高立森　劉傳勇

摘要：為解決突出煤層煤體強度低，濕潤性較差，灑水降塵效果不好的問題，本文采用現場實驗加科學分析手段對煤礦一綜掘工作面進行現場實驗，首先測量該工作面煤體濕潤半徑，得到其值為2.0～2.5m;其次在工作面設計了若干深20m直徑為75mm注水鉆孔，注水壓力為3.5MPa～4.5MPa，時間為2h;而后取芯進行濕潤效果檢驗，注水后降塵效果檢驗和沿程粉塵濃度、綜合降塵效果分析，結果表明：（1）掘進進尺8.0 m處，各個測塵點粉塵濃度都是最低，說明此處注水降塵效果最佳;（2）注水后比注水前呼吸性粉塵及全塵都有所下降，且呼吸性粉塵的降塵率比全塵效果好。

關鍵詞：煤巷綜掘工作面，注水降塵，潤濕效果，呼吸性粉塵，全塵

1 引言

煤層注水是工作面最有效、最根本的防塵措施[1-5]。煤層注水防塵，是通過鉆孔利用水的壓力將水注入即將采掘的煤層中，增加煤的水分，使煤體得到濕潤，并降低煤的強度和脆性，增加塑性，從根本上降低煤巷掘進工作面各工序產生的粉塵量。

由于煤體內的裂隙中存在著原生煤塵，水進入后，可將原生煤塵濕潤并粘結，使其在破碎時失去飛揚能力，從而有效地消除這一塵源;水進入煤體內部，并使之均勻濕潤，當煤體在掘進中受到破碎時，絕大多數破碎面均有水存在，從而消除了細粒煤塵的飛揚，預防了浮塵的產生;水進入煤體后使其塑性增強，脆性減弱，改變了煤的物理力學性質，當煤體因開采而破碎時，脆性破碎變?yōu)樗苄宰冃?，因而減少了煤塵的產生量[6-11]。

煤的裂隙和孔隙的發(fā)育程度、上履巖層壓力及支承壓力，地壓的集中程度與煤層的埋藏深度、液體性質的影響、煤層內的瓦斯壓力和注水參數，如注水壓力、注水速度、注水量和注水時間。

2 注水工藝

為了考察注水時注水的濕潤效果，在巷道右?guī)途嘤^5m處施工直徑為75mm鉆孔進行濕潤半徑的考察，以該鉆孔為圓心，在其內側每隔0.5m進行打鉆（鉆孔布置如圖1所示），取打鉆2米后的鉆屑（每隔2m取一次），進行水分含量測定，以鉆屑水分含量判斷注水后的濕潤效果[3～5]。此時，注水時間為2個小時，現場注水壓力為3.5MPa～4.5MPa。

經數據測量得到不同位置處的含水量圖，，隨檢驗孔距注水孔距離的增加，鉆屑的煤份含水量逐漸降低;檢驗孔距注水孔2m以后，鉆屑的含水量在2.0%左右，基本上接近煤本身的含水量，因此，可以得到在注水時間為2個小時和注水壓力為3.5MPa～4.2MPa的條件下，其煤塵注水濕潤半徑大致范圍為2～2.5m。隨檢驗孔深度的增加，鉆屑的煤份含水量呈先增加后逐漸降低;檢驗孔距注水孔8m時鉆屑的含水量達到最大值3.60%左右;之后，水分含量逐漸降低并最終接近煤本身的含水量，因此，可以得到在注水時間為2個小時和注水壓力為3.5MPa～4.2MPa的條件下，其煤塵注水濕潤半徑大致范圍為2～2.5m。

3 現場應用與效果分析

3.1 現場應用

根據綜掘工作面生產實際情況，按照本文注水工藝和步驟，實際單孔注水時間取為2個小時左

右，注水壓力為3.5MPa～4.2MPa。

本試驗考慮到靜壓注水的壓力小的影響，經研究決定采取雙孔注水，封孔器為水力自動封孔煤層注水器，封孔長度為2m?？紤]到煤質、巷道斷面參數、注水時間等綜合因素的影響，煤層注水降塵的鉆孔，設計采用Φ75mm的鉆頭，孔深20m，鉆孔與煤層頂底板平行，其中1#孔為注水濕潤半徑參考孔。

3.2 濕潤效果

注水完畢后，待進尺2m后，開始在不同位置刻槽取其煤樣，進行煤樣鉆屑水分分析，以檢驗注水后煤層的濕潤效果。進尺不同深度后所得到的煤樣全水分分析結果如表所示。

由表可得：采用靜壓注水，煤層注水效果較好，煤層含水量均增加，最高含水量比原水分增加2.2%，最低比原水分增加0.1%。煤層注水后，含水量隨鉆孔深度呈現先增加后逐漸降低的趨勢。此外，由于煤層地質賦存條件差異，不同位置的煤層注水濕潤效果并不一樣。

3.3 降塵效果

為了檢驗注水防塵效果，在煤巷掘進工作面不同深度時，對各個測塵點進行粉塵濃度測定，而后繪制呼吸性粉塵和全塵濃度與掘進進尺關系圖。掘進工作面掘進不同進尺下水幕降塵率。注水前各處的粉塵濃度及注水后同樣條件下掘進8m處粉塵濃度。

煤層注水后掘進進尺8m處，各個測塵點粉塵濃度最低，說明此處注水降塵效果最佳。水幕的降塵效果也非常的好，水幕的降塵率平均在48.3%，說明煤層注水對綜掘工作面降塵起到了一定的作用。

為了檢測注水后沿程粉塵濃度的分布，當工作面進尺8m時關閉水幕下測定沿程粉塵濃度，結合注水前后沿程粉塵濃度大小，可以得到注水前后沿程粉塵濃度分布比較。

注水后比注水前呼吸性粉塵及全塵都有所下降，且呼吸性粉塵的降塵率比全塵效果好。注水后呼吸性粉塵濃度比注水前下降快，注水后在22m處呼吸性粉塵濃度達到穩(wěn)定狀態(tài)，而注水前在30m以后呼吸性粉塵能讀才基本達到了穩(wěn)定。同理，注水后全塵濃度比注水前下降快，注水后在26m全塵達到穩(wěn)定狀態(tài)，而注水前在30m以后全塵才基本達到了穩(wěn)定。

4 結論

本文通過煤層注水降塵的作用和影響因素分析，提出了一套適合煤礦現場應用實際的煤層注水工藝，現場應用試驗驗證了注水工藝的可行性，并得到以下結論：

（1） 采用靜壓注水，煤層注水效果較好，煤層含水量均增加，最高含水量比原水分增加2.2%，最低比原水分增加0.1%。煤層注水后，含水量隨鉆孔深度增加逐漸降低。

（2） 突出煤層掘進頭前方8m處，注水降塵效果最佳。

（3） 注水后比注水前呼吸性粉塵及全塵都有所下降，且呼吸性粉塵的降塵率比全塵效果好。注水后呼吸性粉塵濃度比注水前下降快。