深孔煤層注水技術及工藝

馬立新

山西陽城陽泰集團宇昌煤業有限公司，山西晉城 048100

深孔煤層注水技術及工藝

馬立新

山西陽城陽泰集團宇昌煤業有限公司，山西晉城 048100

依據水進入煤體的形式，可以將注水方式分為短孔注水、長孔注水及深孔注水。深孔注水的注水孔是垂直于工作面煤壁的深鉆孔，孔的長度通常情況下在10m左右。一般來說，深孔煤層注水難易程度受到諸如外部工藝因素、煤層自身因素、煤層的物理力學性質、煤層內的瓦斯壓力及煤的濕潤邊角等因素的影響。深孔煤層注水技術工藝涉及到鉆孔參數、鉆孔布置、注水參數及封孔參數等。其中注水參水主要包括注水壓力、注水流量及注水時間。

深孔煤層；注水技術；注水參數

0 引言

我國從某種程度上來說是煤炭生產與消費的大國之一，目前煤炭與石油是我國能源生產消費的主要形式，然而作為我國煤炭開采主要方式的井工開采有著諸多缺陷，比如在開采的過程中會產生很多礦塵，這些具有爆炸性的礦塵不僅危及礦井，還造成大量的成員傷亡。煤層注水技術是目前最為有效最為基本的防塵手段，此外還能夠有效防止瓦斯突出及防治沖擊地壓。煤層注水一般有長孔注水、短孔注水及深孔注水等形式，而深孔煤層注水的孔深通常在十米左右，是對工作面前方煤層支承壓力區域內注水，相比于其他煤層注水有一定的特殊性，本研究以此為切入點，探討深孔煤層注水在防治瓦斯及軟化中硬煤層方面的作用，所以具有一定的理論與實際意義。

1 影響深孔煤層注水的因素

一般來說，影響深孔煤層注水有諸多因素，集中表現在外部工藝因素、煤層自身因素、煤層的物理力學性質、煤層內的瓦斯壓力及煤的濕潤邊角等。外部工藝因素包括注水壓力與注液的表面張力。一般來說在自然條件下，深孔煤層難以滲透，煤層的滲透性隨著注水壓力增加而逐漸增加；煤層自身因素包括煤層孔隙與裂隙的發育程度及地壓的集中深度。其中影響深孔煤層的第一因素就是煤層的孔隙與裂隙的發育程度，孔隙與裂隙的發育程度越好則越容易注水；煤層的物理力學性質包括煤炭的強度、硬度、脆性及韌性等，這些物理力學因素將顯著影響深層煤層的注水效果；煤層內的瓦斯壓力是深孔煤層注水的附加阻力，在瓦斯壓力較大的煤層，需要提高注水壓力，進而增加注水難度，我國對那些瓦斯壓力較大的煤層一般采用中壓或者高壓注水；煤的濕潤邊角也是影響深孔煤層注水的一個重要因素，一般來說煤的濕潤邊角越小，則煤層越容易注水，相反則越難。

2 深孔煤層注水相關技術工藝

深孔煤層注水的孔深通常情況下在十米左右，由于地壓相比原始壓力要高出一到三倍，再加上次生裂隙沒有大量形成，所以注水壓力較大，這樣才能確保水不流失。

2.1 鉆孔的布置與鉆孔參數

煤層厚度決定著鉆孔的布置，如果采高低于一點八米時，可以采用單排眼，如果煤層厚度較大，則采用三花眼。鉆孔長度通常情況下要比循環進度長出一點才可以，每一個鉆孔的濕潤半徑決定著注水孔間距。在實際的注水中，注水鉆孔的間距要依據煤層的變化靈活地做出調整，一般來說在兩米到八米之間變動，此外鉆孔直徑和炮眼直徑一致，如果注水后，孔內仍然有積水時，則不可以作為炮眼。

2.2 注水參數與注水參數之間的規律

2.2.1 注水參數

注水壓力、注水時間及注水流量是注水的主要參數，注水壓力、注水流量及注水時間是相互制約相互影響的，通常情況下，注水壓力越大，相應的注水時間越短，注水流量則越大，一般來說，注水壓力有一個最大值和最小值，注水壓力的最大值就是要確保煤體不漏水跑水及不破壞頂板與底板，注水壓力的最小值就是要確保在特定的時間內輸入規定的水量。管網靜壓注水與專用泵加壓注水是注水壓力供給的兩種主要方式。其中管網靜壓注水是通過地面或者水池，借助固定供水管網向鉆孔注水，而專用泵加壓注水則是通過注水專用泵向各鉆孔注水。在深孔煤層注水時，注水量要使濕潤范圍之內的煤體水分增值達到1%到2%，單孔注水流量一般情況下不應當超過20L/min，且注水時間保持在15min之內，總的注水時間控制在3h～5h之內。

2.2.2 注水參數之間的規律

總的來說，深孔煤層注水整個過程是一個脈動的注壓過程，當注水開始以后，注水流量隨著注水壓力增大而增大，幾分鐘后，進入附近的煤體裂隙中的水充滿后，注水流量迅速下降，且注水壓力增大。當注水壓力達到特定值時，煤體流量再一次上升，當水再一次充滿壓開的裂隙通路后，水壓又上升，而流量則下降，這樣反復進行。

2.3 封孔參數

一般來說，科學的封孔深度應當確保孔口附近的煤壁不漏水。從某種程度上來說，煤壁承受的注水壓力與封孔深度有著十分密切的關系，如果封孔深度過深的話，煤體水分則會集中在深部，煤壁則會相對較干燥，如果要濕潤煤壁，則需要延長注水時間，這對深孔煤層注水帶來很多困難，所以封孔深度一方面要確保不漏水，同時要盡可能地加大孔壁滲水面積，避免出現里濕外干，實踐表明，深孔煤層注水封孔深度一般是孔深的30%。

3 結論

總之，深孔煤層注水受到外部工藝因素、煤層自身因素、煤層的物理力學性質、煤層內的瓦斯壓力及煤的濕潤邊角等因素的影響。煤層厚度決定著鉆孔的布置，每一個鉆孔的濕潤半徑決定著注水孔間距，在實際的注水中，注水鉆孔的間距要依據煤層的變化靈活地做出調整。注水壓力、注水時間及注水流量是注水的主要參數，注水壓力、注水流量及注水時間之間相互制約相互影響。此外封孔深度一方面要確保不漏水，同時要盡可能地加大孔壁滲水面積。

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[2]孫文標，劉輝.煤層注水在煤礦安全中的應用及效果淺析[J].煤礦安全，2004.

[3]張永吉.煤層注水技術[M].北京：煤炭工業出版社，2000.

TD713

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1674-6708（2011）57-0059-01

馬立新，助理工程師，職務：煤礦生產副礦長