順層抽采鉆孔注水工藝與綜合效果分析

關(guān)玉祥

（淮南市安全生產(chǎn)宣傳教育中心，安徽 淮南 232001）

綜采工作面在回采過程中會(huì)產(chǎn)生大量煤塵，一晝夜產(chǎn)塵量約占采煤量3%。煤塵嚴(yán)重影響礦工身心健康，還會(huì)引發(fā)煤塵爆炸[1-3]。在綜采工作面實(shí)施面內(nèi)淺孔注水是在工作面回采前超前注水，能起到降塵作用，但存在施工困難、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重制約綜采工作面高效生產(chǎn)等問題[4]。根據(jù)淮南礦業(yè)集團(tuán)《關(guān)于工作面兩巷順層抽采鉆孔一孔三用的安排意見》要求，順層鉆孔必須實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采、地質(zhì)探查、煤層注水等“一孔三用”。淮南礦業(yè)集團(tuán)張集礦1613（3）工作面因受超前動(dòng)壓影響，在工作面回采期間存在片幫現(xiàn)象，導(dǎo)致回風(fēng)瓦斯較大。利用兩巷順層抽采鉆孔及工作面淺孔注水相結(jié)合，有效解決了工作面片幫、瓦斯及煤塵防治問題。利用順層鉆孔進(jìn)行注水不僅可以減少工作面淺孔注水的工作量，解決防塵問題，還可降低煤體破碎和切割能量，提高了綜采工作面生產(chǎn)效率，目前已成為淮南礦區(qū)回采工作面的“常規(guī)武器”。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

張集礦1613（3）工作面位于西三13-1 煤采區(qū)第三個(gè)塊段，北側(cè)為1612（3）采空區(qū)，南側(cè)為尚未施工的1621（3）工作面。1613（3）工作面面長(zhǎng)239 m，回采長(zhǎng)度為1 480 m，工作面東側(cè)為西三采區(qū)13-1煤系統(tǒng)巷道，西側(cè)為F22斷層保護(hù)煤柱線。

該區(qū)域13-1煤層的煤層厚度3.8～6.8 m，平均煤厚4.7 m，煤層傾角8°～14°。回采標(biāo)高為-513.8～-589.0 m，部分區(qū)域處于13-1煤突出危險(xiǎn)區(qū)邊緣，該區(qū)域最大煤層原始瓦斯壓力為0.51 MPa，最大煤層原始瓦斯含量4.2 m3/t。

2 煤層注水工藝

1613（3）工作面軌道巷、運(yùn)輸順巷順層抽采鉆孔，按照走向間距5 m 布置，垂直于巷幫施工，孔深140 m，鉆孔采用Ф113 mm 鉆頭施工，開孔高度距巷底1.5 m。鉆孔施工采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)，全程1 寸盤管護(hù)孔，采用1.5 寸雙抗實(shí)管進(jìn)行封孔，封孔深度25 m。

兩巷具備順層鉆孔注水條件，并采用工作面易片幫地點(diǎn)實(shí)施淺孔注水，該面煤層注水工藝分為前期試驗(yàn)、中期調(diào)整、回采后期加強(qiáng)三個(gè)階段。選擇工作面易片幫段20#～80#架段為具體實(shí)施地點(diǎn)，實(shí)施煤壁淺孔注水；超前工作面5～100 m 內(nèi)的兩巷順層孔實(shí)施注水。為保證工作面注水效果，對(duì)1613（3）工作面軌道順槽、運(yùn)輸順槽預(yù)注水區(qū)域進(jìn)行噴注漿加固等工作。

（1）前期準(zhǔn)備

①將兩巷距工作面20～70 m 范圍內(nèi)順層抽采鉆孔與抽采管路斷開。

②利用抽采鉆孔提前對(duì)預(yù)注水區(qū)域進(jìn)行注漿工作，注漿深度2.5 m，每個(gè)孔注水泥量50 kg左右。

（2）煤層注水系統(tǒng)

