新阳矿综放工作面煤层注水技术应用①

陈德虎 陈军伟 康怀宇

(1．山西汾西新阳煤业有限责任公司，山西孝义 032306;2.华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

新阳矿综放工作面煤层注水技术应用①

陈德虎1②陈军伟2康怀宇2

(1．山西汾西新阳煤业有限责任公司，山西孝义 032306;2.华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601)

煤层注水是采煤工作面有效的防尘措施之一，对降低采煤工作面的粉尘浓度起到重要作用。本文对新阳矿S1105综采面煤尘量大的情况，煤层注水方法及应用效果进行了阐述，确定采用长孔注水法对综放工作面煤层进行注水，并对此进行了深入的分析，结合现场进行了注水实测，对实验数据进行了深入的分析，取得了良好的效果。

综放工作面;煤层注水;长孔注水;短孔注水

0 引言

新阳矿采用综采放顶煤技术开采煤层，煤层含硫量2.8%，属于高硫煤层。综采放顶煤工作面采高大，放煤高度大，井田上部的小煤窑多，采空区漏风源多，漏风量大。从已开采的综放工作面的情况看，工作面煤尘的飞扬性很好，开采过程中工作面风流中的煤尘浓度也较高而且硫化氢气体不断地从煤层中涌出，严重影响了矿井的安全生产。针对新阳煤矿综放工作面煤尘浓度较高的实际情况，决定采用煤层注水进行治理［1］。

1 新阳矿S1105综放工作面概况

S1105工作面开采煤层为太原组9#、10#、11#煤合并层，煤层产状走向北西，倾向北东。煤层平均厚度为8.79m，煤层倾角2°～6°，平均倾角4°。各煤层的孔隙率分别为9#煤层5.35%、10#煤层5.33%、11#煤层5.04%。本工作面开采煤层埋藏深度360 m，上覆含水层为K2、K3、K4石灰岩含水层，其含水量丰富，下层含水层为奥陶纪石灰岩含水层，其含水量丰富，但距本煤层较远，故对回采无影响。本工作面走向长平均1200 m，倾斜长200m，斜面积为216711m2，工业储量为2571601t，可采储量为2097248t，生产中截深0.6m，3班组织生产、班进刀数为2、日进尺3.6 m。S1105工作面H2S气体在正常开采情况下为0.0002%，最高时0.006%，风量为960 m3/min。粉尘浓度在机组割煤时为264 mg/m3，工作面放煤时为337 mg/m3。经判定新阳矿S1105工作面开采煤层均为可注水煤层［2］。

2 新阳矿S1105综放工作面煤层注水工艺

煤层注水的目的是增加煤层中水的饱和度，即煤层中的含水率。

根据新阳矿S1105综放工作面煤层的具体条件，确定采用在采煤工作面、进回风巷长孔注水方案。

2.1 钻孔布置及施工

本技术采用ZL－750型钻机(煤炭科学研究总院重庆分院生产)。

钻孔布置在煤层的中部，为方便排钻屑，钻孔应有1°～2°仰角。为防止工作面两端煤壁片帮，工作面两个端头各留10 m不打注液孔。在回风巷道采取平行打孔，注液孔的总数为79个。在皮带巷道采取平行打孔，布置和回风巷道对称错开，注液孔的总数也为79个，打孔深度为90m。

2.2 封孔参数

封孔采用橡胶快速封孔器封孔，封孔器长1m。封孔深度8～10m，即封孔器外端距煤壁8～10m。

2.3 煤层注水参数的确定［3］

煤层注水工艺参数的确定，应能保证在该工艺参数条件下，注水钻孔所承担范围的煤层得到最大可能均匀、充分的湿润。

2.3.1 每孔注液量：

2.3.2 注液时间：

2.3.3 注液压力(终压)：

按照水的供给方式可以分为：(1)静压注水：利用地面水源至井下用水地点的静水压力，通过矿井防尘管网直接将水引入钻孔向煤体注水。(2)动压注水：利用水泵所造成的动压力向煤体注水。

按照以往的经验应该优选静压注水方式，结合本矿实际条件，静压注水压力3.6MPa。一般情况下注水压力应满足以下条件：(1.2～1.5)Pw≤P≤Pr式中：P——注水压力，MPa;Pw——煤层中瓦斯压力，MPa;Pr——上覆岩层压力，MPa。通过现场实验低于4 MPa时，湿润半径太小，时间太长，注水效果不好。因此注水压力应大于4 MPa，所以根据本矿实际情况确定为动压注水方式。

