201006060-319煤层注水在松软厚煤层综放工作面中的应用1

煤层注水在松软厚煤层综放工作面中的应用梁世元1，渠继刚2，邵卫华31神火兴隆矿业有限责任公司 泉店煤矿，河南 许昌 ；2神火兴隆矿业有限责任公司 泉店煤矿，河南 许昌 3神火兴隆矿业有限责任公司 泉店煤矿，河南 许昌 摘要：综放工作面由于后部放顶过程中产生的煤尘较大，致使工作面作业环境较差。煤层注水是工作面降尘的主要方法之一，本文根据泉店煤矿的煤层地质条件选取了合适的注水工艺及注水参数，不但起到了降尘的功效，而且取得了固结煤壁，防止片帮的良好效果。关键词：煤层注水 降尘 防止片帮Study on the application of water injection on fully mechanized caving face of soft and thick coal seamLiang Shi-yuan1, Qu ji-Gang 2, Shao Wei-hua 31. Shenhuo Xinglong Mining Co.Ltd( Quandian ), Xuchang, Henan ,China；2. Shenhuo Xinglong Mining Co.Ltd( Quandian ), Xuchang, Henan ,China；3. Shenhuo Xinglong Mining Co.Ltd( Quandian ), Xuchang, Henan ,China；Abstract: work on back caving of fully mechanized caving face generates much coal-dust which will worsen the working condition. Water injection to coal seam is one of the methods of fall dust in working face. Take Quandian Mine for example, based on its geographical condition, the proper water injection technique and parameter, not only decreases the coal-dust, but consolidates the coal wall so as to avoid wall caving.Key words: water injection, fall dust, avoid wall caving0 引言玛丽散树脂能及时地改变了围岩的松散结构，提高岩体的整体强度，增加施工安全的可靠性，当遇到工作面的片帮、冒顶情况，也可应用玛丽散树脂进行治理。泉店煤矿12050面就是使用玛丽散在这些方面取得了良好的效果，但由于玛丽散的成本太高，导致经济效益差，最终放弃了使用玛丽散。二1煤层由于受到后期构造作用的影响，煤的原生结构遭到破坏，构造镜面发育，煤层受压固结成块状，手指轻压易碎，具有挤压和揉搓现象。二1煤层以粉粒状为主，次为粉状和鳞片状，普氏系数为0.150.25。此前普遍认为在煤层松软，硬度系数小的煤层中注水效果不好，但在泉店煤矿12050综放面取得了良好的效果。1 矿井概述泉店煤矿二112050综放工作面为首采工作面，位于井田西北部12采区下部，东邻12轨道上山，西邻DF03断层，上邻二312030综采工作面（未开采），下邻530西翼胶带运输大巷。采面可采走向长560m，采面倾斜长150m，回采面积86700。顶板：直接顶以砂质泥岩，粉砂岩为主，厚度一般1.55m，泥岩顶板次之，厚度一般13m；老顶以细粒、中粒大占砂岩为主，厚度012.33m，一般在2m以上，底板：直接底板主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为细粒砂岩或中粒砂岩，厚度3033m，一般30m左右。煤质情况见表1。本采面回采二1煤层，煤层走向294，倾向204，倾角2738，平均33，煤层厚度平均5.44m，采用后退式走向长壁综采放顶煤采煤方法采煤，机采高度2.2m，采放比为1：1.5。表1 二1煤层煤质情况表水分Mad( %)灰分Ad(%)挥发分Vdaf(%)全硫St，d (%)发热量Qnet，v，d (MJ/kg)煤类0.3414.319.590.6025.40瘦煤2 煤层注水参数及注水工艺浅孔注水是在回采工作面垂直煤壁或与煤壁斜交打钻孔注水，注水孔深度4.5m。图1为工作面煤壁浅孔注水示意图。国治图1 采煤工作面浅孔注水示意图2.1 注水参数（1）注水压力。