综采放顶煤工作面动压注水降尘.pdf

粉尘防治 文章编号 1003 496X 2002 10 0028 03 综采放顶煤工作面动压注水降尘 李耀明 汾西矿业集团公司 山西 介休032000 摘 要 文章通过在水峪矿6104工作面进行的沿煤层动压长钻孔注水工艺试验 对煤层注水及 工作面降尘效果进行了考察分析 并初步确定了较为合理的长钻孔注水参数 关键词 动压 粉尘治理 长钻孔 注水 中图分类号 TD714 4 文献标识码 B 1 试验工作面概况 6104工作面走向长度876 m 倾斜长度93 m 煤层倾角2 o 10o 平均5 o 6104工作面开采 太原组10 11 煤合并层 煤层厚度为6 64 m 煤层结构复杂 含7 9层夹矸 工作面采高2 5 m 放煤高度为3 75 m 经工作面实测 煤的原 始水分为1 46 孔隙率为6 87 属渗透性较 好的煤层 煤层的老顶为K2石灰岩 厚度8 11 m 直接顶为黑色页岩 厚0 84 m 节理发育 性 脆 易碎 直接底为铝土页岩 厚1 5 2 5 m 遇 水膨胀变软 有底鼓现象 老底为页岩 厚8 7 m 灰色厚层状 破碎 煤尘有爆炸危险性 煤尘爆炸 指数为22 82 第33卷第10期 煤 矿 安 全 2002年10月 2 煤层长钻孔动压注水降尘的原理 煤层注水的实质是通过煤壁向煤体深部打钻 孔的办法用压力水湿润尚未开采的煤体 在开采 过程中大大减少或基本抑制浮游粉尘的产生 动 压水被压入煤体后 沿着煤层中裂隙或层 节理通 道缓慢渗透流动 并分布于煤体之中 使煤体采前 充分预湿 这种方法既能抑制回采过程中伴生的 大量煤尘 又能使煤层的构造裂隙中原生煤尘丧 失飞扬能力 是一种最为积极而有效的防尘技术 是一种治本性的防治方法 3 钻孔布置 6104材料巷布置在10 11 合并煤层下分 层中 巷道净高2 5 m 距底板0 3 m 孔径为50 mm 钻孔倾角为3 o 5o 详见图1 图1 钻孔剖面图 3 1 钻孔参数 1 钻孔间距 由于11 煤孔隙率高 透水性 好 根据经验数据 确定工作面钻孔间距为20 m 左右 2 封孔长度 采用重庆设计院和石家庄煤 机厂生产的直径为50 mm的自动橡胶水力膨胀 式封孔器 封孔长度为5 6 m 3 钻孔长度 L L1 KL2 式中 L 钻孔长度 m L1 采煤工作面斜长 m 取90 m L2 煤层注水湿润半径 m K 压力水渗透系数 0 95 0 85 经计算得 L 71 m 3 2 注水参数 1 注水流量 根据所选注水泵型号 其注水 流量为2 m 3 h 2 每孔注水量 由山西矿业学院所做的汾 西矿业 集团 公司水峪煤矿11 煤层注水实验结 论得知 11 煤自然含水率为1 46 实验室注水 后 煤样含水率为2 5 较原煤提高1 04 因 此每孔注水量可由下式计算 q hL d k 式中 h 煤层厚度 m 3 m L 工作面长度 m 90 m d 注水孔间距 m 20 m 煤的密度 t m 3 1 41 煤体注水后 提高的含水率 k 重复浸湿系数 取1 2 计算得 q 95 19 m 3 3 单孔注水时间为t q v 式中 t 单孔注水时间 h q 单孔注水量 m v 注水速度 m 3 h 按每次2孔同注 注水速度为1 m 3 h 4 注水压力 p 1 b ln 1 b rh q1 a L注k 式中 p 注水压力 kg m 2 b 渗透系数随水压增加的指数系数 b 0 052 63 rh 水的密度 1 kg cm 3 q1 单位注水孔长度及单位煤层厚度 在单位时间内的1 2注水量 cm 3 0 469 L注 注水区域半径 