实验室对煤样的动压注水实验分析结果为注水压力应大于5.0MPa，在现场实际注液中，由于煤层和煤样有差距，注液终压视具体情况适当调整，初步定为5～9.0MPa左右。单面单循环同时注液孔数：3个;注液孔间距：15 m;注液孔长度：90 m;封孔长度：10 m。

2.3.4 注液系统

注液系统由BRW200/31.5注水泵(含压力泵、水箱、压力表、安全阀、溢流阀等)、高压钢丝胶管、双功能高压水表、高压橡胶自动封孔器组成。

注液系统主要设备的数量及规格如表1所示。

表1 注液系统主要设备的数量及规格

3 新阳矿煤层注水技术应用及效果

2006年7月在新阳矿S1105工作面开始实行了长孔注入技术方案，钻机型号为ZL－750，孔距为20m，钻孔倾角为1°，采用膨胀式封孔器封孔，封孔长度为6 m，孔径Ф42 mm，详细情况见表2。

表2 新阳矿S1105工作面煤层注水部分钻孔记录简表

孔号孔长(m)注水压力(MPa)注水量(m3)进风巷5# 80 5.5 290.1进风巷6# 80 5.5 205.4进风巷7# 80 5.5 299.3进风巷8# 80 6 301.9进风巷9# 80 6 229.5进风巷10# 80 6 223.8进风巷11# 80 6 231进风巷12# 80 6 230进风巷13# 80 6 304.6进风巷14# 80 6 312.1进风巷15# 80 6 332.7回风巷16# 100 6 232.2回风巷17# 100 6 240回风巷18# 100 6 223.8回风巷19# 100 6 373.8回风巷20# 100 6 269.9回风巷21# 100 6 372.2回风巷22# 100 6 246.3回风巷23# 100 6 281.6回风巷24# 100 6 377.8回风巷25# 100 6 263.5回风巷26# 100 6 250.8回风巷27# 100 6 212.8回风巷28# 100 6 299.1回风巷29# 100 6 347.2回风巷30# 100 6 389.5

经测定新阳矿S1105工作面煤层未注水之前含水量为2.49%，注水之后含水量为3.33%。对比注水前与注水后的煤层时，经测定新阳矿S1105工作面机组割煤时粉尘浓度由264 mg/m3下降为105 mg/m3，放煤时由337 mg/m3下降为135mg/m3，工作面粉尘浓度降低约为40%;煤层注水后湿润煤体中的水分对瓦斯的运动起阻碍作用，降低了落煤与放煤工序的瓦斯涌出量，对改善S1105工作面通风紧张的状况很有帮助;注水后新阳矿S1105工作面硫化氢气体已经消除。

4 应用分析

经本次应用的分析研究发现，新阳矿S1105工作面煤层注水后破坏了煤体原有结构的完整性，改变了煤体的物理力学性质，进而软化了煤体，工作面机组割煤时粉尘浓度由264 mg/m3下降为105 mg/m3，放煤时由337 mg/m3下降为135mg/m3，工作面粉尘浓度降低约为40%。综上可得出：煤层注水是新阳矿S1105工作面有效的防尘措施之一，对降低采煤工作面的粉尘浓度［4］，减小粉尘对井下工人及作业场所的危害程度起到重要作用，此外煤层注水还可起到延长煤的阻化时间、消减工作面的H2S气体、防治瓦斯和煤体卸压［5］等方面的作用。

［1］涂继正.煤层注水防尘［M］.北京：煤炭工业出版社，1960

［2］赵从国.煤层注水工艺与效果分析［J］.煤炭科技，2005

［3］张永吉等.煤层注水技术［M］.北京：煤炭工业出版社，2000

［4］张红军.煤层注水技术在车集煤矿的应用［J］.煤矿开采，2008，(2)

［5］李俊龙.唐安煤矿煤层注水技术的应用［J］.矿业安全与环保，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－hole 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－hole injection;Short－hole injection

TD713+.33

A

1672－7169(2011)03－0022－03

2011－03－21

陈德虎(1971－)，男，山西交城县人，大学毕业，汾西新阳矿煤业有限责任公司通风区区长。