巷道長孔煤層注水技術的應用及效果

劉子君

冀中能源峰峰集團大淑村礦 河北 056201

一、礦井概況

井田位于峰峰礦區東北部，系薛村、小屯井田深部，地處河北省武安市、磁縣和峰峰礦區接壤地帶，行政區劃屬武安市所轄，礦井南距峰峰礦區18 km，東距邯鄲市22 km，南部薛村、小屯兩礦井均有準軌專用線通往邯（鄲）—磁（山）—馬（頭）環行鐵路新坡站，本礦準軌專用線與小屯礦接軌，邯峰公路由本井田工廣門前通過，交通便利。

礦井設計能力90萬噸/年，2006年技改后核定生產能力為125萬噸/年。礦井開拓方式為立井、單水平、分區開拓方式。生產水平標高為－450m。主、副井位于井田中央，采用塔式多繩磨擦提升機，主井提升高度706 m，裝備一對12.5噸箕斗；副井，采用塔式多繩磨擦提升機，裝備一對一寬一窄的1 t礦車雙層四車罐籠，付井深度為686.78 m；回風井深度為530.5 m。井下主運輸系統全部實現皮帶化連續運輸；輔助運輸采用蓄電池電機車和1t標準礦車運送物料、設備、矸石。

二、綜采工作面煤塵產狀及處理方式

綜合機械化采煤自從問世以來,以其產量高、安全性好、材料和動力消耗少、經濟效益顯著等優點，在國內外都受到普遍關注。但是，綜采工作面產生大量煤塵，其平均粉塵濃度約425mg/m3，當工作面受采動影響煤層松軟，煤塵濃度高達1000mg/m3以上，形成塵害。煤塵嚴重威脅著安全生產和礦工的身心健康，特別是高瓦斯礦井、突出礦井，因煤塵的參與導致瓦斯燃燒、爆炸的下限降低，增加了瓦斯爆炸的危險性。煤層注水是控制工作面產塵量的根本手段。

三、煤層注水防塵機理

1.通過物理化學作用潤濕煤層。煤層的濕潤過程實質上是水在煤層裂隙和孔隙中的運動過程是一個復雜的水動力學和物理化學過程的綜合。水在煤層中的運動可以分為壓差所造成的運動和它的自運動。壓差所造成的運動是水在煤層中沿裂隙和大的孔隙按滲流規律流動。

2.注入水可有效地包裹煤體內的每一細小部分水進入煤體各種裂隙和層理后在極其微小的孔隙內部都有水的注入。這就使整個煤體有效地被水包裹起來。當煤體由于開采而受到破碎時，因絕大多數的破碎面中充滿著水，可以達到減少煤塵飛揚的目的。

3.通過改變煤體的物理力學性質，通過鉆孔注水，使其滲入煤體內部，增加煤的水分和塵粒間的黏著力，并降低煤的強度和脆性，增加塑性，減少采煤時煤塵的生成量，同時將煤體中原生細塵黏結為較大的塵粒使之失去飛揚能力。

四、174405綜采工作面概述及煤層注水現狀

174405工作面地面位置位于大淑村礦工業廣場東南方，工作面外段在后塔子村下，工作面里段位于塔子村東南方的農田下，地表無重大水利設施，大部分為農田及村莊建筑。井下位置位于大淑村礦井田四采區的最深開采階段，為四采區的首采工作面。工作面北以F22斷層為界，南以F14井田邊界斷層為界。工作面上覆及下伏各煤層均未采掘。

該工作面巷道布置在野青層位上，均為摸頂破底掘進，工作面上下兩巷為矩形斷面，采用錨網帶（索）及U鋼支護形式。

174405綜采工作面所采煤層屬于薄煤，上摸頂、下摸底一次采全高，采高為0.9-1.3m。工作面采用ZY3300/07/13D型掩護式液壓支架跟機移架支護方式支護頂板。上下端頭采用DZ(22—32)/100型單體液壓支柱、π型鋼梁、鉸接頂梁、板梁進行聯合支護。

根據我礦實際情況，結合工作面布置方式，經研究決定采用巷道長鉆孔注水方式進行注水。這種注水方式是由工作面上下順槽，沿本煤層打鉆注水。可打多個垂直于煤層或扇形布置方式的鉆孔。巷道鉆孔注水采用小流量、長時間的注水方法，由于長鉆孔注水作業超前于工作面，使注水有充足時間給水在煤體孔隙中的毛細滲透創造了條件，水可以長時期地緩慢地進入煤體的細微孔隙，濕潤的效果較好。經測試，在煤體充分濕潤后，配合煤機、支架機械噴霧等輔助手段，煤塵濃度下降至10mg/m3。符合國家行業規定。提前注水,不干擾生產,注水時間長，煤體濕潤均勻等特點，它不僅降低煤塵、改善了工作條件,而且有效地減少回采過程中的瓦斯涌出量，促進了安全生產

五、具體施工方案

1.鉆孔布置

在上下順槽沿本煤層布置注水鉆孔，間距8m，孔深50m，孔徑75mm。

2.注水壓力：2.0 MP（a靜壓注水）。

3.套管及注水管路：下2寸鐵管套管，長度2m。接10mm鋼塑管為注水管。

4.鉆孔機具：

采用石家莊煤機廠的Z ZQJC-150/2.8氣動架柱式鉆機。

5.注水設計

（1）鉆孔間距：5m。

（2）需注水量。

根據公式：Qd＝BLxMγ（W1-W2）K

式中Qd—單孔最大注水量，m3；

γ—煤的真密度，1.36t/m3；

W1—注水后要求達到的水分，4.0%；

W2—煤層自然含水率，2.4%；

K—考慮圍巖吸收水分，水的損失和注水

不均衡系數，取1.5；

B—孔間距，5m；

M—工作面采高，1.4 m；

Lx—工作面長度，面110 m.。

結論

用巷道長鉆孔注水法,設計了合理參數,實施后在防治瓦斯與煤塵及改善井下作業環境等方面,取得了非常顯著的效果和可觀的經濟效益。