在1613（3）工作面輔助運(yùn)輸巷靜壓供水管路的三通閥門上引出Ф51 mm 高壓膠管，接入分流器，分出三支Ф10 mm 的高壓膠管作為注水管路，并在注水管路上接入壓力表、流量表和流量調(diào)節(jié)閥等。見圖1，單孔累計(jì)注水時(shí)間、注水量不少于規(guī)定值或直到煤幫在預(yù)定濕潤(rùn)范圍內(nèi)“出汗”為止。其中，1613（3）運(yùn)輸順巷共28 個(gè)注水孔，單孔最大注水量為69#孔，共計(jì)注22 m3，單孔注水量最小的孔是70#孔注了1.0 m3。1613（3）軌道順槽共23個(gè)孔，單孔注水量最大的是57#孔注了37.8 m3，單孔注水量最小的是43#孔注了7.8 m3。

圖1 工作面順層鉆孔注水

（3）工作面淺孔注水

①利用風(fēng)鉆打眼，注水孔垂直于工作面煤壁施工，注水孔以單排眼布置。開孔位置距頂板1.0～1.5 m，孔深8～10 m，注水孔間距3 架支架（5.2 m），6 個(gè)孔，分三茬共18 個(gè)孔循環(huán)注水。

②采用靜壓注水，注水壓力選擇在2～3 MPa，注水孔用封孔器封孔深度1.5 m 以上。每個(gè)注水孔配置截止閥，利用截止閥控制單孔注水量，確保不能因注水壓力過大而導(dǎo)致煤壁發(fā)生片幫。

3 注水效果考察

在對(duì)1613（3）工作面兩巷注水后，再將鉆孔聯(lián)接到抽采管路上，繼續(xù)抽采煤層瓦斯，其運(yùn)輸順槽和軌道順槽順層鉆孔在注水前后抽采鉆孔瓦斯?jié)舛惹昂髮?duì)比見圖2、圖3。由圖2、圖3發(fā)現(xiàn)在兩巷順層鉆孔注水前，單孔瓦斯?jié)舛仍?0%以下，抽采效果較差；在注水后再行合茬抽采，鉆孔瓦斯?jié)舛忍岣?～3 倍，且在同期工作面回風(fēng)瓦斯有較大幅度降低；在1613（3）工作面配風(fēng)量2 300 m3/min，平均日產(chǎn)量在9 000 t/d，最大日產(chǎn)量達(dá)到12 000 t/d的情況下，回采期間回風(fēng)瓦斯?jié)舛炔怀^0.3%。經(jīng)測(cè)定，煤層注水前上風(fēng)巷粉塵濃度（全/呼）為273/151，煤層注水后上風(fēng)巷粉塵濃度（全/呼）為54/35，粉塵濃度降低率為80.2%/76.8%。

圖2 1613（3）運(yùn)順順層鉆孔注水前后瓦斯抽采濃度對(duì)比

圖3 1613（3）軌順順層鉆孔注水前后瓦斯抽采濃度對(duì)比

可見，煤層注水不僅增加了煤的水分，使煤體得到濕潤(rùn)，降低了煤的脆性，增加了煤體強(qiáng)度，起到固結(jié)煤壁，減少了片幫問題，還有效解決了工作面瓦斯、煤塵等問題[5-7]。

4 結(jié)論

1）順層抽采鉆孔在注水后增加了煤體的塑性，將煤體內(nèi)部吸附瓦斯變?yōu)橛坞x態(tài)，提高了抽采效果，單孔濃度提高了2～3 倍；減少了回風(fēng)瓦斯?jié)舛龋ぷ髅婊夭善陂g回風(fēng)瓦斯?jié)舛炔怀^0.3%。

2）將壓力水通過鉆孔注入煤體內(nèi)，不僅增加了煤體水分，有效降低工作面溫度和煤塵濃度，而且還改變了煤的物理力學(xué)性質(zhì)，提高了煤體的抗壓強(qiáng)度，減少了工作面煤壁發(fā)生片幫的機(jī)率。

3）利用兩巷順層鉆孔注水，在同樣條件下，可以減少工作面面內(nèi)淺孔注水所占用的注水時(shí)間，提高工作面生產(chǎn)時(shí)間，為綜采工作面高效、高產(chǎn)創(chuàng)造了條件。