大口徑煤層注水技術研究與應用

林傳軍

（山東能源新礦集團孫村煤礦,山東 新汶 271221）

大口徑煤層注水技術研究與應用

林傳軍

（山東能源新礦集團孫村煤礦,山東 新汶 271221）

孫村煤礦，開采深度達1300多米，開采深度和強度的增大，煤塵的生成量和分散度都將顯著增加，其危害性較為嚴重。為治理災害，該礦采取用大口徑煤層注水技術，有效地治理了災害，取得了較好效果。

煤層；注水；技術；研究

1 煤塵的危害

隨著我礦開采深度和強度的增大，煤塵的生成量和分散度都將顯著增加，其危害性更為嚴重，嚴重威脅著國家利益和人民的生命財產安全，影響著我礦可持續發展。為防治煤塵爆炸的發生，我礦采用各種防塵技術，但都沒有治本。為了對半煤巖、煤巷的煤塵進行治本，根據集團公司要求，在煤巷、半煤巷及回采工作面采用了大口徑煤層注水技術。

煤層注水是在尚未采動的煤體中，利用鉆孔注入水，使水滲透到煤中，且在大口徑煤孔中注滿水，爆破后降低煤塵。

2 大直徑錐體鉆頭的研制

1）由于煤層中含有較為堅硬的夾矸并呈不規則分布，所以打眼過程中經常出現斷釬子、崴鉆頭的現象。如何提高其使用壽命，降低頂板支護過程中不必要的材料浪費，成為大直徑錐體鉆頭研制的前提。

2）大鉆頭及鉆桿使用的材料材質既要適合現場鉆眼要求，又要充分考慮其使用壽命，因此在選材制作和現場試驗應用過程中，我們經過反復的設計、研制、使用、改進、改型、再使用、再改進、再改型等一系列的試驗，最終確定采用大直徑錐體鑲鉗硬質合金刀片作為鉆頭，針對該鉆頭我們自已研究制作了釬尾、鉆桿。釬尾主體我們采用成品水式釬尾、采用礦用六棱空心鋼作為鉆桿主體、優質中碳鋼作為鉆頭主體，鉆頭刀片采用硬質合金。風煤鉆或電煤鉆與釬尾的連接、釬尾與鉆桿的連接、鉆桿與鉆頭的連接本著實用、方便、快捷的原則，均采用螺紋連接。

3）設計的技術標準 該鉆桿分為鉆頭、桿體、釬尾三部分組成，鉆桿主體主要有兩種規格，分別為24mm×26mm、26mm×28mm，鉆體長度依據孔深需要進行加工。鉆頭總體長度為310mm，采用135mm×135mm×130mm與直徑32mm、長190mm圓鋼經焊接成鉆頭主體，然后對其進行機械加工，前端加工成直徑130mm×高度130mm的錐體，并均布三條凹槽，每個凹槽均焊接合金刀片，同時在后端加工一個直徑為18mm、深260mm的中心孔，并從錐高65mm處的任一位置，向錐體重心均布3個直徑為8mm的導水孔與中心孔相通，尾部采用M20的內絲用于與鉆桿的連接，鉆頭尾部焊接直徑130mm螺旋葉片。

4）加工工藝 鉆桿主體主要有兩種規格，分別為24mm×26mm、26mm×28mm，鉆體長度依據孔深需要進行加工。鉆頭總體長度為310mm，采用135mm×135mm×130mm與直徑32mm、長190mm圓鋼經焊接成鉆頭主體，然后對其進行機械加工，前端加工成直徑130mm×高度130mm的錐體，并均布三條凹槽以焊接刀片，同時在后端加工一個直徑為18mm、深260mm的中心孔，并從錐高65mm處的任一位置，向錐體重心均布3個直徑為8mm的導水孔與中心孔相通，尾部采用M 20的內絲用于與鉆桿的連接，同時在鉆頭尾部焊接直徑130mm螺旋葉片。

3 大直徑錐體鉆頭鉆桿工作原理

1）工作動力：用風煤鉆驅動。

2）操作順序：

（1）完好風煤鉆、水式釬尾、鉆桿、大直徑錐體鉆頭，并依次擰緊。

（2）選好眼位，調整好角度，點開啟動，在鉆頭進入煤體的同時打開水閥，2人扶鉆1人推鉆。

（3）根據現場循環進尺，確定鉆孔的合理深度。

4 大鉆頭導孔注水方案制定

1）炮眼及注水大鉆孔布置方式確定，如圖（回采工作面、單位mm）：

炮眼為三花眼布置，大鉆孔約每隔6米布置一個。

2）注水方案的制定

回采工作面打眼順序：工作面約6米為一段，每段內先用大鉆頭打注水孔注水后，再打頂底炮眼。

注水方式及次數確定：使用工作面灑水軟管注水，采用自然滲透方式增加煤體含水量。在放炮前每個注水孔至少注水兩次，且保證在爆破前將爆破范圍內的每個注水孔注滿水，并用粘土炮泥將注水孔孔口封實，封泥長度不少于50mm。

掘進工作面鉆孔根據現場在迎頭煤層中間按15度向下傾斜。根據施工循環進尺1.6米，確定鉆孔的深度為1.6米。

迎頭打眼順序：先用大鉆頭打注水孔注水后，再打炮眼。

注水方式及次數確定：使用迎頭灑水軟管注水，采用自然滲透方式增加煤體含水量。在放炮前向注水孔至少注水兩次，且保證在爆破前將注水孔注滿水，并用粘土炮泥將注水孔孔口封實，封泥長度不少于50mm。

5 經濟社會效益

1）煤層注水不但濕潤煤體、降低煤塵的生成量，而且改變煤的結構和力學性質，對煤礦安全的許多方面發生影響。

煤層注水能夠破壞煤體內原有的煤-瓦斯體系的平衡，形成煤-瓦斯-水三相體系。經實驗所得，煤層注水后，瓦斯涌出量減少10﹪左右。注水使煤的塑性增加和強度降低后，引起煤層鄰面區內應力的重新分布，煤體變形量增大，支點應力區向煤層深部移動，對防止瓦斯突出有一定的作用。

2）煤層注水降低煤塵30﹪，注水一次相當于使用39個水炮泥。

3）使用大口徑煤層注水降低了煤塵飛揚，沖淡稀薄沼氣和炮煙，隔離局部沼氣積聚，都具有較好的效果，是預防沼氣、煤塵爆炸事故，實現爆破安全的一項重要安全措施，已在半煤巖巷、全煤巷和回采工作面全面推廣使用。

林傳軍，男，漢族，（1967.6-），山東泰安人，本科學歷，工程師，研究方向：煤礦安全生產。