柳林煤礦1579工作面煤層注水降塵技術應用研究

劉明明

（柳林縣煤炭工業局，山西 柳林 033300）

工作面的開采和掘進過程中，會產生大量的煤塵，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化1579工作面煤層注水降塵研究，期望能達到理想的降塵效果。

1 工作面概況

1579工作面位于柳林煤礦四盤區北翼，工作面采用“兩進兩回”通風系統，工作面走向長度1200m，傾斜寬度220m，綜合機械化一次性采全高。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，但是測試結果表明，割煤時工作面粉塵濃度超過655mg/m3，為解決粉塵問題，決定強化煤層注水技術試驗研究，以期獲得更佳降塵效果。

2 煤層注水降塵試驗研究

2.1 煤層注水機理分析

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

2.2 鉆孔潤濕半徑

確定煤層的注水鉆孔潤濕半徑是體現注水效果好壞的重要因素之一，為了掌握柳林煤礦1579工作面煤體的潤濕半徑，特圍繞注水孔兩邊每隔5m均勻平行布置8個試驗孔，如圖1所示。采用靜壓和動壓相結合的方式進行注水，實驗結果表明煤體的注水潤濕半徑在10～15m之間。

2.3 鉆孔布置

根據注水鉆孔潤濕半徑，在工作面進風巷和回風巷同時交錯施工注水鉆孔，鉆孔間距20m，孔深100m，直徑75mm。

圖1 煤層注水潤濕半徑試驗圖

2.4 鉆孔封孔方式

考慮到注水鉆孔對封孔的質量要求比較高，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配好的水泥漿，封孔長度共為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

靜壓與動壓混合注水過程中，動靜壓注水時間的分配原則能夠影響鉆孔的注水量，合理的時間分配方法能夠明顯提高注水量，增強注水效果。注水初始階段，隨著動壓注水時間增加，注水流量增加，隨后出現“拐點”降低，動壓注水有個最佳注水時段，在此時段內注水速度較快；當孔周圍注水裂隙飽和后，流量明顯降低，隨時間的延長，水在煤體內流動距離加長，運動阻力增大，使流量又降低，此時可關閉注水泵，給予水在煤體合理的潤濕時間，開啟靜壓注水管路，間隙一定時間，再次進行動壓注水。間歇注水可以在兩次注水之間空出一定時間，使進入裂隙系統的水在毛細作用下滲入空隙。采用兩種注水方式交替進行，依次反復，能夠達到最理想注水效果。單孔注水參數如表1所列。

表1 鉆孔注水參數

3 效果分析

為了檢測1579工作面注水降塵的效果，對檢測地點做了詳細的考慮。煤塵測點具體布置位置如圖3所示：1號點為采煤司機處，2號點為移架司機處，3號點為工作面回風巷10～15 m處，4號點為采煤機下風側10 m處。

圖3 1579工作面煤塵測點位置示意圖

1579工作面注水前后的呼吸性粉塵濃度和總粉塵濃度對比情況如表2所示。

表2 注水前后粉塵測定數據對比表

4 結論

（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濕了煤體，降低了割煤過程中粉塵的產生。（2）注水后的降塵效果較好。采煤機司機處、移架司機處、工作面回風巷10～15 m處和采煤機下風側10 m處四個測試點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）采用靜壓與動壓交替進行的方式進行注水，能夠增加鉆孔的注水量。動靜壓注水時間最佳分配原則是：在累計注水時間總量上，動、靜壓注水時間平均相等時，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，降低工作面產塵率，有效改善工作面的勞動環境。