煤層注水技術(shù)在石炭井焦煤公司的應(yīng)用

1、<p>　　煤層注水技術(shù)在石炭井焦煤公司的應(yīng)用</p><p>　　【摘要】高瓦斯礦井回采工作面通過煤層注水技術(shù)可以有效的排擠瓦斯在煤層中的賦存，增加煤層的粘結(jié)指數(shù)，降低回采工作面在割煤時的粉塵量，降低風(fēng)巷上隅角度瓦斯?jié)舛龋鰪?qiáng)頂?shù)装骞芾?，提高回采工作面生產(chǎn)率。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：煤層注水 瓦斯 煤塵 </p><p>　　中圖分類號：X752

2、 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p><b>　　介紹 </b></p><p><b>　　1、地表水文 </b></p><p>　　石炭井礦區(qū)為一軸向近南北的向斜盆地，四周群山環(huán)抱，地勢北高南低，井田位于盆地中段。由于地表巖石裸露，地形起伏較大，有大氣降水的徑流排泄。井田內(nèi)無地表水體，只有石炭井溝自北向南流經(jīng)煤系地層，

3、是石炭井礦區(qū)一條主要泄水通道，平時只有少量生產(chǎn)、生活廢水通過。勃力海帶灘是經(jīng)過二號井井田下部的一條主要泄水通道，溝面較寬闊，第四系沖積層厚度9～17.9m，目前該礦二水平采空區(qū)已塌至溝谷邊緣，因此三水平開采時必須對該溝進(jìn)行治理，以免雨季山洪沿塌陷裂隙灌入井下。 </p><p><b>　　2、含水層特征 </b></p><p>　　井田內(nèi)共有四個含水層，各含水層內(nèi)

4、相對富水的是砂巖裂隙含水層，一般厚度不大，多為不同粒級的砂巖互層出現(xiàn)。各含水層富水較弱，補(bǔ)給來源差。各含水層特征如下： </p><p>　?。?）第一含水層組：為二迭系上石盒子組粗砂巖，平均含水層厚度22m，單位涌水量q=0.183L/s?m，滲透系數(shù)K=1.346m/d。 </p><p>　?。?）第二含水層組：上距第一含水層組20～40m，為山西組地層中灰白色中細(xì)粒砂巖，含水層厚度

5、35～55m，單位涌水量q=0.102 L /s?m，滲透系數(shù)K=0.034m/d。 </p><p>　?。?）第三含水層組：上距第二含水層組70～80m，為太原組上部地層，位于K2～K3灰?guī)r中間，巖性為灰白色中細(xì)粒砂巖，厚度12～39m，單位涌水量q=0.085～0.119 L /s?m，滲透系數(shù)K=0.0334m/d。 </p><p>　?。?）第四含水層組：為太原組下部地層，主要

6、為十層煤頂板砂巖，巖性為灰白色中粒砂巖，厚度13～30m，單位涌水量q=0.117～0.255L /s?m，滲透系數(shù)K=0.11m/d。 </p><p><b>　　3、設(shè)計需要 </b></p><p>　　目前，我公司開采2474工作面為“三軟”煤層，且煤層粉塵大，瓦斯涌出量也大，工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冉?jīng)常處于臨界狀態(tài)，為此我公司全面展開煤層注水工作，并根據(jù)煤層賦

7、存條件，地質(zhì)構(gòu)造等基本狀況基礎(chǔ)上確定煤礦注水施工設(shè)計，并編制了相關(guān)安全技術(shù)措施，從源頭上保證煤層注水工作的實施。 </p><p><b>　　煤層注水介紹 </b></p><p>　　煤層注水是在回采前預(yù)先在煤層打若干鉆孔，通過鉆孔注入壓力水，使其滲入煤體內(nèi)部，破壞煤體內(nèi)原有的煤－瓦斯兩相體系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相體系，體系內(nèi)各個介質(zhì)相互作用，使煤的物理化學(xué)

8、性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。 </p><p><b>　　煤層注水種類 </b></p><p>　　煤層注水按鉆孔深度分深孔注水和淺孔注水。 </p><p>　　深孔注水是在回采工作面前方進(jìn)風(fēng)巷或回風(fēng)巷沿煤層傾斜平行于工作面打孔，孔深一般為工作面斜長的2/3，孔徑75～100mm。用水泥漿或橡膠封孔器封孔后，即可開始注水。與淺孔注

