深孔煤层注水技术及工艺

马立新

山西阳城阳泰集团宇昌煤业有限公司，山西晋城 048100

深孔煤层注水技术及工艺

马立新

山西阳城阳泰集团宇昌煤业有限公司，山西晋城 048100

依据水进入煤体的形式，可以将注水方式分为短孔注水、长孔注水及深孔注水。深孔注水的注水孔是垂直于工作面煤壁的深钻孔，孔的长度通常情况下在10m左右。一般来说，深孔煤层注水难易程度受到诸如外部工艺因素、煤层自身因素、煤层的物理力学性质、煤层内的瓦斯压力及煤的湿润边角等因素的影响。深孔煤层注水技术工艺涉及到钻孔参数、钻孔布置、注水参数及封孔参数等。其中注水参水主要包括注水压力、注水流量及注水时间。

深孔煤层；注水技术；注水参数

0 引言

我国从某种程度上来说是煤炭生产与消费的大国之一，目前煤炭与石油是我国能源生产消费的主要形式，然而作为我国煤炭开采主要方式的井工开采有着诸多缺陷，比如在开采的过程中会产生很多矿尘，这些具有爆炸性的矿尘不仅危及矿井，还造成大量的成员伤亡。煤层注水技术是目前最为有效最为基本的防尘手段，此外还能够有效防止瓦斯突出及防治冲击地压。煤层注水一般有长孔注水、短孔注水及深孔注水等形式，而深孔煤层注水的孔深通常在十米左右，是对工作面前方煤层支承压力区域内注水，相比于其他煤层注水有一定的特殊性，本研究以此为切入点，探讨深孔煤层注水在防治瓦斯及软化中硬煤层方面的作用，所以具有一定的理论与实际意义。

1 影响深孔煤层注水的因素

一般来说，影响深孔煤层注水有诸多因素，集中表现在外部工艺因素、煤层自身因素、煤层的物理力学性质、煤层内的瓦斯压力及煤的湿润边角等。外部工艺因素包括注水压力与注液的表面张力。一般来说在自然条件下，深孔煤层难以渗透，煤层的渗透性随着注水压力增加而逐渐增加；煤层自身因素包括煤层孔隙与裂隙的发育程度及地压的集中深度。其中影响深孔煤层的第一因素就是煤层的孔隙与裂隙的发育程度，孔隙与裂隙的发育程度越好则越容易注水；煤层的物理力学性质包括煤炭的强度、硬度、脆性及韧性等，这些物理力学因素将显著影响深层煤层的注水效果；煤层内的瓦斯压力是深孔煤层注水的附加阻力，在瓦斯压力较大的煤层，需要提高注水压力，进而增加注水难度，我国对那些瓦斯压力较大的煤层一般采用中压或者高压注水；煤的湿润边角也是影响深孔煤层注水的一个重要因素，一般来说煤的湿润边角越小，则煤层越容易注水，相反则越难。

2 深孔煤层注水相关技术工艺

深孔煤层注水的孔深通常情况下在十米左右，由于地压相比原始压力要高出一到三倍，再加上次生裂隙没有大量形成，所以注水压力较大，这样才能确保水不流失。

2.1 钻孔的布置与钻孔参数

煤层厚度决定着钻孔的布置，如果采高低于一点八米时，可以采用单排眼，如果煤层厚度较大，则采用三花眼。钻孔长度通常情况下要比循环进度长出一点才可以，每一个钻孔的湿润半径决定着注水孔间距。在实际的注水中，注水钻孔的间距要依据煤层的变化灵活地做出调整，一般来说在两米到八米之间变动，此外钻孔直径和炮眼直径一致，如果注水后，孔内仍然有积水时，则不可以作为炮眼。

2.2 注水参数与注水参数之间的规律

2.2.1 注水参数

注水压力、注水时间及注水流量是注水的主要参数，注水压力、注水流量及注水时间是相互制约相互影响的，通常情况下，注水压力越大，相应的注水时间越短，注水流量则越大，一般来说，注水压力有一个最大值和最小值，注水压力的最大值就是要确保煤体不漏水跑水及不破坏顶板与底板，注水压力的最小值就是要确保在特定的时间内输入规定的水量。管网静压注水与专用泵加压注水是注水压力供给的两种主要方式。其中管网静压注水是通过地面或者水池，借助固定供水管网向钻孔注水，而专用泵加压注水则是通过注水专用泵向各钻孔注水。在深孔煤层注水时，注水量要使湿润范围之内的煤体水分增值达到1%到2%，单孔注水流量一般情况下不应当超过20L/min，且注水时间保持在15min之内，总的注水时间控制在3h～5h之内。

2.2.2 注水参数之间的规律

总的来说，深孔煤层注水整个过程是一个脉动的注压过程，当注水开始以后，注水流量随着注水压力增大而增大，几分钟后，进入附近的煤体裂隙中的水充满后，注水流量迅速下降，且注水压力增大。当注水压力达到特定值时，煤体流量再一次上升，当水再一次充满压开的裂隙通路后，水压又上升，而流量则下降，这样反复进行。

2.3 封孔参数

一般来说，科学的封孔深度应当确保孔口附近的煤壁不漏水。从某种程度上来说，煤壁承受的注水压力与封孔深度有着十分密切的关系，如果封孔深度过深的话，煤体水分则会集中在深部，煤壁则会相对较干燥，如果要湿润煤壁，则需要延长注水时间，这对深孔煤层注水带来很多困难，所以封孔深度一方面要确保不漏水，同时要尽可能地加大孔壁渗水面积，避免出现里湿外干，实践表明，深孔煤层注水封孔深度一般是孔深的30%。

3 结论

总之，深孔煤层注水受到外部工艺因素、煤层自身因素、煤层的物理力学性质、煤层内的瓦斯压力及煤的湿润边角等因素的影响。煤层厚度决定着钻孔的布置，每一个钻孔的湿润半径决定着注水孔间距，在实际的注水中，注水钻孔的间距要依据煤层的变化灵活地做出调整。注水压力、注水时间及注水流量是注水的主要参数，注水压力、注水流量及注水时间之间相互制约相互影响。此外封孔深度一方面要确保不漏水，同时要尽可能地加大孔壁渗水面积。

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[2]孙文标，刘辉.煤层注水在煤矿安全中的应用及效果浅析[J].煤矿安全，2004.

[3]张永吉.煤层注水技术[M].北京：煤炭工业出版社，2000.

TD713

A

1674-6708（2011）57-0059-01

马立新，助理工程师，职务：煤矿生产副矿长