新陽礦綜放工作面煤層注水技術應用①

陳德虎 陳軍偉 康懷宇

(1．山西汾西新陽煤業有限責任公司，山西孝義 032306;2.華北科技學院安全工程學院，北京東燕郊 101601)

新陽礦綜放工作面煤層注水技術應用①

陳德虎1②陳軍偉2康懷宇2

(1．山西汾西新陽煤業有限責任公司，山西孝義 032306;2.華北科技學院安全工程學院，北京東燕郊 101601)

煤層注水是采煤工作面有效的防塵措施之一，對降低采煤工作面的粉塵濃度起到重要作用。本文對新陽礦S1105綜采面煤塵量大的情況，煤層注水方法及應用效果進行了闡述，確定采用長孔注水法對綜放工作面煤層進行注水，并對此進行了深入的分析，結合現場進行了注水實測，對實驗數據進行了深入的分析，取得了良好的效果。

綜放工作面;煤層注水;長孔注水;短孔注水

0 引言

新陽礦采用綜采放頂煤技術開采煤層，煤層含硫量2.8%，屬于高硫煤層。綜采放頂煤工作面采高大，放煤高度大，井田上部的小煤窯多，采空區漏風源多，漏風量大。從已開采的綜放工作面的情況看，工作面煤塵的飛揚性很好，開采過程中工作面風流中的煤塵濃度也較高而且硫化氫氣體不斷地從煤層中涌出，嚴重影響了礦井的安全生產。針對新陽煤礦綜放工作面煤塵濃度較高的實際情況，決定采用煤層注水進行治理［1］。

1 新陽礦S1105綜放工作面概況

S1105工作面開采煤層為太原組9#、10#、11#煤合并層，煤層產狀走向北西，傾向北東。煤層平均厚度為8.79m，煤層傾角2°～6°，平均傾角4°。各煤層的孔隙率分別為9#煤層5.35%、10#煤層5.33%、11#煤層5.04%。本工作面開采煤層埋藏深度360 m，上覆含水層為K2、K3、K4石灰巖含水層，其含水量豐富，下層含水層為奧陶紀石灰巖含水層，其含水量豐富，但距本煤層較遠，故對回采無影響。本工作面走向長平均1200 m，傾斜長200m，斜面積為216711m2，工業儲量為2571601t，可采儲量為2097248t，生產中截深0.6m，3班組織生產、班進刀數為2、日進尺3.6 m。S1105工作面H2S氣體在正常開采情況下為0.0002%，最高時0.006%，風量為960 m3/min。粉塵濃度在機組割煤時為264 mg/m3，工作面放煤時為337 mg/m3。經判定新陽礦S1105工作面開采煤層均為可注水煤層［2］。

2 新陽礦S1105綜放工作面煤層注水工藝

煤層注水的目的是增加煤層中水的飽和度，即煤層中的含水率。

根據新陽礦S1105綜放工作面煤層的具體條件，確定采用在采煤工作面、進回風巷長孔注水方案。

2.1 鉆孔布置及施工

本技術采用ZL－750型鉆機(煤炭科學研究總院重慶分院生產)。

鉆孔布置在煤層的中部，為方便排鉆屑，鉆孔應有1°～2°仰角。為防止工作面兩端煤壁片幫，工作面兩個端頭各留10 m不打注液孔。在回風巷道采取平行打孔，注液孔的總數為79個。在皮帶巷道采取平行打孔，布置和回風巷道對稱錯開，注液孔的總數也為79個，打孔深度為90m。

2.2 封孔參數

封孔采用橡膠快速封孔器封孔，封孔器長1m。封孔深度8～10m，即封孔器外端距煤壁8～10m。

2.3 煤層注水參數的確定［3］

煤層注水工藝參數的確定，應能保證在該工藝參數條件下，注水鉆孔所承擔范圍的煤層得到最大可能均勻、充分的濕潤。

2.3.1 每孔注液量：

2.3.2 注液時間：

2.3.3 注液壓力(終壓)：

按照水的供給方式可以分為：(1)靜壓注水：利用地面水源至井下用水地點的靜水壓力，通過礦井防塵管網直接將水引入鉆孔向煤體注水。(2)動壓注水：利用水泵所造成的動壓力向煤體注水。

按照以往的經驗應該優選靜壓注水方式，結合本礦實際條件，靜壓注水壓力3.6MPa。一般情況下注水壓力應滿足以下條件：(1.2～1.5)Pw≤P≤Pr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。通過現場實驗低于4 MPa時，濕潤半徑太小，時間太長，注水效果不好。因此注水壓力應大于4 MPa，所以根據本礦實際情況確定為動壓注水方式。

實驗室對煤樣的動壓注水實驗分析結果為注水壓力應大于5.0MPa，在現場實際注液中，由于煤層和煤樣有差距，注液終壓視具體情況適當調整，初步定為5～9.0MPa左右。單面單循環同時注液孔數：3個;注液孔間距：15 m;注液孔長度：90 m;封孔長度：10 m。

