提高煤層注水效果的研究與應(yīng)用

摘要：在煤礦綜合防塵措施中，采煤工作面主要通過煤層深孔注水來降低回采過程中的產(chǎn)塵量，由于煤體不能與凈水很好地濕潤，為了提高煤層注水的效果，可在水中加入濕潤劑，以提高濕潤速度、加大濕潤范圍。本文對其實驗機理進行了一定程度的探討，并在回采過程中，配合其它各種綜合防塵、降塵方法，使產(chǎn)塵量降低到7mg/m3以下，降塵效果顯著。

關(guān)鍵詞：綜合防塵 深孔注水 煤體濕潤劑

0 引言

煤的潤濕性是煤一項很重要的物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù)， 除在煤化工中應(yīng)用外，在煤礦開采及安全中亦有重要作用， 特別是煤層預(yù)注水防塵中。本文對其實驗機理進行了一定程度的探討和煤塵濕潤性能的影響進行了實驗，并進行了實際運用。

1 礦井概況及綜合防塵工作存在問題

平煤十二礦位于平頂山市東部， 為煤與瓦斯突出礦井。目前核定生產(chǎn)能力130萬噸/年。礦井主要開采己組煤層，均具有煤塵爆炸危險性，煤塵爆炸指數(shù)22.93-31.11%；自燃發(fā)火期3-6個月。目前有三個綜采工作面、7個掘進工作面。己15-17200采面位于十二礦己七采區(qū)下部，走向長920m，可采走向長762.5m，切眼斜長225.3m，煤厚3-3.5m，平均3.15m，煤層容重1.31t/m3，煤層傾角10-40°，平均19°。而如何從根本上治理和消滅粉塵，就成為提高煤礦安全等級和保護職工自身安全的具有重要意義的一項舉措。

2 濕潤劑增強注水效果的機理

從滲流理論和表面物理化學(xué)理論可知，液體要真正的潤濕煤體主要取決于液體和煤體本身的性質(zhì)。在液體性能上，體現(xiàn)表面活性劑潤濕能力的主要參數(shù)是表面張力和接觸角，水進入煤體后的運移過程首先是水在壓力作用下，沿著裂縫、節(jié)理、大孔隙以相當大的速度運動，水迅速包圍被裂隙切割的煤體，同時，通過微小孔隙緩慢的向煤體內(nèi)部滲透。在毛細管力作用下的毛細滲透是實現(xiàn)煤體均勻濕潤的主要途徑。注水加濕潤劑后的助滲透作用。

3 表面活性劑的潤濕性及試驗情況

3.1 表面活性劑的潤濕性

將液體滴在固體表面上，由于液體和固體表面性質(zhì)的不同，有時液滴會在固體表面鋪展開來，有時則粘附在表面上成為平凸透鏡狀，這種現(xiàn)象稱為潤濕，其實質(zhì)是界面性質(zhì)及界面能量的變化。固體表面的潤濕性是由固體和液體表面的特性決定的。液體在固體表面的潤濕能力用潤濕的接觸角衡量。根據(jù)固體表面潤濕理論，液體在固體表面形成液滴，達到平衡時，液體滴呈現(xiàn)一定的形狀，如下圖所示。

3.2 煤樣吸濕速度試驗

在煤層注水工藝中，煤體是不可改變的。為此在研究我礦己15-17200采面煤樣吸濕速度與表面活性劑溶液的關(guān)系時，必須考察表面活性劑溶液在這方面的變化情況。因此，我們選出了3 種有代表性并且廉價易得的表面活性劑進行實驗室試驗，見下表1，試驗數(shù)據(jù)見表2、表3。

表1 表面活性劑及其類型

■

表2 不同濃度下粉碎煤樣融入溶液時間（單位：秒）

■

表3 塊煤吸附不同濃度溶液時間（單位：秒）

■

三種表面活性劑價格基本相同，通過以上表格的實驗數(shù)據(jù)表明，十二烷基苯磺酸鈉在濃度達到1%時，粉碎煤樣融入時間、塊煤吸附溶液時間基本能滿足注水需要。

4 采面煤層注水添加侵潤劑的方案

方案一：在地面中央水池中添加

①優(yōu)點：a活性劑添加方便，根據(jù)要求的配比，只用在地面中央水池添加一定量的活性劑，經(jīng)攪拌后直接進入井下主供水管路。b井下的所有噴霧用水都可以使用，有效降低風(fēng)流中的粉塵含量。c由于采面埋深，在注水地點管路壓力達到5Mpa，不需要加壓設(shè)備。

