綜采工作面煤層動壓注水技術研究

李 峰

（淮南礦業(yè)集團新莊孜礦，安徽 淮南 232072）

綜采工作面煤層動壓注水技術研究

李 峰

（淮南礦業(yè)集團新莊孜礦，安徽 淮南 232072）

本文以新莊孜礦66207工作面為工程背景，系統(tǒng)研究了煤層動壓注水在工作面的應用，研究證明：通過煤層注水不僅可以從根本上改變煤體物理力學性質，增強其抗剪強度，有效遏制煤壁片幫為工作面安全高效開采提供了技術保證，實現了生產、安全與經濟三重效益。

綜采工作面；松軟煤層；動壓注水；煤壁淺孔；兩巷深孔

1 概述

新莊孜礦屬近距離煤層群開采，開采引起的本煤層以及煤層與煤層之間產生的復雜應力場和位移場相互影響，礦壓顯現的時空關系復雜。目前，制約綜采工作面高產高效的主要因素是煤壁易片幫﹑掉頂，針對這種現象，控制煤壁片幫﹑掉頂關鍵在于從根本上提高煤體的硬度及粘結力，煤層注水是最為簡單﹑經濟的手段。

2 工程背景

66207工作面標高-721m～-793m，呈“刀把”布置，短面傾斜長88m，走向長130m，長面傾斜長132m，走向長400m，主要開采B7a煤及其底煤，其中B7a煤厚1.0～3.2m，底煤厚1.0m，中間含一層1.0m厚的泥巖，工作面采高3.2m，平均傾角30°。66207工作面在回采期間將過3個地質異常區(qū)以及褶曲構造帶，地質條件極其復雜，回采期間易發(fā)生片﹑漏﹑冒事故。

3 煤層注水技術工藝

煤層注水采用兩巷深孔與煤壁淺孔注水相結合的方式，通過泵站將靜壓水轉化成動壓水對煤體進行注水。

圖1 注水濕潤半徑分布趨勢圖

3.1 煤壁淺孔注水

（1）注水孔間距

B7原煤含水率為2.0%，垂直煤壁施工一個10m的鉆孔進行注水，煤壁浸濕后停止注水，并在1h后沿傾斜距離1m﹑2m﹑3m﹑4m處施工測試孔，并沿孔深每隔1m收集煤屑進行全水分實驗，實驗結果如1圖所示。

注水水流沿煤層的傾斜滲透大于走向滲透，煤體含水率沿著以開孔位置為中心的圓弧軌跡逐步降低，從圖中可以看出，半徑2m范圍內的煤體濕潤效果較好，同時考慮到注水對傾斜上側煤體的濕潤效果要小于下側煤體，因此，注水孔間距確定為3m。

（2）注水孔布置

淺孔注水鉆孔垂直于工作面煤壁施工，開孔位置距頂板1.0～1.5m處的煤體中，并向下略帶2～4°水平角，孔深度不小于8m，采用FKSS—71/5型水力膨脹封孔器，自動實現封孔。

（3）注水壓力

注水壓力為3MPa時，注水時間最長，效果最好。壓力過大，煤壁會在短時間內因水壓沖擊發(fā)生片幫；壓力過小，煤體深處得不到有效的滲透，后期割煤期間工作面煤塵較大。

3.2 兩巷深孔注水

工作面兩巷利用抽采順層鉆孔進行煤層注水，當工作面采距鉆孔30m時，將抽采軟管去除，并使用加工的套管將注水管連接至抽采孔進行24小時循環(huán)注水。抽采鉆孔間距超過10m時，沿煤層傾斜方向施工注水鉆孔，孔深不小于80m。兩巷深孔注水時，壓力為3～5MPa，并根據煤體的膨脹情況及時對壓力進行適當調整。

4 注水效果評價

煤層注水不僅增加了煤的水分，使煤得到濕潤，還可以降低煤的脆性，增強其塑性，起到固結煤壁，減少片幫的作用[1]。

煤體初始含水率為2.0%，實驗中煤體含水率為2.1～5.1%，由實驗數據分析得出煤體含水率與抗壓強度之間的擬合曲線方程為：y=-0.1408x2+1.3579x-0.616，為一條拋物線，由此得出，隨著煤體含水率增加，其抗壓強度有隨之增大的趨勢，當含水率超過一定值后，煤體抗壓強度又呈減小趨勢，計算得知當煤體含水率在4.8%左右時，其抗壓強度達到最大值，為2.7MPa。現場注水到位后，煤機滾筒割過的煤壁有著清晰的截割痕跡，并且在較長一段時間內無碎煤片落現象，多處采高超過3.2m的煤壁仍完整呈立面狀，基本杜絕了片幫掉頂現象，節(jié)約了大量的化學材料以及木料，減少了人員進入煤幫作業(yè)次數，為安全生產提供了可靠的技術保證。

結語

從上述分析中我們可以看出，通過注水不僅改變了煤體的物理力學性質，增強煤體塑形，同時煤壁可以得到有效固結，有效防控了煤壁片幫﹑掉頂，節(jié)約了大量的化學材料，消除了安全隱患，最大程度上保證工作面安全回采，實現了生產﹑安全與經濟的三重效益。

[1] 孟亞鵬． 綜放工作面煤體注水效果研究[J]．山東煤炭科技,2010（4） ：115-116．

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