煤層注水在艾維爾溝焦煤公司煤礦中的應(yīng)用

塔依爾·玉沙木丁

(新疆焦煤集團(tuán)艾維爾溝焦煤公司1930煤礦，新疆 烏魯木齊 830025)

在采礦活動中產(chǎn)生大量粉塵，給現(xiàn)場作業(yè)人員和安全生產(chǎn)帶來一定影響。為改變這一狀況，在工作面回采前，通過鉆孔向煤壁注入壓力水，增加煤的水分，從而減少煤層的產(chǎn)塵量和瓦斯的涌出量。

1 概況

新疆焦煤集團(tuán)1930煤礦16223綜采工作面，走向長度870 m，回風(fēng)巷標(biāo)高+1 870 m，運(yùn)輸巷標(biāo)高+1 836 m，工作面傾斜長度130 m，煤層傾角約為23°。該工作面開采煤層為6#煤，采用走向長壁后退式綜采回采工藝，煤層厚度為3．2 m。煤比重1．3～1．35，煤焦油含量較大，黏結(jié)性較大。注水前，回采面的粉塵濃度達(dá)到800 mg/m3。煤層的基本參數(shù)見表1。

表1 煤層的基本參數(shù)

2 參數(shù)選擇

煤層注水從16223回風(fēng)巷720 m點(diǎn)處向東打鉆孔(ZK—150型鉆機(jī))，考慮到鉆孔傾角對封孔及注水的影響，確定采用在回風(fēng)巷平行于工作面順層布置單向鉆孔，見圖1。

圖1 鉆孔布置方式及參數(shù)設(shè)計(jì)示意圖

2．1 鉆孔深度

單向鉆孔注水時，孔深一般為采面傾斜長度的1/2～2/3，即為65～87 m，試驗(yàn)打鉆孔長度為60 m。

2．2 鉆孔直徑

鉆孔孔徑為75 mm。

2．3 鉆孔間距

為了找出合理的鉆孔間距，分兩種鉆孔間距試驗(yàn)，分別是：5 m(5 個孔)、10 m(10 個孔)。

2．4 鉆孔角度及開孔高度

鉆孔平行工作面沿煤層傾斜方向打孔，開孔高度為：距回風(fēng)順槽底板1～1．5 m。

2．5 注水參數(shù)

1)單孔注水量Q：

式中：

Q—單孔注水量，m3;

K—系數(shù)(包括漏水及鉆孔前方煤體吸水)，取1．1;

L—鉆孔長度，m，取60;

B—鉆孔間距(濕潤煤體的寬度)，m，取 5，10，15;

H—煤層厚度，m，取底層采高5;

γ—煤的密度，t/m3，取 1．35;

q—噸煤注水量，m3/t，取 0．01。

根據(jù)鉆孔參數(shù)分別計(jì)算得出的鉆孔間距為5 m、10 m、15 m 時，注水量分別為：22．3 m3、44．6 m3和66．9 m3。

2)單孔注水流量V。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，1930煤礦16223綜采工作面煤層孔隙率低、透水性差的特點(diǎn)，采取小流量長時間注水方法才能使煤體得到充分濕潤。取單孔注水流量為V=0．6 m3/h，通過分流器控制每個鉆孔的流量，使各注水鉆孔的注水量基本相等。

3)注水壓力P。注水壓力反映了鉆孔的注水阻力，其影響因素較多，主要與煤層的透水性及瓦斯壓力有關(guān)。為了提高煤層注水的濕潤效果，采用常壓帶動壓注水。在所取的注水流量條件下造成的注水壓力是否符合該煤層的注水要求，需通過注水實(shí)踐來確定。一般情況下注水壓力應(yīng)滿足以下條件：

式中：

P—注水壓力，MPa;

Pw—煤層中瓦斯壓力，MPa;