9、水相比，深孔注水成本較高，打鉆較困難，只適用于中厚與厚煤層。優(yōu)點是預(yù)濕范圍大，能充分濕潤，而且不影響采煤工作。但在有些礦區(qū)，由于煤層沒有受到破壞，注水較困難，注水量小。 </p><p>　　煤層注水在煤礦安全中的作用機(jī)理及效果 </p><p><b>　　1 防塵 </b></p><p>　　煤層注水是回采工作面最有效的防塵措施。水的除塵

10、機(jī)理包括以下4個方面： </p><p>　?。?）濕潤煤體內(nèi)的原生煤塵，使其失去飛揚(yáng)的能力； </p><p>　?。?）有效地包裹煤體的每個細(xì)小部分，當(dāng)煤體在開采中破碎時，避免細(xì)粒煤塵的飛揚(yáng)； </p><p>　　（3）水的濕潤作用使煤體塑性增強(qiáng)，脆性減弱。當(dāng)煤體受外力作用時，許多脆性破碎變?yōu)樗苄孕巫?，因而大量減少了煤體被破碎為塵粒的可能性，降低了煤塵的產(chǎn)生量

11、。 </p><p>　?。?）媒體注水可以有效的可以有效的排擠煤層中吸附的瓦斯，可以有效的粘結(jié)煤層空隙中游離的瓦斯。 </p><p>　　2 預(yù)防煤與瓦斯突出 </p><p>　　研究和試驗考察表明，注水濕潤煤體，可使煤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化，煤的彈性和強(qiáng)度減小，塑性增大，從而使巷道前方的壓力分布發(fā)生變化，即高壓力向煤體深部轉(zhuǎn)移，壓力集中系數(shù)減小。煤體濕潤后，

12、其透氣性也將成百上千倍的降低，水對瓦斯的運動起到明顯的阻礙效應(yīng)，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降。上述的各種變化，都表明注水濕潤煤體，可以消除或降低煤層的突出危險。 </p><p>　　3 減小工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?</p><p>　　煤層注水對治理瓦斯的作用，不僅表現(xiàn)在預(yù)防煤與瓦斯突出，而且也表現(xiàn)在減小工作面生產(chǎn)時回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?，其原因?個。 </p>&

13、lt;p>　?。?）濕潤煤體中的水分對瓦斯的運動起阻礙作用，使一部分瓦斯在煤體破壞后不涌入采掘空間而是隨煤體被運出工作面。 </p><p>　?。?）打孔破壞了煤體內(nèi)原有的煤－瓦斯體系的平衡，注水前后則形成了新的煤－瓦斯－水三相體系，體系的這些變化都會導(dǎo)致瓦斯的涌出。 </p><p><b>　　4 防治沖擊地壓 </b></p><p&

14、gt;　　煤層注水防治沖擊地壓的機(jī)理是：高壓注水改變了煤體的裂隙結(jié)構(gòu)，使煤體脆性減弱，塑性增強(qiáng)。促使煤壁前方塑性變形區(qū)（卸壓帶）加寬，使集中壓力區(qū)（彈塑性變形區(qū)）向煤壁深處移動并加寬，減弱了壓力集中程度，緩和了煤體壓力潛能的積聚，從而預(yù)防沖擊地壓的發(fā)生或使其強(qiáng)度減弱。 </p><p><b>　　5 防火與降溫 </b></p><p>　　分層法開采厚或特厚易燃煤

15、層時，在放頂后，向采空區(qū)注水，或在放頂前用水遍灑放頂步距條帶，能起到防火作用。因為注水后煤體的導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量增大，使煤體的溫度不易升高，如果頂板為泥質(zhì)巖石，則此法效果更佳，注水（或灑水）后，冒落的矸石濕潤，膨脹成再生頂板，覆蓋浮煤，減少漏風(fēng)，從而抑制了采空區(qū)的浮煤氧化。陜西崔家溝礦和徐州大黃山礦采用此法防火均取得了良好效果。溫度較低的冷水注入煤體后，由于水有較大的比熱容和汽化潛熱，對高溫工作面的降溫也是有利的。 </p>

