陳德虎 陳軍偉 康懷宇

(1．山西汾西新陽煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西孝義 032306;2.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京東燕郊 101601)

新陽礦綜放工作面煤層注水技術(shù)應(yīng)用①

陳德虎1②陳軍偉2康懷宇2

(1．山西汾西新陽煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西孝義 032306;2.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京東燕郊 101601)

煤層注水是采煤工作面有效的防塵措施之一，對(duì)降低采煤工作面的粉塵濃度起到重要作用。本文對(duì)新陽礦S1105綜采面煤塵量大的情況，煤層注水方法及應(yīng)用效果進(jìn)行了闡述，確定采用長(zhǎng)孔注水法對(duì)綜放工作面煤層進(jìn)行注水，并對(duì)此進(jìn)行了深入的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了注水實(shí)測(cè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入的分析，取得了良好的效果。

綜放工作面;煤層注水;長(zhǎng)孔注水;短孔注水

0 引言

新陽礦采用綜采放頂煤技術(shù)開采煤層，煤層含硫量2.8%，屬于高硫煤層。綜采放頂煤工作面采高大，放煤高度大，井田上部的小煤窯多，采空區(qū)漏風(fēng)源多，漏風(fēng)量大。從已開采的綜放工作面的情況看，工作面煤塵的飛揚(yáng)性很好，開采過程中工作面風(fēng)流中的煤塵濃度也較高而且硫化氫氣體不斷地從煤層中涌出，嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)。針對(duì)新陽煤礦綜放工作面煤塵濃度較高的實(shí)際情況，決定采用煤層注水進(jìn)行治理［1］。

1 新陽礦S1105綜放工作面概況

S1105工作面開采煤層為太原組9#、10#、11#煤合并層，煤層產(chǎn)狀走向北西，傾向北東。煤層平均厚度為8.79m，煤層傾角2°～6°，平均傾角4°。各煤層的孔隙率分別為9#煤層5.35%、10#煤層5.33%、11#煤層5.04%。本工作面開采煤層埋藏深度360 m，上覆含水層為K2、K3、K4石灰?guī)r含水層，其含水量豐富，下層含水層為奧陶紀(jì)石灰?guī)r含水層，其含水量豐富，但距本煤層較遠(yuǎn)，故對(duì)回采無影響。本工作面走向長(zhǎng)平均1200 m，傾斜長(zhǎng)200m，斜面積為216711m2，工業(yè)儲(chǔ)量為2571601t，可采儲(chǔ)量為2097248t，生產(chǎn)中截深0.6m，3班組織生產(chǎn)、班進(jìn)刀數(shù)為2、日進(jìn)尺3.6 m。S1105工作面H2S氣體在正常開采情況下為0.0002%，最高時(shí)0.006%，風(fēng)量為960 m3/min。粉塵濃度在機(jī)組割煤時(shí)為264 mg/m3，工作面放煤時(shí)為337 mg/m3。經(jīng)判定新陽礦S1105工作面開采煤層均為可注水煤層［2］。

2 新陽礦S1105綜放工作面煤層注水工藝

煤層注水的目的是增加煤層中水的飽和度，即煤層中的含水率。

根據(jù)新陽礦S1105綜放工作面煤層的具體條件，確定采用在采煤工作面、進(jìn)回風(fēng)巷長(zhǎng)孔注水方案。

2.1 鉆孔布置及施工

本技術(shù)采用ZL－750型鉆機(jī)(煤炭科學(xué)研究總院重慶分院生產(chǎn))。

鉆孔布置在煤層的中部，為方便排鉆屑，鉆孔應(yīng)有1°～2°仰角。為防止工作面兩端煤壁片幫，工作面兩個(gè)端頭各留10 m不打注液孔。在回風(fēng)巷道采取平行打孔，注液孔的總數(shù)為79個(gè)。在皮帶巷道采取平行打孔，布置和回風(fēng)巷道對(duì)稱錯(cuò)開，注液孔的總數(shù)也為79個(gè)，打孔深度為90m。

