第三章-煤体注水防尘

第三章煤体注水防尘一、煤层注水的减尘作用

1）煤体内的裂隙中存在着原生煤尘，水进入后，可将原生煤尘湿润并粘结，使其在破碎时失去飞扬能力，从而有效地消除这一尘源。

2）水进入煤体内部，并使之均匀湿润。当煤体在开采中受到破碎时，绝大多数破碎面均有水存在，从而消除了细粒煤尘的飞扬，预防了浮尘的产生。

3）水进入煤体后使其塑性增强，脆性减弱，改变了煤的物理力学性质，当煤体因开采而破碎时，脆性破碎变为塑性变形，因而减少了煤尘的产生量。

第一节概述二、影响煤层注水效果的因素1）煤的裂隙和孔隙的发育程度2）上覆岩层压力及支承压力3）液体性质的影响4）煤层内的瓦斯压力5）注水参数的影响第三章煤体注水防尘第一节概述一、煤层注水方式及选择（1）煤层注水方式是指钻孔的位置、长度和方向。有短孔注水、深孔注水、长孔注水和巷道钻孔注水。1）短孔注水短孔注水是在回采玉作面垂直煤壁或与煤壁斜交打钻孔注水，注水孔长度一般为2～3.5m。优点：对地质条件适应性强；注水设备、工艺、技术均较简单。缺点：钻孔数量大而湿润范围小；封孔频繁而不易严密，易跑水；注水与采煤面其他工序相互干扰。第三章煤体注水防尘第二节煤层注水方式及选择一、煤层注水方式及选择（2）第三章煤体注水防尘第二节煤层注水方式及选择2）深孔注水：是从回采工作面垂直煤壁打钻孔注水，孔长一般为5～25m。优点：①不仅具有短孔注水的很多优点；②而且更能适应围岩的吸水膨胀性质；③较短孔注水的钻孔数量少，湿润范围大而均匀。缺点：①因压力要求高，故设备、技术复杂；②较长孔注水的钻孔数量多，封孔工序也较频繁。第三章煤体注水防尘第二节煤层注水方式及选择一、煤层注水方式及选择（3）3）长孔注水是从回采工作面的运输巷或回风巷，沿煤层倾斜方向平行于工作面打上向孔或下向孔注水，孔长30～100m；当工作面长度超过120m而单向孔达不到设计深度或煤层倾角有变化时，可采用上向、下向钻孔联合布置钻孔注水。优点：①一个钻孔能湿润较大区域的煤体；②注水时间长，湿润均匀；③预注时，注水与生产无干扰；④经济。缺点：①打钻技术较复杂；②对地质条件的变化适应性差，易穿顶底板，不仅难以达到设计长度，而且还影响正常注水；③封孔较复杂。第三章煤体注水防尘第二节煤层注水方式及选择一、煤层注水方式及选择（4）4）巷道钻孔注水：由上邻近煤层的巷道向下煤层打钻注水或由底板巷道向煤层打钻注水，在一个钻场可打多个垂直于煤层或扇形布置方式的钻孔。优点：①钻孔少，湿润范围大；②采用小流量、长时间的注水方法湿润效果良好。缺点：①岩石钻孔量大；②不够经济；③有时受条件限制，比如因邻近层巷道损坏而影响注水工作的正常进行，所以极少采用。第三章煤体注水防尘第二节煤层注水方式及选择一、煤层注水方式及选择（5）二、煤层注水方式选择煤层注水方式的选择1）首先要考虑岩石压力的影响；2）其次要考虑煤层厚度、煤层倾角、有无断层、围岩性质及回采工艺、作业组织方式等。第三章煤体注水防尘第二节煤层注水方式及选择三、4种注水方式的适用条件（1）1）短孔注水。有走向断层或煤层倾角不稳定的煤层，煤层较薄（<0.7m）及围岩有吸水膨胀性质而影响顶底板管理时，采用短孔注水较为合理。国内外采用短孔注水方式的比例较小。2）深孔注水。由于钻孔较长，其要求煤层赋存稳定。它具有适应顶底板吸水膨胀性质等特点。德国、法国、英国、日本、俄罗斯等国均广泛采用深孔注水方式，这种方式适用于采煤循环中有准备班或每周有公休日，以便在此期间进行注水工作。第三章煤体注水防尘第二节煤层注水方式及选择3）长孔注水。一般认为长孔注水是最先进的注水方式，选择时应优先考虑，特别是回采强度大（如综机采煤时）和地质条件好的中厚和厚煤层更宜采用长孔注水方式；但在地质变化大的煤层，本方式受到较大的限制。这种方法被国内外广泛采用。4）巷道钻孔注水。采用巷道钻孔注水的条件是在注水煤层的上、下部要有现成的巷道，且其他条件适宜。德国、比利时及我国龙凤矿使用过这种注水方式。第三章煤体注水防尘第二节煤层注水方式及选择三、4种注水方式的适用条件（2）一、钻孔的布置方式钻孔布置包括确定开孔位置和钻孔参数。1．开孔位置2．钻孔直径3．钻孔长度4．钻孔间距5．钻孔角度第三章煤体注水防尘第三节煤层长孔注水二、封孔方法封孔方法主要有：1、水泥封孔1）水泥砂浆灌注法2）人工封堵法3）压气封堵法4）泥浆泵封堵法2、封孔器封孔封孔深度：通常是2.5～10m，有的大于10m。前苏联是几米到20m之间，德国、法国都是15～20m。第三章煤体注水防尘第三节煤层长孔注水三、注水系统及注水参数注水系统分为静压注水系统和动压注水系统。