16、<p>　　煤層注水參數(shù)及工藝的確定 </p><p>　　經(jīng)過一段時間的反復(fù)試驗和摸索，我公司形成了一套適合2474綜采工作面短孔注水設(shè)計方案和風(fēng)巷長壁注水設(shè)計方案 。 </p><p>　　采用風(fēng)煤鉆打眼，孔徑42mm，孔深8000mm，孔間距6000mm（每四個支架設(shè)計一個），采用交叉打眼法。 </p><p>　　鉆孔布置及施工。鉆孔布置在煤層中

17、部偏上，為方便排矸，鉆孔傾角調(diào)整仰角，為避免注水影響工作面兩頭支護(hù)管理，工作面兩頭5000mm范圍不施工注水孔。 </p><p>　　封孔采用橡膠快速封孔器或水泥封孔，封孔長度為800mm。為不影響采煤工作面正常回采，設(shè)計采用檢修班注水，生產(chǎn)班正常生產(chǎn)原理。 </p><p>　　注水工藝：鉆孔型號：ZYG-150，鉆孔深度36米，鉆孔直徑75mm，功率：15KW。 </p>

18、<p>　　注水量設(shè)計：Q = K T W / 100 q </p><p>　　式中：Q 表示一個孔的注水量 m3 </p><p>　　q 表示水得密度t/m3 </p><p>　　k表示水量不均衡系數(shù)，一般采用1.2~1.5 </p><p>　　T 表示一個注水孔濕潤煤量t </p><p>　

19、　W 表示預(yù)計含水率增值，% </p><p>　　鉆孔長度：L =L1 - M </p><p>　　式中：L表示鉆孔長度 m </p><p>　　L1 表示工作面長度 </p><p>　　M 與煤層透水性和鉆孔方向有關(guān)的參數(shù)，透水性若得煤層上、下向孔，M均取20m，對透水性強(qiáng)的煤層，向上孔取M?20m，向下空M =（ 1 / 3 ?

20、2 / 3）L1 </p><p>　　由于我公司4層煤為“三軟”煤層，鉆孔施工長度不能達(dá)到設(shè)計要求長度，工作面鉆孔長度設(shè)計為36米，但注水效果比較明顯。 </p><p>　　鉆孔間距可根據(jù)煤層濕潤半徑計算，即： </p><p>　　B = 2.5 R = 5 h </p><p>　　式中 B 表示鉆孔間距 m </p>

21、<p>　　R 表示濕潤半徑 m </p><p>　　h 巷道凈高（注水工作面、回風(fēng)巷）m </p><p>　　通過煤層注水詳細(xì)數(shù)據(jù)設(shè)計，煤層工作面得到了客觀的效果。 </p><p><b>　　注水效果 </b></p><p>　　通過對工作面進(jìn)行注水工作，煤層水分由原來的1%增加到3%，空氣中的煤塵

22、含量由注水前的400~600降低到注水后的50mg/m3,降塵率達(dá)到60~90%；工作面風(fēng)巷上隅角瓦斯含量由原來的臨界值0.8~1%降低到0.56~0.65%，達(dá)到降塵和瓦斯治理的目的。通過注水，對煤體片幫問題也得到有效的解決，工作面片幫量問題也得到有效解決。 </p><p>　　煤層注水的幾點體會 </p><p>　　總結(jié)煤層注水效果，2474綜采工作面注水有效地降低了生產(chǎn)班割煤時的

23、產(chǎn)塵量和粉塵濃度，使工作面風(fēng)巷勞動環(huán)境得到改善。 </p><p>　　有效的降低了生產(chǎn)班割煤時的瓦斯?jié)舛?，瓦斯臨界報警和斷電次數(shù)明顯下降，工作面回采率得到很大提高。 </p><p>　　為了更進(jìn)一步的提高注水降塵效果，我們擬在水水流程中添加活性濕潤劑，增加水在煤層中的滲透能力，解決水不能滲入媒體微裂隙中的問題，使降塵效果和排瓦斯效果更佳理想。 </p><p>

24、<b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　王顯政，煤礦安全技術(shù)，北京，煤炭工業(yè)出版社，2002 </p><p>　　于不凡，煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)，北京，煤炭工業(yè)出版社2006 </p><p>　　網(wǎng)佑安，煤礦瓦斯治理，北京，煤炭工業(yè)出版社，2001 </p><p>　　俞啟香，礦井瓦斯防治，徐州，