煤礦井下工作面煤體注水技術研究

摘要：煤礦資源進行開采的時候，會產生大量的礦塵，并且礦塵在無形中會對人們的生命造成威脅。煤層注水技術對降低礦塵濃度最為有效，基于此，文章對煤礦井下工作面注水技術進行了研究，分析了煤層注水的理論。

關鍵詞：煤礦井下工作面；煤體注水； 煤礦開采

中圖分類號：TD713 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0114-02

我國是以煤炭為主要能源，對于煤炭的開采是以井上開采為主，但是在對煤礦資源進行開采的時候，會產生大量的礦塵，所謂礦塵，是煤塵、巖塵以及一些有毒粉塵的總稱，具有爆炸性、礦塵爆炸，會造成大量的人員傷亡，造成很大的損失，并且礦塵會在無形中會對人們的生命造成威脅，會導致人們患塵肺病。因此國家相關部門加強對降低礦塵濃度的技術研究，并且也取得了相應的成果，而煤層注水技術則是最為有效的方法，可以有效地降低礦塵的濃度，保證工人在礦井中的安全生產。

1 煤體內的裂隙分布狀況

1.1 層理

煤在形成的過程中會形成各種的煤巖成分的分界面，這種分界面就是煤層的層理面，煤層的層理面不會使煤層直接的斷開，但是會使煤層產生一個弱面，在注水時，水會從這個弱面通過，這個弱面被歸于裂隙。在我們通常所見的水平層理，會有斷續性層理與斜狀的層理，這種層理不是很明顯，但是在注水的時候，水會沿著這種層理面，而流入需要濕潤的區域。

1.2 內生裂隙

在煤體成煤的過程中，受到覆巖層的壓力作用，并且會受到溫度的影響，使煤體中的一些凝膠化物質的分子被壓緊，煤體會經過壓縮而產生張力，這種張力會使煤體中產生裂縫。這種裂縫的形成主要是與煤體的內部結構有關，不會受到外界因素的影響，所以會被稱為內在裂縫。這種裂縫主要是垂直于層理面，這種內在裂縫的表面十分的光滑，對于內在裂隙來說，其發育程度主要是觀察裂隙的數目以及煤的變質程度。

1.3 外生裂隙

外生裂隙產生的主要原因是：在煤層形成之后，很容易受到地質構造的影響，會受到四面不同力度的影響，從而會產生外生裂隙，這種外生裂隙也是與層理面相交的，并且外生裂隙與層理面相交的角度不同可以分為很多種，而最為常見的是斜交外生裂隙。在裂隙面上由于受到了擠壓，因此會產生剪切滑動，從而會導致擦痕不平。外生裂隙的方式與斷層的方向相同。由于外生裂隙、內生裂隙以及層理面相互之間交錯縱橫，因此會產生一些簡單的幾何圖形，這些集合圖形被稱作“節理”，十分有利于注水的進行。

1.4 次生裂隙

次生裂隙的形成主要是在煤體采落之前，受到周圍煤體開采時的超前支撐壓力作用，或者是遭受到了周圍的爆破工作所影響，而產生的裂隙。次生裂隙主要是人在進行開采時而造成的裂隙，內在裂隙以及外在裂隙都屬于原生裂隙，都是在開采之前產生的，而次生裂隙內部也會產生原生的煤塵。

1.5 煤體內部的孔隙

在煤層的產生的過程中，由于一些揮發的物質或是水分等會不斷地泄出，從而會導致在煤體之中有很多的細微的孔隙，孔隙之間是相互連通的，只有個別的孔隙都是處于封閉的狀態。

2 煤層注水

（1）注水壓力，由于煤層賦存條件十分的復雜，因此在自然條件之下，很難注水滲透，因此必須要在注水之前，施加相應的壓力，從而來使水能夠滲透到煤體之中，并且在進行滲水的時候，一定要逐漸的施加壓力。

（2）注液的表面張力，在進行煤層的注水時，水對于煤層的濕潤是一種重要的作用，對于固體來說，界面越小，越能夠受到濕潤。下列公式是水面張力以及煤的濕潤面的關系：

W=σ1（1+cosθ）

在公式中，W代表著煤體濕潤單位面積的界面能，σ1代表著濕潤液的表面的張力，而θ則是表示著煤與濕潤液體的接觸面。根據以上公式可以看出注入液的表面的張力越小，煤體便越濕潤。