2.2 封孔參數(shù)

封孔采用橡膠快速封孔器封孔，封孔器長(zhǎng)1m。封孔深度8～10m，即封孔器外端距煤壁8～10m。

2.3 煤層注水參數(shù)的確定［3］

煤層注水工藝參數(shù)的確定，應(yīng)能保證在該工藝參數(shù)條件下，注水鉆孔所承擔(dān)范圍的煤層得到最大可能均勻、充分的濕潤(rùn)。

2.3.1 每孔注液量：

2.3.2 注液時(shí)間：

2.3.3 注液壓力(終壓)：

按照水的供給方式可以分為：(1)靜壓注水：利用地面水源至井下用水地點(diǎn)的靜水壓力，通過礦井防塵管網(wǎng)直接將水引入鉆孔向煤體注水。(2)動(dòng)壓注水：利用水泵所造成的動(dòng)壓力向煤體注水。

按照以往的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該優(yōu)選靜壓注水方式，結(jié)合本礦實(shí)際條件，靜壓注水壓力3.6MPa。一般情況下注水壓力應(yīng)滿足以下條件：(1.2～1.5)Pw≤P≤Pr式中：P——注水壓力，MPa;Pw——煤層中瓦斯壓力，MPa;Pr——上覆巖層壓力，MPa。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)低于4 MPa時(shí)，濕潤(rùn)半徑太小，時(shí)間太長(zhǎng)，注水效果不好。因此注水壓力應(yīng)大于4 MPa，所以根據(jù)本礦實(shí)際情況確定為動(dòng)壓注水方式。

實(shí)驗(yàn)室對(duì)煤樣的動(dòng)壓注水實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果為注水壓力應(yīng)大于5.0MPa，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注液中，由于煤層和煤樣有差距，注液終壓視具體情況適當(dāng)調(diào)整，初步定為5～9.0MPa左右。單面單循環(huán)同時(shí)注液孔數(shù)：3個(gè);注液孔間距：15 m;注液孔長(zhǎng)度：90 m;封孔長(zhǎng)度：10 m。

2.3.4 注液系統(tǒng)

注液系統(tǒng)由BRW200/31.5注水泵(含壓力泵、水箱、壓力表、安全閥、溢流閥等)、高壓鋼絲膠管、雙功能高壓水表、高壓橡膠自動(dòng)封孔器組成。

注液系統(tǒng)主要設(shè)備的數(shù)量及規(guī)格如表1所示。

表1 注液系統(tǒng)主要設(shè)備的數(shù)量及規(guī)格

3 新陽礦煤層注水技術(shù)應(yīng)用及效果

2006年7月在新陽礦S1105工作面開始實(shí)行了長(zhǎng)孔注入技術(shù)方案，鉆機(jī)型號(hào)為ZL－750，孔距為20m，鉆孔傾角為1°，采用膨脹式封孔器封孔，封孔長(zhǎng)度為6 m，孔徑Ф42 mm，詳細(xì)情況見表2。

表2 新陽礦S1105工作面煤層注水部分鉆孔記錄簡(jiǎn)表

孔號(hào)孔長(zhǎng)(m)注水壓力(MPa)注水量(m3)進(jìn)風(fēng)巷5# 80 5.5 290.1進(jìn)風(fēng)巷6# 80 5.5 205.4進(jìn)風(fēng)巷7# 80 5.5 299.3進(jìn)風(fēng)巷8# 80 6 301.9進(jìn)風(fēng)巷9# 80 6 229.5進(jìn)風(fēng)巷10# 80 6 223.8進(jìn)風(fēng)巷11# 80 6 231進(jìn)風(fēng)巷12# 80 6 230進(jìn)風(fēng)巷13# 80 6 304.6進(jìn)風(fēng)巷14# 80 6 312.1進(jìn)風(fēng)巷15# 80 6 332.7回風(fēng)巷16# 100 6 232.2回風(fēng)巷17# 100 6 240回風(fēng)巷18# 100 6 223.8回風(fēng)巷19# 100 6 373.8回風(fēng)巷20# 100 6 269.9回風(fēng)巷21# 100 6 372.2回風(fēng)巷22# 100 6 246.3回風(fēng)巷23# 100 6 281.6回風(fēng)巷24# 100 6 377.8回風(fēng)巷25# 100 6 263.5回風(fēng)巷26# 100 6 250.8回風(fēng)巷27# 100 6 212.8回風(fēng)巷28# 100 6 299.1回風(fēng)巷29# 100 6 347.2回風(fēng)巷30# 100 6 389.5