②缺點：a與礦井供水施救方案相抵觸，添加后人員不能飲用。b添加后對井下如綜采面液壓油有分解作用。c由于是直接加入主供水管路，活性劑的使用量增多。

方案二：在井下采面添加

①優(yōu)點：a不與其它用水地點抵觸。b減少活性劑的投入。

②缺點：a在采掘頭面需增加水箱、加壓水泵、部分管路和施工人員的成本投入，資金量大。b增加運輸量。

方案三：在地面中央注漿站中添加

由于添加侵潤劑注水處于試驗階段，可借用礦注漿系統(tǒng)短期進行注水工作。

①優(yōu)點：a活性劑添加方便，根據(jù)要求的配比，只用在地面中央注漿水池中添加一定量的活性劑，經(jīng)攪拌后直接進入井下注漿管路。b不與其它用水地點抵觸。c減少活性劑的投入。d由于采面埋深，在注水地點管路壓力達到5Mpa，不需要加壓設(shè)備。

②缺點：a地面混合需要專人進行操作。b由于采面埋深，在注水地點管路壓力達到5MPa，需人員巡視管路。

5 添加侵潤劑后注水使用效果

經(jīng)論證分析，選取第三種方案，使用十二烷基苯磺酸鈉的1%溶液，采面每天檢修班利用回風(fēng)巷原抽采孔連續(xù)注水一個月，由煤質(zhì)管理部門在采面40、90、130架采煤樣分別進行化驗水份含量（與煤體原始水份對比）。見表4：

表4結(jié)果是與未注水前對比結(jié)果。在采用添加了侵潤劑的水源注水后，采面回采過程中，采用綜合防塵、降塵措施后，煤機司機下風(fēng)側(cè)5m平均揚塵濃度為5.65mg/m3，降低了73%；切眼向外20m回風(fēng)巷處平均揚塵濃度為3.32mg/m3，降低了82%。

6 結(jié)論

①煤層注水中，添加一定比例的侵潤劑，能夠降低水的表面張力和水與煤的接觸角，提高煤層注水的效果，明顯改善注水防塵效果。

②十二礦的煤質(zhì)，適合采用十二烷基苯磺酸鈉溶液進行注水。

③當十二烷基苯磺酸鈉溶液最優(yōu)濃度為1%，效果最佳。短期內(nèi)注水，煤體內(nèi)水份含量達到平均的4%以上。

參考文獻：

[1]孫文標，劉輝，趙宏偉.煤層注水在煤礦安全中的應(yīng)用及效果淺析[J].煤礦安全，2004（12）.

[2]胡起晨.煤層注水效果的有效影響因素[J].煤炭與化工，2013（05）.

[3]王森全，張磊.煤層注水技術(shù)的研究與實踐[J].露天采礦技術(shù)，2010（05）.

作者簡介：

張培軍，河南平頂山人，大學(xué)本科，現(xiàn)從事煤礦“一通三防”管理工作。endprint

摘要：在煤礦綜合防塵措施中，采煤工作面主要通過煤層深孔注水來降低回采過程中的產(chǎn)塵量，由于煤體不能與凈水很好地濕潤，為了提高煤層注水的效果，可在水中加入濕潤劑，以提高濕潤速度、加大濕潤范圍。本文對其實驗機理進行了一定程度的探討，并在回采過程中，配合其它各種綜合防塵、降塵方法，使產(chǎn)塵量降低到7mg/m3以下，降塵效果顯著。

關(guān)鍵詞：綜合防塵 深孔注水 煤體濕潤劑

0 引言

煤的潤濕性是煤一項很重要的物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù)， 除在煤化工中應(yīng)用外，在煤礦開采及安全中亦有重要作用， 特別是煤層預(yù)注水防塵中。本文對其實驗機理進行了一定程度的探討和煤塵濕潤性能的影響進行了實驗，并進行了實際運用。

1 礦井概況及綜合防塵工作存在問題

平煤十二礦位于平頂山市東部， 為煤與瓦斯突出礦井。目前核定生產(chǎn)能力130萬噸/年。礦井主要開采己組煤層，均具有煤塵爆炸危險性，煤塵爆炸指數(shù)22.93-31.11%；自燃發(fā)火期3-6個月。目前有三個綜采工作面、7個掘進工作面。己15-17200采面位于十二礦己七采區(qū)下部，走向長920m，可采走向長762.5m，切眼斜長225.3m，煤厚3-3.5m，平均3.15m，煤層容重1.31t/m3，煤層傾角10-40°，平均19°。而如何從根本上治理和消滅粉塵，就成為提高煤礦安全等級和保護職工自身安全的具有重要意義的一項舉措。

