淺談煤層注水技術應用中應注意的幾個問題

趙會朝（新疆煤炭設計研究院有限責任公司，新疆烏魯木齊 830026）

淺談煤層注水技術應用中應注意的幾個問題

趙會朝
（新疆煤炭設計研究院有限責任公司，新疆烏魯木齊 830026）

隨著放頂煤技術的推廣應用和大型化工方面的發展，一系列諸如煤塵、自然發火、工作面瓦斯超限和堅硬頂煤的破碎等急待解決的安全問題也暴露出來，同時回采工作面采煤機割煤及后部放頂煤過程中煤塵產生量大，噴霧降塵只能部分解決煤塵，效果有限。國內外的實踐證明，煤層注水是從根本上綜合解決上述安全問題的行之有效的辦法。理論上，壓力水滲入煤細微孔隙濕潤煤體，不斷溝通煤體裂隙網，破壞了煤體結構的完整性，改變了煤體的物理力學性質而軟化煤體，解決煤塵。同時，水又可以充當其他阻化劑的載體，防止煤體內部煤的氧化和自然發火。下面將介紹注水過程中的一些技術，以便指導生產。

煤層注水；技術；問題

1　鉆孔長度

一般在工作面順槽沿煤層傾向打長鉆孔對頂煤體進行預注水，鉆孔長度約為工作面長度的1/2，一般為30～60m，應在實際操作中根據煤層賦存條件等因素最終確定注水鉆孔長度。在順槽布置注水鉆孔具有充分利用已有井巷及設備，效果易于取得，鉆孔平行煤層傾向布置有利于煤體均勻濕潤等優點。

另外，鉆孔本身也起到預放瓦斯的作用，可以先將注水鉆孔用作瓦斯釋放鉆孔來使用，以解決因放頂煤時瓦斯大量涌出使工作面瓦斯超限的問題。

2　注水參數

注水參數的確定。

2.1鉆孔直徑

一般65～87mm，也可根據煤礦現有材料，自行確定。

式中 Lx——工作面長度，m；

M——與煤層透水性和鉆孔方向有關的系數。（一般考慮20m左右）。

2.2鉆孔間距

合理的鉆孔間距一般通過煤層的濕潤半徑確定，一般10m左右，礦方可根據具體情況進行調整。鉆孔末端間距一般按照5m左右考慮。

2.3鉆孔角度

應與煤層傾角保持一致，若遇到夾矸時應使鉆孔穿透巖石，以使各自然分層均被濕潤。

2.4封孔深度

封孔深度取8m。

2.5封孔方式

φ80鋼管，L=8 000mm（封孔長度），鋼管口設有與注水泵輸出端相適應的法蘭；鋼管外側纏繞適量麻布等，粘取足量環氧樹脂后插入注水鉆孔，回采前，需取出鋼管

2.6注水量計算（按噸煤注水量計算）

鉆孔注水量

式中 B——鉆孔間距；

L——工作面長度；

M——煤層厚度；

γ——煤的容重；

q——噸煤注水量；

注水流量：

式中 U——單位長度鉆孔的注水流量；

K——單位長度鉆孔的滲透系數；

pe——注水有效壓力；

y——鉆孔的滲透指數。

注水量以理論計算為主，在實際操作中，應以把濕潤范圍內煤壁出現均勻的“出汗”滲水作為煤體已全面濕潤的標志，并以此作為控制注水時間的依據，調整設計注水時間，一般每天注水15h，應在工作面回采前15d完成。

3　注水設備

注水是在煤層回采之前預先進行，由于煤層透水性較弱，故采用動壓注水方式。

設備一般選用工程鉆孔，具有鉆進能力大、操作簡單、工作穩定可靠、體積小、適應性好、壽命長、移動方便等特點。

4　合理注水方案的分析

合理的注水方案應是對注水時機的控制和掌握，注水工藝布置方式構成打鉆、封孔、注水、吸收與采煤工作面推進的動態關系。

在理論上，注水鉆孔間距：

式中R0.5%（t，P）：用數值模擬模型表示的水分增值為0.5%的單孔注水橫向濕潤范圍（m）；

P：注水壓力MPa；

t：純注水時間（h）。

對放頂煤厚煤層注水，要求注水時保證水垂直層面方向上接觸頂板，達到充分濕潤的目的。在保證正常進水的條件下，盡量采取低壓長時間的注水方法，同時，為減少鉆孔工作量，鉆孔間距也盡可能取大。注水壓力選取應結合設備情況。

考慮盡量減少溶壓鉆機的移動，減少炮眼的定位難度，將煤層注水與超前工作面深孔預裂爆破有機結合起來，設計注水鉆孔與深孔爆破鉆孔同地點不同角度施工。

5　結論和建議

厚煤層放頂煤開采的煤層注水，水沿縱向流域范圍比薄及中厚煤層的情況要大，煤吸水量大，理論上多表現為注水流量大，注水時間長。如考慮到壓裂軟化煤體，應采用壓力較高的動壓注水。放頂煤工作面推進速度慢，工作面推進約束的上限值一般很容易滿足，可采用單鉆孔注水。

煤層注水是從根本上綜合解決放頂煤工作面煤塵、自然發火、工作面瓦斯超限和堅硬頂煤的破碎等安全問題的行之有效的辦法。其中：煤體水壓力、分別沿x和y坐標軸方向的滲透系數、煤體貯水系數、鉆孔注水壓力、煤體中水的壓力、煤體無承應力載荷時的滲透性系數、煤層上覆巖層重度、初始進水壓力、純注水時間等一系列參數形成一套函數關系。

[1] 李宗翔，許端平，賈進章.大型化綜放開采煤層注水方案及參數確定[M].北京：煤炭工業出版社.

On Seam Water Injection Technology in Several Issues Should Be Noted

Zhao Hui-chao

With the popularization and application of roof coal technology and large-scale mechanized caving face，such as a series of coal dust，spontaneous combustion，gas overrun Face and hard top-coal crushing and other security issues need to be solved also exposed out，while cutting coal mining face shearer and rear top coal caving process produces a large amount of coal dust，coal dust and spray dust only part of the solution，the effect is limited.Practice at home and abroad proved coal seam water injection is an effective integrated approach to fundamentally solve these security problems.Theoretically，the pressure of water into the pores of coal fine wet coal，coal fissures constant communication networks，undermining the integrity of the coal structure，changing the physical and mechanical properties of coal softened coal，coal dust resolved.At the same time，it can act as a carrier for other water blocking agent to prevent the coal inside the coal oxidation and spontaneous combustion.

seam water injection；technology；issues

TD714.4

A

1003-6490（2016）03-0071-02

2016-03-09

趙會朝（1968—），男，新疆烏魯木齊人，工程師，主要研究方向為采礦工程專業。