柳林煤礦1579工作面煤層注水降塵技術(shù)應(yīng)用研究

劉明明

（柳林縣煤炭工業(yè)局，山西 柳林 033300）

工作面的開采和掘進(jìn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵，危害到工人的身體健康，還能引起粉塵爆炸等安全事故。因此柳林煤礦決定強(qiáng)化1579工作面煤層注水降塵研究，期望能達(dá)到理想的降塵效果。

1 工作面概況

1579工作面位于柳林煤礦四盤區(qū)北翼，工作面采用“兩進(jìn)兩回”通風(fēng)系統(tǒng)，工作面走向長(zhǎng)度1200m，傾斜寬度220m，綜合機(jī)械化一次性采全高。1579工作面煤層厚度1.60～3.50m，平均2.30m，傾角1～3°，平均2°，屬近水平煤層。煤巖類型為光亮型，煤種為弱粘結(jié)煤。煤層原始水分含量為2.45%，自然吸水率為2.17%，孔隙率為4.16%。盡管采取的降塵措施較多，但是測(cè)試結(jié)果表明，割煤時(shí)工作面粉塵濃度超過655mg/m3，為解決粉塵問題，決定強(qiáng)化煤層注水技術(shù)試驗(yàn)研究，以期獲得更佳降塵效果。

2 煤層注水降塵試驗(yàn)研究

2.1 煤層注水機(jī)理分析

水進(jìn)入裂隙后，將其中的原生煤塵在煤體未破碎前預(yù)先潤(rùn)濕，使其失去飛揚(yáng)的能力。水進(jìn)入煤體各類裂隙、空隙和層理之中，在1μm以下的微孔隙中也充滿了毛細(xì)水，能預(yù)防浮游煤塵產(chǎn)生。注水后，煤體的塑形增強(qiáng)，脆性減弱，減少了煤體破碎為塵粒的可能性。

2.2 鉆孔潤(rùn)濕半徑

確定煤層的注水鉆孔潤(rùn)濕半徑是體現(xiàn)注水效果好壞的重要因素之一，為了掌握柳林煤礦1579工作面煤體的潤(rùn)濕半徑，特圍繞注水孔兩邊每隔5m均勻平行布置8個(gè)試驗(yàn)孔，如圖1所示。采用靜壓和動(dòng)壓相結(jié)合的方式進(jìn)行注水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明煤體的注水潤(rùn)濕半徑在10～15m之間。

2.3 鉆孔布置

根據(jù)注水鉆孔潤(rùn)濕半徑，在工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷同時(shí)交錯(cuò)施工注水鉆孔，鉆孔間距20m，孔深100m，直徑75mm。

圖1 煤層注水潤(rùn)濕半徑試驗(yàn)圖

2.4 鉆孔封孔方式

考慮到注水鉆孔對(duì)封孔的質(zhì)量要求比較高，本次采用“兩堵一注”水泥封孔方式，即用蘸有聚氨酯的面紗封住封孔段前后，中間用封孔泵注入調(diào)配好的水泥漿，封孔長(zhǎng)度共為12 m，具體如圖2。

圖2 “兩堵一注”水泥封孔方式

2.5 鉆孔注水情況

靜壓與動(dòng)壓混合注水過程中，動(dòng)靜壓注水時(shí)間的分配原則能夠影響鉆孔的注水量，合理的時(shí)間分配方法能夠明顯提高注水量，增強(qiáng)注水效果。注水初始階段，隨著動(dòng)壓注水時(shí)間增加，注水流量增加，隨后出現(xiàn)“拐點(diǎn)”降低，動(dòng)壓注水有個(gè)最佳注水時(shí)段，在此時(shí)段內(nèi)注水速度較快；當(dāng)孔周圍注水裂隙飽和后，流量明顯降低，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，水在煤體內(nèi)流動(dòng)距離加長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)阻力增大，使流量又降低，此時(shí)可關(guān)閉注水泵，給予水在煤體合理的潤(rùn)濕時(shí)間，開啟靜壓注水管路，間隙一定時(shí)間，再次進(jìn)行動(dòng)壓注水。間歇注水可以在兩次注水之間空出一定時(shí)間，使進(jìn)入裂隙系統(tǒng)的水在毛細(xì)作用下滲入空隙。采用兩種注水方式交替進(jìn)行，依次反復(fù)，能夠達(dá)到最理想注水效果。單孔注水參數(shù)如表1所列。

表1 鉆孔注水參數(shù)

3 效果分析

為了檢測(cè)1579工作面注水降塵的效果，對(duì)檢測(cè)地點(diǎn)做了詳細(xì)的考慮。煤塵測(cè)點(diǎn)具體布置位置如圖3所示：1號(hào)點(diǎn)為采煤司機(jī)處，2號(hào)點(diǎn)為移架司機(jī)處，3號(hào)點(diǎn)為工作面回風(fēng)巷10～15 m處，4號(hào)點(diǎn)為采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10 m處。

圖3 1579工作面煤塵測(cè)點(diǎn)位置示意圖

1579工作面注水前后的呼吸性粉塵濃度和總粉塵濃度對(duì)比情況如表2所示。

表2 注水前后粉塵測(cè)定數(shù)據(jù)對(duì)比表

4 結(jié)論

（1）注水后工作面的煤體水分含量平均為4.06%，相比注水前的2.45%增加了1.61%，含水量的增加充分潤(rùn)濕了煤體，降低了割煤過程中粉塵的產(chǎn)生。（2）注水后的降塵效果較好。采煤機(jī)司機(jī)處、移架司機(jī)處、工作面回風(fēng)巷10～15 m處和采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10 m處四個(gè)測(cè)試點(diǎn)的呼吸性粉塵濃度平均降塵率和總粉塵濃度平均降塵率分別為：33.08%、43.64%；36.26%、42.66%；49.00%、45.35%；45.42%、47.69%。（3）采用靜壓與動(dòng)壓交替進(jìn)行的方式進(jìn)行注水，能夠增加鉆孔的注水量。動(dòng)靜壓注水時(shí)間最佳分配原則是：在累計(jì)注水時(shí)間總量上，動(dòng)、靜壓注水時(shí)間平均相等時(shí)，注水效果最佳。從工作面的煤層注水效果來看，煤層注水可提高煤體含水量，降低工作面產(chǎn)塵率，有效改善工作面的勞動(dòng)環(huán)境。