淺談煤層長鉆孔注水對治理綜采工作面災害的重要作用

張太生

摘 ?要：本文系統分析了煤層長鉆孔注水的鉆孔布置、封孔和注水參數的合理確定方法，并結合研究項目論述了煤層注水對防塵、防治沖擊地壓、防火、降溫及對放頂煤開采提高回采率和產量的重要作用。

關鍵詞：煤層長鉆孔注水;安全;防塵;放頂煤;回收率;災害治理

一、煤層注水鉆孔布置及鉆孔參數

（一）鉆孔布置。根據煤層的滲透特性，煤層的厚度，工作面長度及巷道布置等. 注水鉆孔采用單向或雙向布置方式。單向鉆孔長度比采煤工作面長度短20～40m，雙向鉆孔長度比1/2工作面長度短5-8m，封孔長度大于10m，并應保證注水過程中煤壁不漏水、不跑水;工作面投產前1個月必須施工完第一個注水孔，并進行超前動壓注水。第一個注水孔位置要設置在超前工作面距離15米處，鉆孔孔距按20m設計（遇斷層時可進行調整），隨工作面推進，超前施工注水孔，打鉆位置要選在工作面超前壓力影響外。當鉆孔進入工作面超前動壓影響明顯范圍內，可進行二次靜壓補水，靜壓注水孔距離工作面3-5m內方可不再注水。單孔注水量應使該鉆孔預濕煤體的平均含水分大于4%。距工作面最近的鉆孔開始注水時超前工作面回采距離不得小于月推進度，超前時間不得小于1個月。在實際注水中，可根據具體條件進行選擇。

（二）封孔。采用注漿封孔工藝，封孔長度必須大于卸壓孔深度，并且封孔長度應超過巷幫煤體的破碎帶，深度不小于15m，封嚴、封實，確保注水過程中煤壁不漏水、不跑水，在防沖卸壓重點影響地段需要增大封孔長度或調整超前注水時間。

封孔時，下入Φ25mm鋼管，將鋼管前端接上一個接箍，纏上棉紗（或大麻）后插入孔內，鐵管露出孔壁10～15cm，然后將孔口鐵管與鉆孔之間進行封堵，然后用0.5：1的水：水泥濃度的漿液進行注漿封孔，使用注漿泵向孔內注漿，待注漿泵起壓（1Mpa以上）孔口有泥漿滲出時，停止輸漿。

（三）煤層注水參數。（1）根據公式Q=K·M·lj·l·ρ·δ計算單孔注水量。式中：Q——單孔注水量，m3;k——鉆孔前方煤體濕潤系數，取1.1～1.3;M——煤層厚度，m;lj——鉆孔間距，m;l——鉆孔長度，m;ρ——煤的密度，t/m3;δ——噸煤注水量，

m3/t，取0.02～0.04m3/t。（2）注水方式及注水壓力、流量。動壓采用3ZSB-158/18型高壓注水泵對煤體實行高壓注水，多孔并聯式注水，每次注3孔，動壓注水時泵工作壓力8～16MPa，單孔注水流量達到0.3-2.Om3/h;動壓注水結束后，采用靜壓進行補水，靜壓補水時管網壓力2.0～4.0MPa。靜壓補水時可不控制單孔注水流量。

二、煤層注水對各種災害的治理效果分析

（一）煤層注水防治沖擊地壓。煤層注水是一種防治沖擊地壓的非常有效的措施，它通過高壓水沖擊入煤體的層理、節理中，使煤體逐漸龜裂，產生較大裂隙，破壞煤體的整體性，使煤體脆性減弱，塑性增強，從而改變了煤體的物理力學性質，使煤體失去了沖擊傾向性。

