煤矿井下工作面煤体注水技术研究

摘要：煤矿资源进行开采的时候，会产生大量的矿尘，并且矿尘在无形中会对人们的生命造成威胁。煤层注水技术对降低矿尘浓度最为有效，基于此，文章对煤矿井下工作面注水技术进行了研究，分析了煤层注水的理论。

关键词：煤矿井下工作面；煤体注水； 煤矿开采

中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0114-02

我国是以煤炭为主要能源，对于煤炭的开采是以井上开采为主，但是在对煤矿资源进行开采的时候，会产生大量的矿尘，所谓矿尘，是煤尘、岩尘以及一些有毒粉尘的总称，具有爆炸性、矿尘爆炸，会造成大量的人员伤亡，造成很大的损失，并且矿尘会在无形中会对人们的生命造成威胁，会导致人们患尘肺病。因此国家相关部门加强对降低矿尘浓度的技术研究，并且也取得了相应的成果，而煤层注水技术则是最为有效的方法，可以有效地降低矿尘的浓度，保证工人在矿井中的安全生产。

1 煤体内的裂隙分布状况

1.1 层理

煤在形成的过程中会形成各种的煤岩成分的分界面，这种分界面就是煤层的层理面，煤层的层理面不会使煤层直接的断开，但是会使煤层产生一个弱面，在注水时，水会从这个弱面通过，这个弱面被归于裂隙。在我们通常所见的水平层理，会有断续性层理与斜状的层理，这种层理不是很明显，但是在注水的时候，水会沿着这种层理面，而流入需要湿润的区域。

1.2 内生裂隙

在煤体成煤的过程中，受到覆岩层的压力作用，并且会受到温度的影响，使煤体中的一些凝胶化物质的分子被压紧，煤体会经过压缩而产生张力，这种张力会使煤体中产生裂缝。这种裂缝的形成主要是与煤体的内部结构有关，不会受到外界因素的影响，所以会被称为内在裂缝。这种裂缝主要是垂直于层理面，这种内在裂缝的表面十分的光滑，对于内在裂隙来说，其发育程度主要是观察裂隙的数目以及煤的变质程度。

1.3 外生裂隙

外生裂隙产生的主要原因是：在煤层形成之后，很容易受到地质构造的影响，会受到四面不同力度的影响，从而会产生外生裂隙，这种外生裂隙也是与层理面相交的，并且外生裂隙与层理面相交的角度不同可以分为很多种，而最为常见的是斜交外生裂隙。在裂隙面上由于受到了挤压，因此会产生剪切滑动，从而会导致擦痕不平。外生裂隙的方式与断层的方向相同。由于外生裂隙、内生裂隙以及层理面相互之间交错纵横，因此会产生一些简单的几何图形，这些集合图形被称作“节理”，十分有利于注水的进行。

1.4 次生裂隙

次生裂隙的形成主要是在煤体采落之前，受到周围煤体开采时的超前支撑压力作用，或者是遭受到了周围的爆破工作所影响，而产生的裂隙。次生裂隙主要是人在进行开采时而造成的裂隙，内在裂隙以及外在裂隙都属于原生裂隙，都是在开采之前产生的，而次生裂隙内部也会产生原生的煤尘。

1.5 煤体内部的孔隙

在煤层的产生的过程中，由于一些挥发的物质或是水分等会不断地泄出，从而会导致在煤体之中有很多的细微的孔隙，孔隙之间是相互连通的，只有个别的孔隙都是处于封闭的状态。

2 煤层注水

（1）注水压力，由于煤层赋存条件十分的复杂，因此在自然条件之下，很难注水渗透，因此必须要在注水之前，施加相应的压力，从而来使水能够渗透到煤体之中，并且在进行渗水的时候，一定要逐渐的施加压力。

（2）注液的表面张力，在进行煤层的注水时，水对于煤层的湿润是一种重要的作用，对于固体来说，界面越小，越能够受到湿润。下列公式是水面张力以及煤的湿润面的关系：

W=σ1（1+cosθ）

在公式中，W代表着煤体湿润单位面积的界面能，σ1代表着湿润液的表面的张力，而θ则是表示着煤与湿润液体的接触面。根据以上公式可以看出注入液的表面的张力越小，煤体便越湿润。