（3）煤層自身因素，影響注水難易的最為主要的因素是煤層裂隙以及孔隙的發育程度，簡單地說，孔隙率高的煤層滲水很好，注水的壓力相對較低。但是對于煤層的裂隙以及孔隙的發育情況主要與煤層的一些條件有關：煤層埋藏的深度以及地壓的集中深度，主要的關系是：

P地=r均·H·10-4

在公式中，將煤層承受的壓力表示為P地，某一巖層的容重表示r巖，H表示為煤層的深度，可以將公式簡

化成：

P=（0.25-0.3）H

通過公式最終可以看出隨著煤體埋藏的深度地增加，煤層的底層壓力也逐漸地變大，因此，受到壓力的影響，裂隙會逐漸地戲壓緊，從而使透水性隨之變差，注水的壓力也必須要提高。另外，在進行注水的時候，主要注水的壓力小于底層的壓力，那么就不會發生跑水的現象，但是當在煤層之內，有比較大的斷層，或是比較大斷層的時候，將會很容易發生泄水的現象，所以必須要進行全面的考慮。

3 煤層注水的技術以及工藝

3.1 鉆孔的布置

對于鉆孔的布置主要是取決于煤層的厚度，因此根據選擇可以對其加以利用，但是當煤層厚度過大時，必須要利用三花眼，孔口的位置主要布置比較硬的分層之中，利用這種方式，在注水的時候，將不會過早地破壞孔口，可以使水很快地進入各個分層。

3.2 鉆孔參數

鉆孔的長度只要比循環的長度稍微長一點即可，并且注水空間距取決于鉆孔的濕潤半徑。在注水的時候，必須要充分的注意各個小分層之中的透水性能，一定要使空間的煤體在同一分層都濕潤，在進行注水的工作的時候，一定要對煤層的變化進行調整，使鉆井的直徑必須要與炮眼的直徑一樣，才能夠統一。

3.3 注水的參數

注水的參數主要是包括注水的壓力、流量以及注水的時間，煤層中的注水量將會隨著注水的壓力的升高而逐漸地加強，并且注水的時間也會很短。endprint

（1）注水壓力。對于注水的壓力主要有兩種：管網靜壓注水，這種注水方式主要是用地面上的水池來向供水管注水；專用泵注水，在注水的面巷內部，設置一些專用泵，來向各個鉆孔內部供水，注水的方式主要與煤體的透水性有關，并且與泄水時的壓力有關。

（2）注水量。注水量主要是能夠使濕潤的范圍之內水分達到標準要求。

（3）注水時間。注水的時間主要是不超過十五分鐘，總共時間不能夠超過五個小時。

（4）注水參數之間的規律。注水的壓力、流量以及注水的時間之間是有規律的，這種規律主要是由注水開始，并且會隨著壓力的增加而逐漸地升高，并且持續時間會比較長。在注水的這段期間，水會進入附近的煤體裂隙，只有在裂隙被填滿后，才能夠使水壓升高，但是在水壓達到某一種數值的時候，那么將會在薄弱的區域產生新的通道，來與其他的裂隙連通，煤體產生的響聲從而使流量上升，以此類推，會不斷地產生新型的裂隙，最終會使煤體的濕潤的程度達到標準。因此對于煤體的注水過程，不過是一個持續注壓的過程。

3.3 封孔參數

封孔參數主要與煤壁承受的壓力有關，為了使孔口附近的煤壁不出現漏水的情況，封口的深度必須要合理，必須要能夠保證煤壁的各個部分的濕潤程度均勻。當封口的深度過于深，那么水分將會逐漸地集中于深處，但是煤壁卻無法受到濕潤，因此必須要長時間地注水，但是由于條件的限制，是無法長時間注水的，所以必須要增大孔壁的滲水面積，從而來使其各個部分濕潤均勻。

4 結語

現今我國工業生產對于煤炭的需求逐漸地增大，但是在煤炭資源的開采中很容易發生大量的事故，主要的事故原因是由于煤炭的礦塵造成的一些爆炸或是中毒事件，為了有效地降低煤炭開采中的礦塵的濃度，可以采取在煤體表面進行注水的方式，有效地保障煤炭開采中的安全。

參考文獻

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作者簡介：陳云凡（1988—），陽煤集團壽陽開元礦業有限責任公司綜采一隊掛職技術員，采煤助理工

程師。endprint