（1）某礦注水前后沖擊性分析。煤體在受力時聚積彈性能并產生沖擊式破壞的能力是煤巖介質的固有屬性，稱為沖擊傾向。煤層產生沖擊地壓主要與煤層地質，頂底板條件，開采方法，煤的強度，彈性，內聚力內摩擦角等有關系。若煤的強度、彈性、內聚力、內摩擦角等較小，而破壞過程較緩慢，塑性大，其沖擊傾向就小。而煤層注水濕潤煤體后，就可以降低強度，內摩擦角等，使煤體顯著塑化，從而降低其沖擊傾向。（2）效果分析。通過上述測試數據表明，煤的彈性模量降低44.8%，C（單軸抗壓強度）、列內摩擦角）值分別降低11.2%和70.6%。煤層注水后既降低了煤體的應力集中程度，又擴大了煤壁前方應力降低區的寬度，從而增加了低抗破壞的側向阻力，另外上覆巖層在未開采前與煤體是同一力學體系，兩者相互制約又相互作用。上覆巖層應力分布特性對沖擊地壓起著非常重要的作用。煤層注水后，可使巖層中應力集中峰值向深部移動，分布范圍加大，峰值降低，因此工作面附近一定范圍內的應力下降，這種變化使頂板斷裂位置向煤壁前方轉移，降低了周期來壓對工作面煤壁的影響，減少了頂板來壓誘發沖擊地壓的可能性。此外，煤層注水軟化煤體后，使煤體的能量釋放速度顯著下降，破壞形式趨于緩慢，顯著改善了煤體破壞時能量釋放的穩定性。通過測試表明，煤體強度下降與注水時間呈負指數關系，因此采用長時間小流量注水，宜于降低煤體強度。綜上所述，煤層注水軟化煤體，可以降低煤體的物理力學性質增大其塑性，減少或防止沖擊地壓的危害。

（二）煤層注水防塵。（1）煤層注水水分增加效果。煤層注水降低粉塵濃度，主要與煤體的水分含量、注水后水分增量和濕潤均勻程度有關系。某礦放頂煤工作面，采用單向鉆孔布置方式，動、靜壓注水相結合，一臺泵同時注三孔。該工作面煤層注水的效果非常理想。在原始水分為3.914%這樣高的情況下，還平均使水分增加了1.202%，達5.116%，最高達7.72%。并且濕潤較均勻，因而取得了較好的防塵效果。（2）煤層注水對放頂煤工作面各主要塵源的降塵效果。在注水鉆孔左右10m范圍內天天采樣，以考察煤層注水對各主要塵源的降塵效果。該工作面煤層注水取得了很好的降塵效果。采煤機司機處，順風、逆風割煤時的降塵率分別達83%和69%;采煤機下風流10m處，順風、逆風割煤降塵率分別為88%和85%;放煤工處為27%;放媒口下風流10m處為31%。因此搞好煤層注水，對降低工作面粉塵濃度，減少其污染是非常重要的。

（三）煤層注水防火與降溫。上述某礦在煤層注水中，加入了防火阻化劑，使發火周期由原來的3一6個月，增加到5一8個月，工作面平均月推進在50m以上，5個月后推進了250m以上，工作面遠離發火源，使其沒有足夠的氧氣供給而不能夠充分憔燒發生火災，解決了火害問題，注水后溫度由原來的平均28度左右，下降到平均25.3度，改善了勞動條件。

（四）煤層注水提高頂煤放煤效果。在放頂煤開采中，如果煤層比較硬，特別是頂煤較硬，在放煤時，會產生許多大塊煤，易使放煤口堵塞，從而使回收率和產量降低。而煤層注水后能夠有效地濕潤和軟化煤體，煤層注水前，煤層，注水后.其單向抗壓強度，注水前為20MPa，注水后為8.8MPa。注水軟化后的煤體大塊少了，頂煤放出率由注水前的74.8%提高到86.3%，日產也由注水前2900t提高到4700t，工效提高了38.2%，機組故障和截齒損耗大幅度下降，工人的勞動強度也大大減輕。

三、結論

通過以上分析得出以下結論：（1）煤層長鉆孔注水是防治井下災害的綜合性措施。能夠降低煤的硬度，軟化煤體，降低切割和破碎能量，降低采煤機截齒的消耗，提高生產效率，減小設備的損耗，提高工效及工作面產量與回采率，是非常有效的措施。（2）工作面長鉆孔煤層注水，注水效果和降塵效果非常顯著，降塵率在80%以上，提高了工作面回風流的質量，使工作面的環境和勞動衛生條件得到極大的改善。（3）煤層注水效果的關鍵在于注水孔的布置、注水孔的深度、注水時間，所以應用新技術、新工藝、新設備，借鑒先進單位的經驗，提高煤層注水的效果。堅持注水是關鍵，要從根源上降低煤塵還一線職工一個優越的環境。（4）煤層注水（加入阻化劑）可以使自然發火周期增大，避免火災的危害，還可降低溫度，改善勞動條件。（5）煤層注水軟化頂煤，可提高回采率，工效和產量，減少能耗，降低勞動強度。總之，煤層注水是防治井下災害，保證礦井和工人安全的綜合性措施，其推廣應用可有效地降低煤礦井下采煤工作面的災害事故，改善環境，提高工效，促進安全生產。