巷道长孔煤层注水技术的应用及效果

刘子君

冀中能源峰峰集团大淑村矿 河北 056201

一、矿井概况

井田位于峰峰矿区东北部，系薛村、小屯井田深部，地处河北省武安市、磁县和峰峰矿区接壤地带，行政区划属武安市所辖，矿井南距峰峰矿区18 km，东距邯郸市22 km，南部薛村、小屯两矿井均有准轨专用线通往邯（郸）—磁（山）—马（头）环行铁路新坡站，本矿准轨专用线与小屯矿接轨，邯峰公路由本井田工广门前通过，交通便利。

矿井设计能力90万吨/年，2006年技改后核定生产能力为125万吨/年。矿井开拓方式为立井、单水平、分区开拓方式。生产水平标高为－450m。主、副井位于井田中央，采用塔式多绳磨擦提升机，主井提升高度706 m，装备一对12.5吨箕斗；副井，采用塔式多绳磨擦提升机，装备一对一宽一窄的1 t矿车双层四车罐笼，付井深度为686.78 m；回风井深度为530.5 m。井下主运输系统全部实现皮带化连续运输；辅助运输采用蓄电池电机车和1t标准矿车运送物料、设备、矸石。

二、综采工作面煤尘产状及处理方式

综合机械化采煤自从问世以来,以其产量高、安全性好、材料和动力消耗少、经济效益显著等优点，在国内外都受到普遍关注。但是，综采工作面产生大量煤尘，其平均粉尘浓度约425mg/m3，当工作面受采动影响煤层松软，煤尘浓度高达1000mg/m3以上，形成尘害。煤尘严重威胁着安全生产和矿工的身心健康，特别是高瓦斯矿井、突出矿井，因煤尘的参与导致瓦斯燃烧、爆炸的下限降低，增加了瓦斯爆炸的危险性。煤层注水是控制工作面产尘量的根本手段。

三、煤层注水防尘机理

1.通过物理化学作用润湿煤层。煤层的湿润过程实质上是水在煤层裂隙和孔隙中的运动过程是一个复杂的水动力学和物理化学过程的综合。水在煤层中的运动可以分为压差所造成的运动和它的自运动。压差所造成的运动是水在煤层中沿裂隙和大的孔隙按渗流规律流动。

2.注入水可有效地包裹煤体内的每一细小部分水进入煤体各种裂隙和层理后在极其微小的孔隙内部都有水的注入。这就使整个煤体有效地被水包裹起来。当煤体由于开采而受到破碎时，因绝大多数的破碎面中充满着水，可以达到减少煤尘飞扬的目的。

3.通过改变煤体的物理力学性质，通过钻孔注水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分和尘粒间的黏着力，并降低煤的强度和脆性，增加塑性，减少采煤时煤尘的生成量，同时将煤体中原生细尘黏结为较大的尘粒使之失去飞扬能力。

四、174405综采工作面概述及煤层注水现状

174405工作面地面位置位于大淑村矿工业广场东南方，工作面外段在后塔子村下，工作面里段位于塔子村东南方的农田下，地表无重大水利设施，大部分为农田及村庄建筑。井下位置位于大淑村矿井田四采区的最深开采阶段，为四采区的首采工作面。工作面北以F22断层为界，南以F14井田边界断层为界。工作面上覆及下伏各煤层均未采掘。

该工作面巷道布置在野青层位上，均为摸顶破底掘进，工作面上下两巷为矩形断面，采用锚网带（索）及U钢支护形式。

174405综采工作面所采煤层属于薄煤，上摸顶、下摸底一次采全高，采高为0.9-1.3m。工作面采用ZY3300/07/13D型掩护式液压支架跟机移架支护方式支护顶板。上下端头采用DZ(22—32)/100型单体液压支柱、π型钢梁、铰接顶梁、板梁进行联合支护。

根据我矿实际情况，结合工作面布置方式，经研究决定采用巷道长钻孔注水方式进行注水。这种注水方式是由工作面上下顺槽，沿本煤层打钻注水。可打多个垂直于煤层或扇形布置方式的钻孔。巷道钻孔注水采用小流量、长时间的注水方法，由于长钻孔注水作业超前于工作面，使注水有充足时间给水在煤体孔隙中的毛细渗透创造了条件，水可以长时期地缓慢地进入煤体的细微孔隙，湿润的效果较好。经测试，在煤体充分湿润后，配合煤机、支架机械喷雾等辅助手段，煤尘浓度下降至10mg/m3。符合国家行业规定。提前注水,不干扰生产,注水时间长，煤体湿润均匀等特点，它不仅降低煤尘、改善了工作条件,而且有效地减少回采过程中的瓦斯涌出量，促进了安全生产

五、具体施工方案

1.钻孔布置

在上下顺槽沿本煤层布置注水钻孔，间距8m，孔深50m，孔径75mm。

2.注水压力：2.0 MP（a静压注水）。

3.套管及注水管路：下2寸铁管套管，长度2m。接10mm钢塑管为注水管。

4.钻孔机具：

采用石家庄煤机厂的Z ZQJC-150/2.8气动架柱式钻机。

5.注水设计

（1）钻孔间距：5m。

（2）需注水量。

根据公式：Qd＝BLxMγ（W1-W2）K

式中Qd—单孔最大注水量，m3；

γ—煤的真密度，1.36t/m3；

W1—注水后要求达到的水分，4.0%；

W2—煤层自然含水率，2.4%；

K—考虑围岩吸收水分，水的损失和注水

不均衡系数，取1.5；

B—孔间距，5m；

M—工作面采高，1.4 m；

Lx—工作面长度，面110 m.。

结论

用巷道长钻孔注水法,设计了合理参数,实施后在防治瓦斯与煤尘及改善井下作业环境等方面,取得了非常显著的效果和可观的经济效益。