（3）煤层自身因素，影响注水难易的最为主要的因素是煤层裂隙以及孔隙的发育程度，简单地说，孔隙率高的煤层渗水很好，注水的压力相对较低。但是对于煤层的裂隙以及孔隙的发育情况主要与煤层的一些条件有关：煤层埋藏的深度以及地压的集中深度，主要的关系是：

P地=r均·H·10-4

在公式中，将煤层承受的压力表示为P地，某一岩层的容重表示r岩，H表示为煤层的深度，可以将公式简

化成：

P=（0.25-0.3）H

通过公式最终可以看出随着煤体埋藏的深度地增加，煤层的底层压力也逐渐地变大，因此，受到压力的影响，裂隙会逐渐地戏压紧，从而使透水性随之变差，注水的压力也必须要提高。另外，在进行注水的时候，主要注水的压力小于底层的压力，那么就不会发生跑水的现象，但是当在煤层之内，有比较大的断层，或是比较大断层的时候，将会很容易发生泄水的现象，所以必须要进行全面的考虑。

3 煤层注水的技术以及工艺

3.1 钻孔的布置

对于钻孔的布置主要是取决于煤层的厚度，因此根据选择可以对其加以利用，但是当煤层厚度过大时，必须要利用三花眼，孔口的位置主要布置比较硬的分层之中，利用这种方式，在注水的时候，将不会过早地破坏孔口，可以使水很快地进入各个分层。

3.2 钻孔参数

钻孔的长度只要比循环的长度稍微长一点即可，并且注水空间距取决于钻孔的湿润半径。在注水的时候，必须要充分的注意各个小分层之中的透水性能，一定要使空间的煤体在同一分层都湿润，在进行注水的工作的时候，一定要对煤层的变化进行调整，使钻井的直径必须要与炮眼的直径一样，才能够统一。

3.3 注水的参数

注水的参数主要是包括注水的压力、流量以及注水的时间，煤层中的注水量将会随着注水的压力的升高而逐渐地加强，并且注水的时间也会很短。endprint

（1）注水压力。对于注水的压力主要有两种：管网静压注水，这种注水方式主要是用地面上的水池来向供水管注水；专用泵注水，在注水的面巷内部，设置一些专用泵，来向各个钻孔内部供水，注水的方式主要与煤体的透水性有关，并且与泄水时的压力有关。

（2）注水量。注水量主要是能够使湿润的范围之内水分达到标准要求。

（3）注水时间。注水的时间主要是不超过十五分钟，总共时间不能够超过五个小时。

（4）注水参数之间的规律。注水的压力、流量以及注水的时间之间是有规律的，这种规律主要是由注水开始，并且会随着压力的增加而逐渐地升高，并且持续时间会比较长。在注水的这段期间，水会进入附近的煤体裂隙，只有在裂隙被填满后，才能够使水压升高，但是在水压达到某一种数值的时候，那么将会在薄弱的区域产生新的通道，来与其他的裂隙连通，煤体产生的响声从而使流量上升，以此类推，会不断地产生新型的裂隙，最终会使煤体的湿润的程度达到标准。因此对于煤体的注水过程，不过是一个持续注压的过程。

3.3 封孔参数

封孔参数主要与煤壁承受的压力有关，为了使孔口附近的煤壁不出现漏水的情况，封口的深度必须要合理，必须要能够保证煤壁的各个部分的湿润程度均匀。当封口的深度过于深，那么水分将会逐渐地集中于深处，但是煤壁却无法受到湿润，因此必须要长时间地注水，但是由于条件的限制，是无法长时间注水的，所以必须要增大孔壁的渗水面积，从而来使其各个部分湿润均匀。

4 结语

现今我国工业生产对于煤炭的需求逐渐地增大，但是在煤炭资源的开采中很容易发生大量的事故，主要的事故原因是由于煤炭的矿尘造成的一些爆炸或是中毒事件，为了有效地降低煤炭开采中的矿尘的浓度，可以采取在煤体表面进行注水的方式，有效地保障煤炭开采中的安全。

参考文献

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作者简介：陈云凡（1988—），阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司综采一队挂职技术员，采煤助理工

程师。endprint