2 濕潤劑增強注水效果的機理

從滲流理論和表面物理化學(xué)理論可知，液體要真正的潤濕煤體主要取決于液體和煤體本身的性質(zhì)。在液體性能上，體現(xiàn)表面活性劑潤濕能力的主要參數(shù)是表面張力和接觸角，水進入煤體后的運移過程首先是水在壓力作用下，沿著裂縫、節(jié)理、大孔隙以相當大的速度運動，水迅速包圍被裂隙切割的煤體，同時，通過微小孔隙緩慢的向煤體內(nèi)部滲透。在毛細管力作用下的毛細滲透是實現(xiàn)煤體均勻濕潤的主要途徑。注水加濕潤劑后的助滲透作用。

3 表面活性劑的潤濕性及試驗情況

3.1 表面活性劑的潤濕性

將液體滴在固體表面上，由于液體和固體表面性質(zhì)的不同，有時液滴會在固體表面鋪展開來，有時則粘附在表面上成為平凸透鏡狀，這種現(xiàn)象稱為潤濕，其實質(zhì)是界面性質(zhì)及界面能量的變化。固體表面的潤濕性是由固體和液體表面的特性決定的。液體在固體表面的潤濕能力用潤濕的接觸角衡量。根據(jù)固體表面潤濕理論，液體在固體表面形成液滴，達到平衡時，液體滴呈現(xiàn)一定的形狀，如下圖所示。

3.2 煤樣吸濕速度試驗

在煤層注水工藝中，煤體是不可改變的。為此在研究我礦己15-17200采面煤樣吸濕速度與表面活性劑溶液的關(guān)系時，必須考察表面活性劑溶液在這方面的變化情況。因此，我們選出了3 種有代表性并且廉價易得的表面活性劑進行實驗室試驗，見下表1，試驗數(shù)據(jù)見表2、表3。

表1 表面活性劑及其類型

■

表2 不同濃度下粉碎煤樣融入溶液時間（單位：秒）

■

表3 塊煤吸附不同濃度溶液時間（單位：秒）

■

三種表面活性劑價格基本相同，通過以上表格的實驗數(shù)據(jù)表明，十二烷基苯磺酸鈉在濃度達到1%時，粉碎煤樣融入時間、塊煤吸附溶液時間基本能滿足注水需要。

4 采面煤層注水添加侵潤劑的方案

方案一：在地面中央水池中添加

①優(yōu)點：a活性劑添加方便，根據(jù)要求的配比，只用在地面中央水池添加一定量的活性劑，經(jīng)攪拌后直接進入井下主供水管路。b井下的所有噴霧用水都可以使用，有效降低風(fēng)流中的粉塵含量。c由于采面埋深，在注水地點管路壓力達到5Mpa，不需要加壓設(shè)備。

②缺點：a與礦井供水施救方案相抵觸，添加后人員不能飲用。b添加后對井下如綜采面液壓油有分解作用。c由于是直接加入主供水管路，活性劑的使用量增多。

方案二：在井下采面添加

①優(yōu)點：a不與其它用水地點抵觸。b減少活性劑的投入。

②缺點：a在采掘頭面需增加水箱、加壓水泵、部分管路和施工人員的成本投入，資金量大。b增加運輸量。

方案三：在地面中央注漿站中添加

由于添加侵潤劑注水處于試驗階段，可借用礦注漿系統(tǒng)短期進行注水工作。

①優(yōu)點：a活性劑添加方便，根據(jù)要求的配比，只用在地面中央注漿水池中添加一定量的活性劑，經(jīng)攪拌后直接進入井下注漿管路。b不與其它用水地點抵觸。c減少活性劑的投入。d由于采面埋深，在注水地點管路壓力達到5Mpa，不需要加壓設(shè)備。

②缺點：a地面混合需要專人進行操作。b由于采面埋深，在注水地點管路壓力達到5MPa，需人員巡視管路。

5 添加侵潤劑后注水使用效果

經(jīng)論證分析，選取第三種方案，使用十二烷基苯磺酸鈉的1%溶液，采面每天檢修班利用回風(fēng)巷原抽采孔連續(xù)注水一個月，由煤質(zhì)管理部門在采面40、90、130架采煤樣分別進行化驗水份含量（與煤體原始水份對比）。見表4：