cm 1 000 a 渗透系数初值 cm h 0 001 1 计算得 p 6 35 MPa 4 注水设备及工艺 4 1 注水设备 根据注水参数的确定 使用5D 2 150型专 用注水泵 注水压力为6 3 MPa 流量为2 m 3 h 采用高压胶管做供水管路 打眼采用YDX 40A 型岩石电钻 钻杆使用 33 5 mm 1 5 m地质 勘探钻杆 钻头 50 mm 为自制两翼钻头 封孔 器使用 50 mm的水力膨胀型封孔器 管路与 封孔器采用高压u型卡连接 4 2 注水工艺流程 1 打钻注水 1 钻孔距工作面切眼处70 m 超前注水时间达到20 d 这样使每个孔都有一 定的预注水时间 注水采取三班间断性注水 每 92 第33卷第10期 煤 矿 安 全 2002年10月 班注水时间为4 h 每班有两人负责注水泵运转及 注水参数的记录 当高压流量表的数值达到单孔 注水量 注水孔周围煤壁出现水珠时 停止钻孔注 水 采取交错迈步式前进法 对下一个钻孔进行注 水 2 封孔 封孔是煤层注水的重要环节 封孔 质量直接影响注水效果 经过多次试验 采用重庆 设计院和石家庄煤机厂生产的自动橡胶膨胀式封 孔器 见图 2 图2 自动橡胶膨胀式封孔器 封孔器是利用压力水的能量实现封孔的 它 是由芯管 胶筒 端帽及送出阀等构成 封孔器前 端装有定压逆止阀 压力水进入封孔器芯管后 当 水压未超过逆止阀的预定弹簧压力 1 0 1 5 MPa 时 首先通过芯管孔眼进入胶管 使其膨胀 变形封住钻孔 待胶管封住孔口后 水压上升 当 超过逆止阀预定的弹簧压力时 使打开逆止阀的 钻孔供水 停泵卸压后 胶管靠自身弹性力恢复原 状 即可从钻孔取出 实践证明 该封孔器使用简 单 封孔质量好 不漏水 拆卸 安装容易 是高压 注水的理想封孔设备 5 注水效果分析 1 注水前后煤样水份测定 使用WM B 型水份测定仪 每两天测定一次煤体含水率 煤 体含水率测定在距工作面机头 机尾以里10 m处 和工作面中部两个测点按正规采样要求进行现场 测定 经过对收集的数据整理后 可以看到注水 后水份含量由1 3 增加到3 4 注水前后水 份测定见表1 2 注水前后工作面粉尘浓度测定 粉尘浓 度测定按综合防尘标准要求进行 使用AHFQ 粉尘采样器 每两天测定一次粉尘浓度 在工作 面正常生产时 对工作面落煤 司机操作采煤机 移架和回风巷4个测点进行测定并记录 采用重 量法进行粉尘浓度计算 经过对收集的数据整理 后 可以看到注水后煤尘全尘降尘率最高达到 79 6 呼吸性尘降尘率最高可以达到69 2 注水前后粉尘浓度测定值列于表2 表1 注水前后水份测定值 测点位置 原始 水份 注水后测定 水份 注水后水份 增加率 机头处1 32 91 6 中部1 43 42 0 机尾处1 53 21 7 表2 注水前后粉尘浓度测定值 工序项目 注水前粉尘浓度 mg m 3 总尘呼尘 注水后粉尘浓度 mg m 3 总尘呼尘 降尘率 总尘呼尘 落煤553 0485112 8226 1879 669 2 司机 操作 46231 5109 512 2976 366 1 移架18122 546 707 9974 264 5 回风巷11217 633 827 2969 858 6 实践证明 在水峪煤矿6104工作面 采用长 孔动压注水后 降尘效果是非常明显的 6 结论 1 6104工作面动压注水结果证明 沿煤层 倾斜方向采用长孔动压注水工艺简单 操作方便 与工作面回采工序不相冲突 而且降尘效果好 2 经过试验证明 在汾西矿业集团公司 10 11 煤层采用钻孔间距为20 m 钻孔长度不 小于工作面长