“三軟”煤層煤巷掘進超前注鹽水的研究與實施

鄧小磊　周寧

摘 要：嵩山煤礦在“三軟”煤層中為克服煤層膠結度低、易粉碎，煤巷壓力大、來壓快的不利條件，通過研究與實施煤巷掘進超前注鹽水工藝，成功地實現了安全、高效掘進煤巷的目標。

關鍵詞：“三軟”煤層；超前注鹽水工藝；安全、高效

中圖分類號：TD322 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）21-0179-02

“三軟”煤層是指煤層軟、頂板軟和底板也軟的煤層。煤巷掘進過程中，易發生冒頂，同時也會造成支護設備剛度降低，導致頂板的過度下沉、巷幫的極度變形，給煤巷的掘進帶來很大的難度。如何在“三軟”煤層中安全掘進，是一個比較棘手的問題。河南永華能源嵩山煤礦所開采的煤層屬于“三軟”煤層，通過研究并實施超前注鹽水工藝，并對煤巷超前注鹽水，有效的解決了“三軟”煤層煤巷掘進難的問題，此工藝開創了“三軟”煤層安全掘進的先河。

1 工程概況

嵩山煤礦煤層平均厚度為4.42 m，煤層較穩定，煤層走向近東西，傾向北；煤層為緩傾斜煤層，傾角為15～20？觷，平均傾角17？觷。煤層受滑動構造影響，組織疏松，強度低，普氏硬度系數小于0.3，回采時煤層易冒落、片幫。煤巷掘進工作面頂底板巖性情況詳見表1。

2106上順槽0#段屬于嵩山煤礦21采區2 106綜采工作面所屬巷道，在此巷道掘進施工前，通過研究對2 106上順槽0#段煤層實施了超前煤層注鹽水的工藝。

2 施工工藝

①在21采區2106上順槽1#段交岔點向0#順槽煤層打設注水孔，具體注水孔為：巷道上幫距底板向上2 000 mm，距上幫500 mm打1#注水孔，垂直向上偏5？觷；在巷道中心距巷道底板1 500 mm打2#注水孔，垂直向上偏5？觷；在巷道下幫距巷道底板向上1 500 mm，距下幫500 mm打3#注水孔，以水平方向打設。其中1#注水孔孔深35 m，2#注水孔孔深40 m，2#注水孔孔深80 m（鉆孔期間如遇到巖層，停止鉆孔）。“三軟”煤層煤巷超前注水三視圖如圖1所示。

②鉆桿采用直徑Ф75 mm，外加套管，套管采用單節2 m，注水壓力5～8 MPa，注鹽水結束以壓不進去鹽水為準。

③鹽水中工業鹽與水的比例為：工業鹽：水=1：15～20（質量比）。

3 注鹽水后支護設備變形觀測

從2012年7月5日～2012年8月12日，通過對2106上順槽0#段的注鹽水U型鋼棚段的變形量進行了詳細的觀測，平均每3天進行一次觀測。觀測總共選擇了300 m（注鹽水U型鋼棚150 m煤巷、未注鹽水U型鋼棚150 m煤巷），每次觀測分別對其總寬、中心與上幫寬、中心與下幫寬、高這4項進行觀測。

通過觀測數據可以得出，注鹽水U型鋼棚相對于普通U型鋼棚，總體支護效果有所提高。具體體現在在相同時間、相同圍壓下，注鹽水U型鋼棚的總寬比普通U型鋼棚總寬變形量小，比普通U型鋼棚總寬寬450 mm（平均），注鹽水U型鋼棚的觀測點高度比普通U型鋼棚高度變形量小，比普通U型鋼棚總高高310 mm（平均）。注鹽水段在觀測期間返修1次，普通U型鋼棚在觀測期間返修2～3次，注鹽水后煤巷總體上至少可節省1次返修量。

4 經濟效益分析

4.1 減少巷道維修量

在2106上順槽為注鹽水段，相比未注鹽水段可減少1次巷道返修量。按照維修單價為3 300元/m，假設每段順槽按200 m計算，在巷道少返修一遍的情況下，那么1個月可節約維修費用：3 300元/m×200 m=660 000元=66萬元。

全礦煤巷掘進同時按4條巷道計算，每月全礦可節省：66萬元×4=264萬元。

4.2 提高煤質發熱量

通過對2106上順槽0#段注鹽水U型鋼棚段與普通U型鋼棚段變形量進行觀測，不但可以減少巷道的變形量而且有助于提升煤的發熱量，經煤質發熱量化驗結果發現：黑煤加鹽注水后，發熱量由不注鹽水的4 581 cal/g增加到5 321 cal/g，發熱量升高740 cal/g；明煤加鹽注水后，發熱量由不注鹽水的6 896 cal/g降低到6 539 cal/g，發熱量下降357 cal/g。

由于我礦屬于“三軟”煤層，煤質比較疏松，多為黑煤粉狀。對煤體進行注鹽水可以提高整體煤質的發熱量。

5 結 語

實踐證明，在煤層中通過超前注鹽水，因所用鹽為工業用鹽-NaNO2，屬強氧化劑又有還原性，Na+、NO2-可以與煤體相互作用，提高煤體的內聚力和增大煤體的內摩擦角，進而減少掘進煤巷的塑形區范圍，同時還可以增加煤體的粘結性、改善煤體的承載結構，起到濕潤煤體降低煤塵、提高煤質發熱量的作用。

針對“三軟”煤層煤巷掘進，通過研究與實施煤層超前注鹽水的工藝，有效地克服了煤層膠結度低、易粉碎，煤巷壓力大、來壓快的不利客觀條件，成功地實現了安全、高效掘進煤巷的目標，在“三軟”煤層礦區極具推廣價值。

參考文獻：

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