表4結(jié)果是與未注水前對比結(jié)果。在采用添加了侵潤劑的水源注水后，采面回采過程中，采用綜合防塵、降塵措施后，煤機司機下風(fēng)側(cè)5m平均揚塵濃度為5.65mg/m3，降低了73%；切眼向外20m回風(fēng)巷處平均揚塵濃度為3.32mg/m3，降低了82%。

6 結(jié)論

①煤層注水中，添加一定比例的侵潤劑，能夠降低水的表面張力和水與煤的接觸角，提高煤層注水的效果，明顯改善注水防塵效果。

②十二礦的煤質(zhì)，適合采用十二烷基苯磺酸鈉溶液進行注水。

③當十二烷基苯磺酸鈉溶液最優(yōu)濃度為1%，效果最佳。短期內(nèi)注水，煤體內(nèi)水份含量達到平均的4%以上。

參考文獻：

[1]孫文標，劉輝，趙宏偉.煤層注水在煤礦安全中的應(yīng)用及效果淺析[J].煤礦安全，2004（12）.

[2]胡起晨.煤層注水效果的有效影響因素[J].煤炭與化工，2013（05）.

[3]王森全，張磊.煤層注水技術(shù)的研究與實踐[J].露天采礦技術(shù)，2010（05）.

作者簡介：

張培軍，河南平頂山人，大學(xué)本科，現(xiàn)從事煤礦“一通三防”管理工作。endprint

摘要：在煤礦綜合防塵措施中，采煤工作面主要通過煤層深孔注水來降低回采過程中的產(chǎn)塵量，由于煤體不能與凈水很好地濕潤，為了提高煤層注水的效果，可在水中加入濕潤劑，以提高濕潤速度、加大濕潤范圍。本文對其實驗機理進行了一定程度的探討，并在回采過程中，配合其它各種綜合防塵、降塵方法，使產(chǎn)塵量降低到7mg/m3以下，降塵效果顯著。

關(guān)鍵詞：綜合防塵 深孔注水 煤體濕潤劑

0 引言

煤的潤濕性是煤一項很重要的物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù)， 除在煤化工中應(yīng)用外，在煤礦開采及安全中亦有重要作用， 特別是煤層預(yù)注水防塵中。本文對其實驗機理進行了一定程度的探討和煤塵濕潤性能的影響進行了實驗，并進行了實際運用。

1 礦井概況及綜合防塵工作存在問題

平煤十二礦位于平頂山市東部， 為煤與瓦斯突出礦井。目前核定生產(chǎn)能力130萬噸/年。礦井主要開采己組煤層，均具有煤塵爆炸危險性，煤塵爆炸指數(shù)22.93-31.11%；自燃發(fā)火期3-6個月。目前有三個綜采工作面、7個掘進工作面。己15-17200采面位于十二礦己七采區(qū)下部，走向長920m，可采走向長762.5m，切眼斜長225.3m，煤厚3-3.5m，平均3.15m，煤層容重1.31t/m3，煤層傾角10-40°，平均19°。而如何從根本上治理和消滅粉塵，就成為提高煤礦安全等級和保護職工自身安全的具有重要意義的一項舉措。

2 濕潤劑增強注水效果的機理

從滲流理論和表面物理化學(xué)理論可知，液體要真正的潤濕煤體主要取決于液體和煤體本身的性質(zhì)。在液體性能上，體現(xiàn)表面活性劑潤濕能力的主要參數(shù)是表面張力和接觸角，水進入煤體后的運移過程首先是水在壓力作用下，沿著裂縫、節(jié)理、大孔隙以相當大的速度運動，水迅速包圍被裂隙切割的煤體，同時，通過微小孔隙緩慢的向煤體內(nèi)部滲透。在毛細管力作用下的毛細滲透是實現(xiàn)煤體均勻濕潤的主要途徑。注水加濕潤劑后的助滲透作用。

3 表面活性劑的潤濕性及試驗情況

3.1 表面活性劑的潤濕性

將液體滴在固體表面上，由于液體和固體表面性質(zhì)的不同，有時液滴會在固體表面鋪展開來，有時則粘附在表面上成為平凸透鏡狀，這種現(xiàn)象稱為潤濕，其實質(zhì)是界面性質(zhì)及界面能量的變化。固體表面的潤濕性是由固體和液體表面的特性決定的。液體在固體表面的潤濕能力用潤濕的接觸角衡量。根據(jù)固體表面潤濕理論，液體在固體表面形成液滴，達到平衡時，液體滴呈現(xiàn)一定的形狀，如下圖所示。