經(jīng)測(cè)定新陽礦S1105工作面煤層未注水之前含水量為2.49%，注水之后含水量為3.33%。對(duì)比注水前與注水后的煤層時(shí)，經(jīng)測(cè)定新陽礦S1105工作面機(jī)組割煤時(shí)粉塵濃度由264 mg/m3下降為105 mg/m3，放煤時(shí)由337 mg/m3下降為135mg/m3，工作面粉塵濃度降低約為40%;煤層注水后濕潤(rùn)煤體中的水分對(duì)瓦斯的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，降低了落煤與放煤工序的瓦斯涌出量，對(duì)改善S1105工作面通風(fēng)緊張的狀況很有幫助;注水后新陽礦S1105工作面硫化氫氣體已經(jīng)消除。

4 應(yīng)用分析

經(jīng)本次應(yīng)用的分析研究發(fā)現(xiàn)，新陽礦S1105工作面煤層注水后破壞了煤體原有結(jié)構(gòu)的完整性，改變了煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而軟化了煤體，工作面機(jī)組割煤時(shí)粉塵濃度由264 mg/m3下降為105 mg/m3，放煤時(shí)由337 mg/m3下降為135mg/m3，工作面粉塵濃度降低約為40%。綜上可得出：煤層注水是新陽礦S1105工作面有效的防塵措施之一，對(duì)降低采煤工作面的粉塵濃度［4］，減小粉塵對(duì)井下工人及作業(yè)場(chǎng)所的危害程度起到重要作用，此外煤層注水還可起到延長(zhǎng)煤的阻化時(shí)間、消減工作面的H2S氣體、防治瓦斯和煤體卸壓［5］等方面的作用。

［1］涂繼正.煤層注水防塵［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1960

［2］趙從國(guó).煤層注水工藝與效果分析［J］.煤炭科技，2005

［3］張永吉等.煤層注水技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2000

［4］張紅軍.煤層注水技術(shù)在車集煤礦的應(yīng)用［J］.煤礦開采，2008，(2)

［5］李俊龍.唐安煤礦煤層注水技術(shù)的應(yīng)用［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2006，(S1)

Technical analysis of Xinyang Mine coal seams injection on fully mechanized coal face

CHEN Dehu1，CHEN Junwei2，KANG Huaiyu2

(1.Shanxi Fenxi Xinyang Coal Mining Group Corporating Ltd.，Xiaoyi Shanxi032306;2.Safety Engineering College，North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing-East 101601)

Coal seams injection is one of the most effective measures at working face which plays an important role in reducing coal dust concentration.This thesis does a comprehensive elaboration on the issues that coal dust amount is large on S1105 fully mechanized coal face and the disposal methods as well as application results，which draw a conclusion to adopt long－h(huán)ole injection method for coal seam on fully mechanized coal face，and also a deep analysis of it.Combined with the site injection test，a good result is achieved by further analyzing the experimental data.

Fully mechanized coal face;Coal seams injection;Long－h(huán)ole injection;Short－h(huán)ole injection

TD713+.33

A

1672－7169(2011)03－0022－03

2011－03－21

陳德虎(1971－)，男，山西交城縣人，大學(xué)畢業(yè)，汾西新陽礦煤業(yè)有限責(zé)任公司通風(fēng)區(qū)區(qū)長(zhǎng)。