2.3.4 注液系統

注液系統由BRW200/31.5注水泵(含壓力泵、水箱、壓力表、安全閥、溢流閥等)、高壓鋼絲膠管、雙功能高壓水表、高壓橡膠自動封孔器組成。

注液系統主要設備的數量及規格如表1所示。

表1 注液系統主要設備的數量及規格

3 新陽礦煤層注水技術應用及效果

2006年7月在新陽礦S1105工作面開始實行了長孔注入技術方案，鉆機型號為ZL－750，孔距為20m，鉆孔傾角為1°，采用膨脹式封孔器封孔，封孔長度為6 m，孔徑Ф42 mm，詳細情況見表2。

表2 新陽礦S1105工作面煤層注水部分鉆孔記錄簡表

孔號孔長(m)注水壓力(MPa)注水量(m3)進風巷5# 80 5.5 290.1進風巷6# 80 5.5 205.4進風巷7# 80 5.5 299.3進風巷8# 80 6 301.9進風巷9# 80 6 229.5進風巷10# 80 6 223.8進風巷11# 80 6 231進風巷12# 80 6 230進風巷13# 80 6 304.6進風巷14# 80 6 312.1進風巷15# 80 6 332.7回風巷16# 100 6 232.2回風巷17# 100 6 240回風巷18# 100 6 223.8回風巷19# 100 6 373.8回風巷20# 100 6 269.9回風巷21# 100 6 372.2回風巷22# 100 6 246.3回風巷23# 100 6 281.6回風巷24# 100 6 377.8回風巷25# 100 6 263.5回風巷26# 100 6 250.8回風巷27# 100 6 212.8回風巷28# 100 6 299.1回風巷29# 100 6 347.2回風巷30# 100 6 389.5

經測定新陽礦S1105工作面煤層未注水之前含水量為2.49%，注水之后含水量為3.33%。對比注水前與注水后的煤層時，經測定新陽礦S1105工作面機組割煤時粉塵濃度由264 mg/m3下降為105 mg/m3，放煤時由337 mg/m3下降為135mg/m3，工作面粉塵濃度降低約為40%;煤層注水后濕潤煤體中的水分對瓦斯的運動起阻礙作用，降低了落煤與放煤工序的瓦斯涌出量，對改善S1105工作面通風緊張的狀況很有幫助;注水后新陽礦S1105工作面硫化氫氣體已經消除。

4 應用分析

經本次應用的分析研究發現，新陽礦S1105工作面煤層注水后破壞了煤體原有結構的完整性，改變了煤體的物理力學性質，進而軟化了煤體，工作面機組割煤時粉塵濃度由264 mg/m3下降為105 mg/m3，放煤時由337 mg/m3下降為135mg/m3，工作面粉塵濃度降低約為40%。綜上可得出：煤層注水是新陽礦S1105工作面有效的防塵措施之一，對降低采煤工作面的粉塵濃度［4］，減小粉塵對井下工人及作業場所的危害程度起到重要作用，此外煤層注水還可起到延長煤的阻化時間、消減工作面的H2S氣體、防治瓦斯和煤體卸壓［5］等方面的作用。

［1］涂繼正.煤層注水防塵［M］.北京：煤炭工業出版社，1960

［2］趙從國.煤層注水工藝與效果分析［J］.煤炭科技，2005

［3］張永吉等.煤層注水技術［M］.北京：煤炭工業出版社，2000

［4］張紅軍.煤層注水技術在車集煤礦的應用［J］.煤礦開采，2008，(2)

［5］李俊龍.唐安煤礦煤層注水技術的應用［J］.礦業安全與環保，2006，(S1)

Technical analysis of Xinyang Mine coal seams injection on fully mechanized coal face

CHEN Dehu1，CHEN Junwei2，KANG Huaiyu2

(1.Shanxi Fenxi Xinyang Coal Mining Group Corporating Ltd.，Xiaoyi Shanxi032306;2.Safety Engineering College，North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing-East 101601)

Coal seams injection is one of the most effective measures at working face which plays an important role in reducing coal dust concentration.This thesis does a comprehensive elaboration on the issues that coal dust amount is large on S1105 fully mechanized coal face and the disposal methods as well as application results，which draw a conclusion to adopt long－hole injection method for coal seam on fully mechanized coal face，and also a deep analysis of it.Combined with the site injection test，a good result is achieved by further analyzing the experimental data.

Fully mechanized coal face;Coal seams injection;Long－hole injection;Short－hole injection

TD713+.33

A

1672－7169(2011)03－0022－03

2011－03－21

陳德虎(1971－)，男，山西交城縣人，大學畢業，汾西新陽礦煤業有限責任公司通風區區長。