3.2 煤樣吸濕速度試驗

在煤層注水工藝中，煤體是不可改變的。為此在研究我礦己15-17200采面煤樣吸濕速度與表面活性劑溶液的關(guān)系時，必須考察表面活性劑溶液在這方面的變化情況。因此，我們選出了3 種有代表性并且廉價易得的表面活性劑進行實驗室試驗，見下表1，試驗數(shù)據(jù)見表2、表3。

表1 表面活性劑及其類型

■

表2 不同濃度下粉碎煤樣融入溶液時間（單位：秒）

■

表3 塊煤吸附不同濃度溶液時間（單位：秒）

■

三種表面活性劑價格基本相同，通過以上表格的實驗數(shù)據(jù)表明，十二烷基苯磺酸鈉在濃度達到1%時，粉碎煤樣融入時間、塊煤吸附溶液時間基本能滿足注水需要。

4 采面煤層注水添加侵潤劑的方案

方案一：在地面中央水池中添加

①優(yōu)點：a活性劑添加方便，根據(jù)要求的配比，只用在地面中央水池添加一定量的活性劑，經(jīng)攪拌后直接進入井下主供水管路。b井下的所有噴霧用水都可以使用，有效降低風(fēng)流中的粉塵含量。c由于采面埋深，在注水地點管路壓力達到5Mpa，不需要加壓設(shè)備。

②缺點：a與礦井供水施救方案相抵觸，添加后人員不能飲用。b添加后對井下如綜采面液壓油有分解作用。c由于是直接加入主供水管路，活性劑的使用量增多。

方案二：在井下采面添加

①優(yōu)點：a不與其它用水地點抵觸。b減少活性劑的投入。

②缺點：a在采掘頭面需增加水箱、加壓水泵、部分管路和施工人員的成本投入，資金量大。b增加運輸量。

方案三：在地面中央注漿站中添加

由于添加侵潤劑注水處于試驗階段，可借用礦注漿系統(tǒng)短期進行注水工作。

①優(yōu)點：a活性劑添加方便，根據(jù)要求的配比，只用在地面中央注漿水池中添加一定量的活性劑，經(jīng)攪拌后直接進入井下注漿管路。b不與其它用水地點抵觸。c減少活性劑的投入。d由于采面埋深，在注水地點管路壓力達到5Mpa，不需要加壓設(shè)備。

②缺點：a地面混合需要專人進行操作。b由于采面埋深，在注水地點管路壓力達到5MPa，需人員巡視管路。

5 添加侵潤劑后注水使用效果

經(jīng)論證分析，選取第三種方案，使用十二烷基苯磺酸鈉的1%溶液，采面每天檢修班利用回風(fēng)巷原抽采孔連續(xù)注水一個月，由煤質(zhì)管理部門在采面40、90、130架采煤樣分別進行化驗水份含量（與煤體原始水份對比）。見表4：

表4結(jié)果是與未注水前對比結(jié)果。在采用添加了侵潤劑的水源注水后，采面回采過程中，采用綜合防塵、降塵措施后，煤機司機下風(fēng)側(cè)5m平均揚塵濃度為5.65mg/m3，降低了73%；切眼向外20m回風(fēng)巷處平均揚塵濃度為3.32mg/m3，降低了82%。

6 結(jié)論

①煤層注水中，添加一定比例的侵潤劑，能夠降低水的表面張力和水與煤的接觸角，提高煤層注水的效果，明顯改善注水防塵效果。

②十二礦的煤質(zhì)，適合采用十二烷基苯磺酸鈉溶液進行注水。

③當十二烷基苯磺酸鈉溶液最優(yōu)濃度為1%，效果最佳。短期內(nèi)注水，煤體內(nèi)水份含量達到平均的4%以上。

參考文獻：

[1]孫文標，劉輝，趙宏偉.煤層注水在煤礦安全中的應(yīng)用及效果淺析[J].煤礦安全，2004（12）.

[2]胡起晨.煤層注水效果的有效影響因素[J].煤炭與化工，2013（05）.

[3]王森全，張磊.煤層注水技術(shù)的研究與實踐[J].露天采礦技術(shù)，2010（05）.

作者簡介：

張培軍，河南平頂山人，大學(xué)本科，現(xiàn)從事煤礦“一通三防”管理工作。endprint