煤层注水在煤矿安全中的应用及效果浅析

煤层注水在煤矿安全中的应用及效煤层注水在煤矿安全中的应用及效 果浅析果浅析 1 煤层注水及方法煤层注水及方法 煤层注水是在回采前预先在煤层打若干钻孔 通过钻孔注 入压力水 使其渗入煤体内部 破坏煤体内原有的煤 瓦斯两 相体系的平衡 形成煤 瓦斯 水三相体系 体系内各个介质 相互作用 使煤的物理化学性质 力学性质及热力学性质发生 变化 煤层注水按钻孔深度分深孔注水和浅孔注水 深孔注水是 在回采工作面前方进风巷或回风巷沿煤层倾斜平行于工作面打 孔 孔深一般为工作面斜长的 2 3 孔径 75 100mm 用水泥 浆或橡胶封孔器封孔后 即可开始注水 与浅孔注水相比 深 孔注水成本较高 打钻较困难 只适用于中厚与厚煤层 优点 是预湿范围大 能充分湿润 而且不影响采煤工作 但在有些 矿区 由于煤层没有受到破坏 注水较困难 注水量小 2 煤层注水在煤矿安全中的作用机理及效果煤层注水在煤矿安全中的作用机理及效果 2 1 防尘 煤层注水是回采工作面最有效的防尘措施 水的除尘机理 包括以下 3 个方面 1 湿润煤体内的原生煤尘 使其失去飞扬的能力 2 有效地包裹煤体的每个细小部分 当煤体在开采中破 碎时 避免细粒煤尘的飞扬 3 水的湿润作用使煤体塑性增强 脆性减弱 当煤体受 外力作用时 许多脆性破碎变为塑性形变 因而大量减少了煤 体被破碎为尘粒的可能性 降低了煤尘的产生量 新汶孙村矿和本溪彩屯矿实施煤层注水后 除尘率分别达 到 73 和 79 表 1 是 三软 综放工作面通过实施煤层注水及 其他防尘措施后的降尘率 表 1 三软 综放工作面降尘率 位 置 采 煤机司 机 移架 司机 放煤 司机 回风 巷 全 尘 69 1 44 2 84 1 69 4 呼吸 性粉尘 42 3 41 2 66 9 45 3 2 2 预防煤与瓦斯突出 研究和试验考察表明 注水湿润煤体 可使煤的力学性质 发生明显变化 煤的弹性和强度减小 塑性增大 从而使巷道 前方的压力分布发生变化 即高压力向煤体深部转移 压力集 中系数减小 煤体湿润后 其透气性也将成百上千倍的降低 水对瓦斯的运动起到明显的阻碍效应 煤中瓦斯涌出量和涌出 速度都在大幅度下降 上述的各种变化 都表明注水湿润煤体 可以消除或降低煤层的突出危险 在阳泉矿区 3 号煤层两对突 出矿井的 6 个具有突出危险性的综采工作面使用浅孔煤壁注水 后 瓦斯突出和喷出次数与采用前相比 减少了 72 2 平均 突出强度也降低了 36 5 2 3 减小工作面回风流中的瓦斯浓度 煤层注水对治理瓦斯的作用 不仅表现在预防煤与瓦斯突 出 而且也表现在减小工作面生产时回风流中瓦斯浓度 其原 因有 2 个 1 湿润煤体中的水分对瓦斯的运动起阻碍作用 使一部 分瓦斯在煤体破坏后不涌入采掘空间而是随煤体被运出工作面 2 打孔破坏了煤体内原有的煤 瓦斯体系的平衡 注水 前后则形成了新的煤 瓦斯 水三相体系 体系的这些变化都 会导致瓦斯的涌出 郑州煤炭工业集团公司裴沟煤矿的 25031 工作面在浅孔注 水工作中 注水前干孔孔口瓦斯浓度可达 2 以上 注水后的 湿孔孔口瓦斯浓度则可超过 4 该工作面注水之后生产过程 中瓦斯超限次数明显减少 安徽恒源煤电股份有限公司 625 采 煤工作面进行煤壁注水以后 瓦斯绝对涌出量降低幅度在 29 4 33 3 之间 阳泉 3 号煤层在煤壁实施浅孔注水后 采 煤班作业时瓦斯涌出量平均降低了 25 07 2 4 防治冲击地压 煤层注水防治冲击地压的机理是 高压注水改变了煤体的 裂隙结构 使煤体脆性减弱 塑性增强 促使煤壁前方塑性变 形区 卸压带 加宽 使集中压力区 弹塑性变形区 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 从而预防冲击地压的发生或使其强度减弱 抚顺胜利 矿采用煤层注水防治冲击地压 收到较好效果 其对比情况见 表 2 表 2 抚顺胜利矿预防冲击地压效果 工 作面类 别 最大压 力位置 m 压力 集中系数 增压边界与 煤壁距离 m 干 工作面 工作面 前方 5 2 5 14 湿 工作面 工作面 前方 10 1 4 10 20 2 5 防火与降温 分层法开采厚或特厚易燃煤层时 在放顶后 向采空区注 水 或在放顶前用水遍洒放顶步距条带 能起到防火作用 因 为注水后煤体的导热系数和热容量增大 使煤体的温度不易升 高 如果顶板为泥质岩石 则此法效果更佳 注水 或洒水 后 冒落的矸石湿润 膨胀成再生顶板 覆盖浮煤 减少漏风 从而抑制了采空区的浮煤氧化 陕西崔家沟矿和徐州大黄山矿 采用此法防火均取得了良好效果 温度较低的冷水注入煤体后 由于水有较大的比热容和汽化潜热 对高温工作面的降温也是 有利的 3 提高煤层注水效果的措施提高煤层注水效果的措施 对一定的煤层条件和注水设备 可在注水工艺上采取措施 以增大煤层注水量 提高注水速度 注流量 使注水效果更 佳 3 1 间歇注水 煤层注水时 压力水快速流入煤体裂隙 裂隙表面往往为 气泡所覆盖 因而可能阻碍水的湿润作用 而当采用间歇反复 注水时 则可消除这一缺点 另外 注水后煤体内产生的裂隙 是可变的 第一次注水时泄露的地点在第二次注水时不一定继 续泄水 所以间歇注水能增大注水量 3 2 孔内震动爆破 提高透水性 在注水孔内装药进行注水前的震动爆破 可以有效地提高 注水速度 石炭井矿务局在透水性较差的煤层中 采用孔内震 动爆破方法提高了注水流量 其方法是在钻孔中盛满水 将矿 用安全炸药 4 5 卷 置于防水套中做成爆破筒送入钻孔内 爆破筒中放置 2 个起爆雷管引爆 在孔口敞开的情况下进行水 封爆破 爆破结束后 即封孔注水 孔内爆破的作用是利用爆 破产生的高压作为注水的初始压力 打开裂隙 同时在爆破震 动下 使煤体得到松动 为正常注水创造条件 表 3 是石岩井 矿务局二 三矿孔内震动爆破的结果 表 3 石炭井矿务局孔内震动爆破结果 矿 别及层 别 工作 面名 称 孔深 m 爆破 次数 注水 流量 l h 1 二 矿 5 层 煤 2521 上 40 1 10 20 500 210 20 800 三 矿 5 层 煤 3512 上 23 31 1 42 196 三 矿 9 层 煤 3914 21 23 1 67 162 3 3 使用湿润剂 煤的湿润边界角在