉆孔角度一般與煤層傾角保持一致，封孔深度為12 m，選用“兩堵一注”水泥封孔，使用一套礦用固定式快速氣囊封孔器及連接3根礦用PE瓦斯抽放管進(jìn)行封孔。由抽放隊(duì)施工注水鉆孔。

圖1 8801工作面巷道布置圖

2 注水方式

采用脈沖動(dòng)壓與靜壓結(jié)合的混合注水方式，在8801巷布置單向長(zhǎng)鉆孔，每次注水2個(gè)孔，工作面超前20 m始終保持有一個(gè)鉆孔在進(jìn)行注水，管路連接及鉆孔布置示意圖如圖2所示。

圖2 8801工作面脈沖動(dòng)壓注水示意圖

3 注水施工方法

（1）封孔材料為瓦斯封孔專用材料，將封孔材料倒入攪拌桶內(nèi)，開動(dòng)2ZBQ-10/12型氣動(dòng)封孔泵將其連續(xù)送入鉆孔內(nèi)。要求水泥漿封孔24 h后，待水泥漿完全凝固封堵鉆孔后再開始進(jìn)行煤層注水。注水孔封口長(zhǎng)度不小于15m。同時(shí)保證封孔質(zhì)量，確保封孔長(zhǎng)度超過煤壁破碎帶。

（2）連接注水鉆孔時(shí)，首先在鉆孔支路上連接截止閥控制鉆孔流量，截止閥后面連接高壓水表，用于監(jiān)控鉆孔壓力、流量。在供水支管上安裝截止閥，控制各個(gè)鉆孔的注水時(shí)間及注水量，防止漏水現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）采用并聯(lián)注水時(shí)，一次注水2個(gè)孔。注水泵安設(shè)在注水孔中間位置，減小注水孔之間的壓力差。如發(fā)現(xiàn)某一孔發(fā)生泄水情況，要及時(shí)停止注水。首先采用工作面供水管路靜壓注水，打開注水管截止閥開始注水，注水時(shí)觀察流量和時(shí)間的變化情況，并進(jìn)行記錄。當(dāng)流量表幾乎不發(fā)生變化時(shí)，待穩(wěn)定2h后，即可停止靜壓注水，這樣給予每個(gè)注水鉆孔充足的時(shí)間，使注入水能夠充分均勻擴(kuò)散潤(rùn)濕深部煤體，然后開啟脈沖注水泵注水。

（4）啟動(dòng)2BZ-40/12型脈沖注水泵，調(diào)定注水泵壓力在4～9 MPa，使用自動(dòng)配比器，配制濃度為0.15%～0.2%的煤塵抑制劑，打開鉆孔的截止閥，進(jìn)行動(dòng)壓注水，同時(shí)觀察注水流量及時(shí)間的變化情況，并進(jìn)行記錄。當(dāng)注水孔口附近出現(xiàn)煤壁“掛汗”或者過載泄壓閥發(fā)生泄壓出水時(shí)，即可停止該組鉆孔的注水工作，待穩(wěn)定12h后，再次采用靜壓與動(dòng)壓兩種注水方式交替進(jìn)行注水，直至孔口附近出現(xiàn)煤壁“掛汗”后，方可準(zhǔn)備下一組鉆孔注水。

（5）工作面回采至距每個(gè)注水孔20m時(shí)，在動(dòng)壓帶區(qū)域內(nèi)進(jìn)行動(dòng)壓注水，每回采至當(dāng)前鉆孔5m時(shí)，方可停止注水。對(duì)下一鉆孔依次進(jìn)行動(dòng)壓注水。在注水過程中，工作人員必須做好相應(yīng)的記錄，包括注水的壓力、流量、注水的孔數(shù)、注水量等相關(guān)參數(shù)，等到升井后及時(shí)做好整理記錄，以備查看。

4 注水效果分析

4.1 鉆孔注水參數(shù)

經(jīng)過一段時(shí)間煤層注水后，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，鉆孔完成注水大約需要3 d時(shí)間，注水壓力設(shè)定為6 MPa，鉆孔潤(rùn)濕半徑平均為5 m。

根據(jù)8801工作面煤層注水記錄，個(gè)別鉆孔注水時(shí)間短，注水量沒有達(dá)到理想效果。主要原因是打鉆時(shí)受現(xiàn)場(chǎng)施工及地質(zhì)條件限制，在封孔時(shí)不能有效封堵，動(dòng)壓注水時(shí)出現(xiàn)廢孔及幫錨索漏水現(xiàn)象。

4.2 注水降塵結(jié)果考察

為了考察注水降塵效果，注水前后使用粉塵采樣器測(cè)定8801工作面粉塵濃度，具體測(cè)定結(jié)果如表1所列。

表1 8801工作面粉塵濃度測(cè)定結(jié)果

從測(cè)塵結(jié)果看，全塵降塵率為50.66%。當(dāng)鉆孔注水量沒有達(dá)到要求時(shí)，工作面降塵率較低，主要原因是在注水過程中周邊錨索出水量大，當(dāng)采煤機(jī)推進(jìn)到該注水區(qū)域時(shí)，粉塵濃度仍然較大。

4.3 注水潤(rùn)濕半徑考察

注水過程中，現(xiàn)場(chǎng)考察注水半徑，當(dāng)注水量達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，鉆孔潤(rùn)濕半徑最大為5.5 m，平均5m；當(dāng)注水量不能達(dá)到理想值時(shí)，鉆孔潤(rùn)濕半徑平均為3.7 m。

5 結(jié)論

以柳林縣毛家莊煤礦8801綜采工作面為研究對(duì)象，開展煤層注水技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用研究，從鉆孔的布置方式、封孔工藝及注水工藝技術(shù)等方面進(jìn)行了分析研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，總結(jié)如下：

（1）注水鉆孔布置，采用單向長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行注水，鉆孔均沿煤層均勻布置。鉆孔角度原則上與煤層傾角保持一致，但是在對(duì)于零度角鉆孔封孔時(shí)，鉆孔在施工過程中必須在正負(fù)2°以上，保證水泥漿在鉆孔中充填密實(shí)。

（2）增加封孔長(zhǎng)度。當(dāng)封孔長(zhǎng)度為12 m時(shí)，注水過程中會(huì)出現(xiàn)孔口及巷幫錨索漏水現(xiàn)象。應(yīng)該及時(shí)將封孔長(zhǎng)度調(diào)整為15 m，保證注水時(shí)不從孔口及其附近煤壁透水、泄水、滲水。對(duì)于孔口附近煤體破碎的情況應(yīng)該增加封孔深度，選擇工作面前方穩(wěn)壓區(qū)為注水區(qū)域，有助于改善注水效果。

（3）動(dòng)、靜壓混合注水時(shí)，控制好動(dòng)靜壓注水時(shí)間，從現(xiàn)場(chǎng)注水參數(shù)分析可以看出，動(dòng)壓注水時(shí)間和靜壓注水時(shí)間相等時(shí)注水效果最佳。8801工作面采用脈沖動(dòng)壓與靜壓結(jié)合，在煤體注水的水中添加煤塵抑制劑注水取得了一定的效果，總粉塵濃度平均降塵率為50.66%，改善了8801工作面的工作環(huán)境。