根据“三软”煤层的松软特点，注水压力不易过大也不宜过小，注水压力过大会导致煤壁的片帮，注水压力过小时，注水效果不明显，发挥不了注水的作用。经过现场多次试验，最终选定注水压力为4MPa左右。（2）钻孔布置。根据现场注水后的试验结果表明，水的扩散半径在6m左右，因此确定注水孔的间距为6m。（3）注水孔长度。根据12050工作面的地质条件和生产技术条件，并考虑到注水后第二天的粘结程度和现场打钻的作业时间，确定注水孔深度为4.5m。（4）注水孔角度。一般注水孔的末端存在压力的损失，造成注水扩散半径的减小，为保证形成2m多厚度的粘结层，确定注水孔的角度约15。（5）注水量和注水时间。根据现场的实践经验，以煤壁及顶煤渗水为判断的依据，确定注水量一般控制在2500L左右，注水时间约20分钟。2.2 施工工艺（1）钻孔。采用风动煤钻打眼，孔径42mm，孔深4.5m，孔间距6m。工作面两头各留6m不打孔注水。（2）封孔。采用ZF-A型橡胶快速（封孔器型号ZF-A22，内径22mm，外径39mm，适用孔径4250mm）封孔，封孔器长2m。封孔深度2.5m，即封孔器尾部插入煤壁1.52.0m。（3）注水系统。由喷雾泵（含压力表、安全阀、溢流阀等）高压钢丝胶管、高压水表、高压橡胶自动封孔器组成。采用高压胶管将每个钻孔中的注水管与喷雾泵的供水干管连接起来，其间安装有高压水表和截止阀，喷雾泵供水管路与工作面供水钢管相联。注水系统主要设备有：喷雾泵、橡胶自动封孔器、高压阀门、高压软管：干管规格32518（钢丝层数内径压力），每根长10m，支管规格31026，每根长10m。（4）施工组织。每天利用检修班分3组人员打注水孔，3组注水，每组为8个钻孔，为了确保注水注水压力符合要求，3个注水组实行不同时注水。3 煤层注水效果（1）工作面降尘，减小了采煤各环节的粉尘。通过测尘，注水前工作面回风巷煤尘平均浓度为18%左右，注水后工作面回风巷煤尘平均浓度为5%左右，降尘率达到72%。割煤的降尘率达到80%，移架降尘率达到74%。各工序的平均降尘率达到75%。（2）有效的固结煤壁，防止片帮。煤层注水增加了煤体中的水份，使松散的煤体固结在一起。在以往的开采中，煤壁极易片帮，注水后，片帮的区域大幅减少。少数的片帮现象只出现在工作面的下端头区域。（3）有效的加固顶板。由于工作面煤壁前方塑性区域有次生裂隙的发育，煤体的松散度高，以往开采时经常发生冒顶事故。注水后增强煤体整体黏结性，顶板得到了很好的控制，提高了其安全性。（4）顶煤回收率得到了提高。注水后增大了煤体的塑性和裂隙面，提高了顶煤的可放性，使采面采出率大幅提高。（5）降低瓦斯涌出量。注水后煤体的内部结构受到了破坏，使煤体产生裂隙，瓦斯沿裂隙逸出，并且注水的本身也可以稀释一部分瓦斯。（6）注水后，煤体的脆性减弱，增加了塑性变形的性质，促使前方塑性变形压加宽，使集中压力向煤壁深处移动并加宽，减弱了压力集中程度，缓和了煤体压力潜能的积聚，从而有效地预防了冲击地压的发生或使其强度明显减弱。（7）依据二1煤层底板温度等值线图，二112050工作面属于正常地温区和类高温区，地温在2931。注水后，工作面的温度有所降低。4影响煤层注水的因素煤体注水是一个复杂的流变过程，其效果的好坏取决于多方面的因素。一定要根据具体的地质条件来选择合适的注水工艺和注水参数。影响注水效果的因素有二：（1）煤层的地质条件和生产技术条件。煤质的硬度、厚度、含水率以及煤层的裂隙发育等因素是影响煤层注水效果的基本因素。不同的煤层地质条件采用相同的注水方案，效果会不一样，其注水目的也不一样。同样，在生产技术条件不一样的情况下，其注水效果也不一样。（2）注水工艺及注水参数。注水压力、单位时间注水量、注水时间、孔长、孔距等参数的选择影响着最终的注水效果。因此要选择合理的注水参数才能达到理想的注水效果，起到降低费用的作用。5 结论煤层注水不但对减少采煤各环节的粉尘起很大作用，同时对于提高回收率及减少各种灾害作用显著。12050上顺槽及切眼为沿煤层顶板布置的巷道，从施工的情况看，工作面煤尘较大，为了有效的减少煤尘，降低煤尘浓度，固结煤壁，防止片帮，便于工作面回采，同时保证工人有良好的作业环境，在工作面采取煤层注水。但是由于更个矿井的煤层赋存条件的差异，所以一定要寻求适合于本矿的煤层注水的相关参数，才能达到良好的效果。泉店煤矿就是在根据自身的地质条件选取了合适的注水工艺和参数取得了良好的效果，用煤层注水代替了原来的注玛丽散，为该矿节省了很大的费用。参考文献1李林辉.煤层注水在“三软”不稳定厚煤层生产中的应用.中州煤炭.2006.42彭立忠，李建森.综采工作面煤层注水技术的应用.山西煤炭管理干部学院学报.