注水防塵技術在突出煤層掘進工作面的應用

高立森　劉傳勇

摘要：為解決突出煤層煤體強度低，濕潤性較差，灑水降塵效果不好的問題，本文采用現(xiàn)場實驗加科學分析手段對煤礦一綜掘工作面進行現(xiàn)場實驗，首先測量該工作面煤體濕潤半徑，得到其值為2.0～2.5m;其次在工作面設計了若干深20m直徑為75mm注水鉆孔，注水壓力為3.5MPa～4.5MPa，時間為2h;而后取芯進行濕潤效果檢驗，注水后降塵效果檢驗和沿程粉塵濃度、綜合降塵效果分析，結果表明：（1）掘進進尺8.0 m處，各個測塵點粉塵濃度都是最低，說明此處注水降塵效果最佳;（2）注水后比注水前呼吸性粉塵及全塵都有所下降，且呼吸性粉塵的降塵率比全塵效果好。

關鍵詞：煤巷綜掘工作面，注水降塵，潤濕效果，呼吸性粉塵，全塵

1 引言

煤層注水是工作面最有效、最根本的防塵措施[1-5]。煤層注水防塵，是通過鉆孔利用水的壓力將水注入即將采掘的煤層中，增加煤的水分，使煤體得到濕潤，并降低煤的強度和脆性，增加塑性，從根本上降低煤巷掘進工作面各工序產(chǎn)生的粉塵量。

由于煤體內(nèi)的裂隙中存在著原生煤塵，水進入后，可將原生煤塵濕潤并粘結，使其在破碎時失去飛揚能力，從而有效地消除這一塵源;水進入煤體內(nèi)部，并使之均勻濕潤，當煤體在掘進中受到破碎時，絕大多數(shù)破碎面均有水存在，從而消除了細粒煤塵的飛揚，預防了浮塵的產(chǎn)生;水進入煤體后使其塑性增強，脆性減弱，改變了煤的物理力學性質(zhì)，當煤體因開采而破碎時，脆性破碎變?yōu)樗苄宰冃?，因而減少了煤塵的產(chǎn)生量[6-11]。

煤的裂隙和孔隙的發(fā)育程度、上履巖層壓力及支承壓力，地壓的集中程度與煤層的埋藏深度、液體性質(zhì)的影響、煤層內(nèi)的瓦斯壓力和注水參數(shù)，如注水壓力、注水速度、注水量和注水時間。

2 注水工藝

為了考察注水時注水的濕潤效果，在巷道右?guī)途嘤^5m處施工直徑為75mm鉆孔進行濕潤半徑的考察，以該鉆孔為圓心，在其內(nèi)側(cè)每隔0.5m進行打鉆（鉆孔布置如圖1所示），取打鉆2米后的鉆屑（每隔2m取一次），進行水分含量測定，以鉆屑水分含量判斷注水后的濕潤效果[3～5]。此時，注水時間為2個小時，現(xiàn)場注水壓力為3.5MPa～4.5MPa。

經(jīng)數(shù)據(jù)測量得到不同位置處的含水量圖，，隨檢驗孔距注水孔距離的增加，鉆屑的煤份含水量逐漸降低;檢驗孔距注水孔2m以后，鉆屑的含水量在2.0%左右，基本上接近煤本身的含水量，因此，可以得到在注水時間為2個小時和注水壓力為3.5MPa～4.2MPa的條件下，其煤塵注水濕潤半徑大致范圍為2～2.5m。隨檢驗孔深度的增加，鉆屑的煤份含水量呈先增加后逐漸降低;檢驗孔距注水孔8m時鉆屑的含水量達到最大值3.60%左右;之后，水分含量逐漸降低并最終接近煤本身的含水量，因此，可以得到在注水時間為2個小時和注水壓力為3.5MPa～4.2MPa的條件下，其煤塵注水濕潤半徑大致范圍為2～2.5m。

3 現(xiàn)場應用與效果分析

3.1 現(xiàn)場應用

根據(jù)綜掘工作面生產(chǎn)實際情況，按照本文注水工藝和步驟，實際單孔注水時間取為2個小時左

右，注水壓力為3.5MPa～4.2MPa。

本試驗考慮到靜壓注水的壓力小的影響，經(jīng)研究決定采取雙孔注水，封孔器為水力自動封孔煤層注水器，封孔長度為2m?？紤]到煤質(zhì)、巷道斷面參數(shù)、注水時間等綜合因素的影響，煤層注水降塵的鉆孔，設計采用Φ75mm的鉆頭，孔深20m，鉆孔與煤層頂?shù)装迤叫?，其?#孔為注水濕潤半徑參考孔。

3.2 濕潤效果

注水完畢后，待進尺2m后，開始在不同位置刻槽取其煤樣，進行煤樣鉆屑水分分析，以檢驗注水后煤層的濕潤效果。進尺不同深度后所得到的煤樣全水分分析結果如表所示。

由表可得：采用靜壓注水，煤層注水效果較好，煤層含水量均增加，最高含水量比原水分增加2.2%，最低比原水分增加0.1%。煤層注水后，含水量隨鉆孔深度呈現(xiàn)先增加后逐漸降低的趨勢。此外，由于煤層地質(zhì)賦存條件差異，不同位置的煤層注水濕潤效果并不一樣。

3.3 降塵效果

為了檢驗注水防塵效果，在煤巷掘進工作面不同深度時，對各個測塵點進行粉塵濃度測定，而后繪制呼吸性粉塵和全塵濃度與掘進進尺關系圖。掘進工作面掘進不同進尺下水幕降塵率。注水前各處的粉塵濃度及注水后同樣條件下掘進8m處粉塵濃度。

煤層注水后掘進進尺8m處，各個測塵點粉塵濃度最低，說明此處注水降塵效果最佳。水幕的降塵效果也非常的好，水幕的降塵率平均在48.3%，說明煤層注水對綜掘工作面降塵起到了一定的作用。

為了檢測注水后沿程粉塵濃度的分布，當工作面進尺8m時關閉水幕下測定沿程粉塵濃度，結合注水前后沿程粉塵濃度大小，可以得到注水前后沿程粉塵濃度分布比較。

注水后比注水前呼吸性粉塵及全塵都有所下降，且呼吸性粉塵的降塵率比全塵效果好。注水后呼吸性粉塵濃度比注水前下降快，注水后在22m處呼吸性粉塵濃度達到穩(wěn)定狀態(tài)，而注水前在30m以后呼吸性粉塵能讀才基本達到了穩(wěn)定。同理，注水后全塵濃度比注水前下降快，注水后在26m全塵達到穩(wěn)定狀態(tài)，而注水前在30m以后全塵才基本達到了穩(wěn)定。

4 結論

本文通過煤層注水降塵的作用和影響因素分析，提出了一套適合煤礦現(xiàn)場應用實際的煤層注水工藝，現(xiàn)場應用試驗驗證了注水工藝的可行性，并得到以下結論：

（1） 采用靜壓注水，煤層注水效果較好，煤層含水量均增加，最高含水量比原水分增加2.2%，最低比原水分增加0.1%。煤層注水后，含水量隨鉆孔深度增加逐漸降低。

（2） 突出煤層掘進頭前方8m處，注水降塵效果最佳。

（3） 注水后比注水前呼吸性粉塵及全塵都有所下降，且呼吸性粉塵的降塵率比全塵效果好。注水后呼吸性粉塵濃度比注水前下降快。