Pr—上覆巖層壓力，MPa。

擬定煤層注水泵最高壓力可達(dá)15 MPa，能夠滿足該項(xiàng)目單向長鉆孔動壓注水的需要。

4)注水時間T。單孔注水時間T(h)取決于鉆孔單孔注水量和單孔注水流量，按T=Q/V計(jì)算。

實(shí)際按每天兩班注水，每天注水時間不少于16 h計(jì)算，得出注水的天數(shù)：

計(jì)算得出，該礦在鉆孔間距為5 m、10 m、15m時的注水時間為：3．2天、6．4天和9．6天。同時注水的鉆孔數(shù)量為4個。

5)注水超前工作面的距離X式中：

s—工作面日推進(jìn)進(jìn)度，m，取3．6;

x—停止注水時鉆孔距工作面的距離，m，取70～80;

計(jì)算得出，注水超前工作面的最短距離為105～115 m，實(shí)際試驗(yàn)按120 m考慮。

6)注水鉆孔封孔工藝技術(shù)及裝備。采用水泥稠漿加膨脹劑作為封孔材料，采用KFB型礦用封孔泵進(jìn)行封孔，以保證封孔深度和封孔質(zhì)量。水泥稠漿水灰比為：水泥∶水=1∶0．4，其密度約為2 t/m3。封孔深度按10 m考慮，并根據(jù)實(shí)際注水情況予以修正。

3 注水施工

在16223工作面常壓帶采用一般動壓注水和脈沖動壓注水。

注水系統(tǒng)由煤層高壓注水泵或脈沖注水泵、自動控制水箱、SGS型雙功能高壓水表，DF－3型分流器及截止閥等組成，煤層注水系統(tǒng)示意圖見圖2。

圖2 煤層注水系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)果及論證

通過煤層注水，采面的粉塵濃度和瓦斯涌出量有一定的下降，尤其是采煤機(jī)司機(jī)處粉塵濃度下降30%左右，但其他測點(diǎn)的粉塵濃度下降不大，總的效果不太明顯。

注水前后粉塵濃度對照表見表2。注水前后瓦斯?jié)舛葘φ毡硪姳?。

5 總結(jié)與建議

1)煤的裂隙和孔隙的發(fā)育程度(即孔隙率)可參照性不強(qiáng)。因?yàn)閷τ诓煌梢蚣懊簬r種類的煤層來說，其裂隙和空隙的發(fā)育程度不同，注水效果差異也較大。煤的裂隙越發(fā)育則越易注水。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，孔隙率小于4%可以不進(jìn)行注水，就是因?yàn)榇藭r煤層的透水性較差，注水無效果。建議在做16224工作面煤層注水前，先測定16224工作面煤層孔隙率。

表2 注水前后粉塵濃度對照表

表3 注水前后瓦斯?jié)舛葘φ毡?/p>

2)液體性質(zhì)對注水效果也有一定影響。煤是極性小的物質(zhì)，水是極性大的物質(zhì)，兩者之間極性差越小，越易濕潤。為了降低水的表面張力，減小水的極性，提高對煤的濕潤效果，可以在水中添加表面活性劑。

3)注水參數(shù)的影響。煤層注水參數(shù)包括注水壓力、注水量和注水時間。注水量或煤的水分增量是煤層注水效果的標(biāo)志，也是決定煤層注水除塵率高低的重要因素。

4)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。掌握注水參數(shù)隨注水時間的變化規(guī)律，為今后的注水時間提供依據(jù)和參考;通過對一般動壓和脈沖動壓注水效果的比較，為今后的注水方式選擇提供依據(jù);封孔工藝技術(shù)及參數(shù)對封孔質(zhì)量有影響;鉆孔布置方式對煤層注水參數(shù)及效果有影響;煤層注水降低了煤層瓦斯涌出量或工作面瓦斯?jié)舛取?/p>

［1］ 張國樞．通風(fēng)安全學(xué)［M］．修訂版．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007：277－288．

［2］ 侯士田．HDY－H型支架放頂煤煤壁注水應(yīng)用實(shí)踐［J］．煤炭技術(shù)，2008(11)：39－40．