静压注水：利用管网将地面水或上水平的水通过自然静压差导人钻孔的注水。动压注水：利用水泵将水压人钻孔的注水，水泵可以设在地面集中加压，也可直接设在注水地点进行加压。注水参数指注水压力、注水流量（注水速度）、注水量及注水时间。第三章煤体注水防尘第三节煤层长孔注水四、注水超前于回采的距离和时间1、超前距离：第一个钻孔开始注水时，该钻孔与回采工作面煤壁之间的距离即为超前距离。2、超前时间1）边采边注的超前时间边采边注时，钻孔从开始注水到工作面推进到该钻孔时的时间。2）预先注水的超前时间预先注水是指对准备工作面的注水，所以不存在超前距离，只存在超前时间。超前时间是越短越好。第三章煤体注水防尘第三节煤层长孔注水注水设备及器材煤层注水所使用的设备主要包括：1、钻机2、煤层注水泵3、封孔器4、分流器5、水表及压力表6、注水器材第三章煤体注水防尘第四节煤层注水设备及器材1、采前预注与随采随注采前预注是在准备工作面掘进完毕，回采前的一段时间内进行注水工作的，因而不与采掘工作相干扰，可以有较充分的注水时间，使煤体得到充分的湿润。我国目前大都采用这种采前预注的方式。随采随注时的注水工作与回采工作同时进行，注水工作会与回采工作相互干扰，同时只有短促而有限的注水时间，因此在实际中使用较少。第三章煤体注水防尘第五节有关煤层注水的几个问题二、煤层注水中的水分蒸发现象

1）影响水分蒸发，主要与水的蒸发膜阻力有关，因此，可通过改变水溶液展开溶剂的性质、水的膜物质纯度、水溶液表面形状等方法，降低水的蒸发现象的发生。2）通过对吸湿性无机盐类与多种表面活性剂进行正交复配试验，研制成功了具有防止注入水分在煤层中蒸发、易于渗透等多种功效的注水添加剂——粘尘棒。

3）煤体内水分蒸发与水溶液的性质、煤质、煤体暴露面积、煤体的层理方向等因素有密切关系。

4）在煤层注水中添加粘尘剂，可有效地防止煤体内水分的蒸发。第三章煤体注水防尘第五节有关煤层注水的几个问题三、静压注水和动压注水静压注水由于不用水泵，因而设备简单，操作方便，易于管理，注水费用低，在有条件时应予优先采用。静压注水较适合于透水性强或上、下部煤层已被采动情况下的低压注水。静压注水由于压力较低，因而流量也较低，注水时间则往往要求较长。动压注水适用于中压以上注水压力和透水性较弱的煤层。动压注水分为移动式水泵供水和集中泵站供水两种方式，前一种方式是水泵随注水孔位置改变而移动，我国目前大都采用这种方式。后一种方式是把大流量水泵固定安放在地面或井下硐室，通过管网向各处注水钻孔供水。国外有采用这种方式的，它的优点是节约水泵，简化了工艺，实施方便，易于管理。第三章煤体注水防尘第五节有关煤层注水的几个问题四、单孔注水与多孔注水

静压注水常采用多孔注水，在压力小于1MPa时，可用一般水表计量各钻孔的流量与注水量。多孔注水的注水时间较长，流量较小，湿润效果好，而且工艺简单，实施方使，便于管理。单孔注水多用于移动式水泵供水，我国目前动压注水大都采用这种方式。第三章煤体注水防尘第五节有关煤层注水的几个问题五、连续注水与间断注水连续注水多用于静压注水中，而动压注水往往采用间断注水。连续注水可使水分在正常压力下不断向煤层深部渗透，容易达到均匀湿润的效果，而间断注水时，在间隔时间内有可能造成堵孔或塌孔的现象。第三章煤体注水防尘第五节有关煤层注水的几个问题六、上向注水与下向注水上向注水是打仰角钻孔，封孔后向上注水。上向注水打孔时排粉容易，但封孔较困难，注水时不能利用水的自重则是它的缺点。采用双向注水，也包含了上向注水因素。下向注水是打俯角钻孔，封孔后向下注水。这种注水方式的优点是钻孔、封孔均较方便，注水时能利用水的自重，因此一般说来下向注水比上向注水优越性大，国内外普遍采用下向注水的方式。第三章煤体注水防尘第五节有关煤层注水的几个问题一、注水效果煤层注水的降尘效果表现为采煤时空气含尘量的降低，可按降尘率计算。第三章煤体注水防尘第六节煤层注水效果及其考察方法G2、G1－分别为煤层注水前，工作面某处尘源下风侧及上风侧的空气含尘量，mg/m3G2‘、G1’－分别为煤层注水前，工作面某处尘源下风侧及上风侧的空气含尘量，mg/m3二、其他效果1）煤层注水能抑制瓦斯涌出，降低工作面和回风流的瓦斯浓度。2）煤层注水能降低工作面的气温1～3℃。3）煤层注水能降低煤的硬度，易于开采，提高生产效率。4）煤层注水能降低炸药、雷管和截齿的消耗，降低采煤机的采煤功率。5）煤层注水能缓和冲击地压。6）煤层注水使煤层受到充分湿润时能预防煤与瓦斯突出。第三章煤体注水防尘第六节煤层注水效果及其考察方法三、煤层注水效果考察方法煤层注水降尘效果取决于煤体湿润程度，即含水量的多少。一般认为，煤体水分增加1％才有较高的降尘效果。