綜掘煤巷煤層注水防塵技術研究

石 峰

（汾西礦業靈北煤礦，山西 靈石 031302）

隨著礦井綜合機械化開采水平的不斷提升，采面推進速度、回采巷道掘進速度等均得以快速提升，但是也存在采掘作業面粉塵濃度較高問題[1-2]。噴霧降塵、煤層注水等是礦井常用除塵方式，特別是煤層注水可從根本上減少采煤機、綜掘機等推進時的粉塵產生量，對改善礦井作業環境具有顯著的促進意義[3-4]。

1 工程概況

3609 回風巷位于C3 采區，采用綜掘方式，巷道掘進進尺平均在13 m/d，沿著6 號煤層底板掘進，煤層埋深平均365 m、厚度3.7 m、傾角5°～9°。3609回風巷設計掘進長度為2 357 m，設計凈寬、凈高分別為5 400 mm、3 700 mm。6 號煤層原始瓦斯含量為6.2 m3/t，為降低采掘作業面瓦斯涌出，礦井采用順層鉆孔、長水平鉆孔等方式對煤層瓦斯進行預抽。

在礦井回風立井位置配備有消防以及防塵水池（體積600 m3），并在井下采掘作業面均進行噴霧降塵。但是3609 回風巷在掘進過程中仍存在粉塵濃度較高、迎頭環境質量差等問題，不僅影響現場作業人員身體健康而且制約巷道掘進效率。為此，提出通過注水提高煤層含水率，改善巷道掘進工作面環境質量、從根本上減少粉塵產生量。

2 掘進巷道煤層注水設計

2.1 注水半徑確定

為了掌握煤層注水半徑同時便于為后續的注水鉆孔參數設計提供指導，在滯后掘進迎頭5 m 位置布置一注水孔，并在注水孔旁間隔300 mm 布置考察孔，對注水孔不同距離下的煤層含水率情況進行探測。注水孔注水壓力取值在2.5～3.5 MPa，注水時間保持1 h，具體距離注水孔不同距離下的煤層含水率變化情況見表1 所示。

表1 距注水孔不同距離時煤層含水率變化表

從表1 看出，隨著與注水孔間距增加，煤層含水率呈現逐漸降低趨勢；當考察孔與注水礦間距超過1.2 m 后，煤層含水率降低至2.0%左右。因此，可判定煤層在2.5～3.5 MPa 注水壓力、注水1 h 時煤層有效浸潤半徑介于0.9～1.2 m。

2.2 注水系統布置

在3609 回風巷煤層注水水源為鋪設至掘進迎頭的高壓水管，并使用長度1 m 的注水器進行封孔。為了便于掌握單孔注水量，在注水管路中增加布置流量計。具體掘進迎頭位置注水孔與注水管路連接情況見圖1 所示。

圖1 注水孔與注水管路連接示意圖

在考慮煤層瓦斯預抽、巷道掘進斷面以及注水時間等參數對煤層注水效果影響上，在巷道掘進迎頭布置上下兩排注水孔進行注水，具體鉆孔布置見下頁圖2 所示，具體注水孔施工參數見表2 所示。為避免注水孔與掘進迎頭瓦斯抽采孔間出現竄孔，布置的注水孔應盡量平行瓦斯抽采孔。

圖2 掘進迎頭注水孔布置示意圖（mm）

在巷道掘進迎頭施工的注水孔孔徑均為42 mm、鉆孔深度均為10.0 m，一個注水孔施工完畢后即可進行封孔注水。注水期間同時進行下一注水孔施工。在掘進迎頭布置8 個注水孔，注水壓力保持在2.5～3.5 MPa、注水時間均保持在1 h 以上。

3 注水效果分析

3.1 煤層含水率變化情況

待對回風巷煤柱注水完畢后，每掘進完成1.5 m即取樣對煤層含水率進行測定，從而判定注水前后煤層含水率變化情況。具體在掘進過程中獲取到的煤層含水率檢測情況見表2 所示。

表2 煤層含水率變化情況

在掘進迎頭通過直接與井下壓水連接對煤層進行注水，從表2 可以看出，采用靜壓注水方式時由于不需要布置專用注水泵，從而注水系統更為簡單，注水更為便捷。掘進過程中對在接近迎頭范圍內煤層含水率介于2.7%～6.9%，含水率較煤層注水前均得以明顯提升；隨著掘進距離增加（注水孔深度增加），煤層含水率呈現緩慢降低趨勢，分析主要是在注水孔深部位置注水壓力有所降低導致；由于掘進迎頭前方煤體內裂隙、硬度等存在差異，從而使得不同位置取樣獲取到的煤層浸潤效果存在差異，最為直觀表現是不同位置煤層含水率有較大變化。

3.2 掘進迎頭粉塵濃度變化情況

在掘進巷道綜掘機內外噴霧系統、迎頭噴霧降塵系統等全部開啟條件下，煤層注水前后掘進巷道內粉塵濃度變化情況見表3 所示。從表中看出，通過對煤層進行注水后掘進迎頭位置粉塵濃度降低幅度平均達到61.1%，粉塵濃度最大控制在89.4 mg/m3，取得較好的粉塵防治效果。

表3 注水前后掘進迎頭粉塵濃度變化情況

4 結論

1）隨著綜掘設備應用推廣，掘進迎頭位置粉塵濃度呈增加趨勢，同時隨著與迎頭間距縮小、粉塵濃度呈現增加趨勢。雖然通過綜掘機內外噴霧、掘進迎頭噴霧等方式可在一定程度上降低迎頭位置粉塵濃度，但是由于粉塵量較大，降塵效果不明顯。注水可提高煤層含水率，從根本上降低掘進迎頭粉塵濃度。

2）在3609 回風巷內將注水壓力設計在2.5～3.5 MPa、注水時間保持1 h 時，煤層注水有效影響半徑可達到0.9～1.2 m，煤層含水率較注水前明顯增加，從而可達到降塵掘進迎頭粉塵產生量目的。現場注水后，掘進迎頭全塵、呼吸性粉塵質量濃度最大分別為89.4 mg/m3、47.6 mg/m3，較注水前降低幅度分別達到61.1%、54.0%，取得較好的注水降塵成果。