大口径煤层注水技术研究与应用

林传军

（山东能源新矿集团孙村煤矿,山东 新汶 271221）

大口径煤层注水技术研究与应用

林传军

（山东能源新矿集团孙村煤矿,山东 新汶 271221）

孙村煤矿，开采深度达1300多米，开采深度和强度的增大，煤尘的生成量和分散度都将显著增加，其危害性较为严重。为治理灾害，该矿采取用大口径煤层注水技术，有效地治理了灾害，取得了较好效果。

煤层；注水；技术；研究

1 煤尘的危害

随着我矿开采深度和强度的增大，煤尘的生成量和分散度都将显著增加，其危害性更为严重，严重威胁着国家利益和人民的生命财产安全，影响着我矿可持续发展。为防治煤尘爆炸的发生，我矿采用各种防尘技术，但都没有治本。为了对半煤岩、煤巷的煤尘进行治本，根据集团公司要求，在煤巷、半煤巷及回采工作面采用了大口径煤层注水技术。

煤层注水是在尚未采动的煤体中，利用钻孔注入水，使水渗透到煤中，且在大口径煤孔中注满水，爆破后降低煤尘。

2 大直径锥体钻头的研制

1）由于煤层中含有较为坚硬的夹矸并呈不规则分布，所以打眼过程中经常出现断钎子、崴钻头的现象。如何提高其使用寿命，降低顶板支护过程中不必要的材料浪费，成为大直径锥体钻头研制的前提。

2）大钻头及钻杆使用的材料材质既要适合现场钻眼要求，又要充分考虑其使用寿命，因此在选材制作和现场试验应用过程中，我们经过反复的设计、研制、使用、改进、改型、再使用、再改进、再改型等一系列的试验，最终确定采用大直径锥体镶钳硬质合金刀片作为钻头，针对该钻头我们自已研究制作了钎尾、钻杆。钎尾主体我们采用成品水式钎尾、采用矿用六棱空心钢作为钻杆主体、优质中碳钢作为钻头主体，钻头刀片采用硬质合金。风煤钻或电煤钻与钎尾的连接、钎尾与钻杆的连接、钻杆与钻头的连接本着实用、方便、快捷的原则，均采用螺纹连接。

3）设计的技术标准 该钻杆分为钻头、杆体、钎尾三部分组成，钻杆主体主要有两种规格，分别为24mm×26mm、26mm×28mm，钻体长度依据孔深需要进行加工。钻头总体长度为310mm，采用135mm×135mm×130mm与直径32mm、长190mm圆钢经焊接成钻头主体，然后对其进行机械加工，前端加工成直径130mm×高度130mm的锥体，并均布三条凹槽，每个凹槽均焊接合金刀片，同时在后端加工一个直径为18mm、深260mm的中心孔，并从锥高65mm处的任一位置，向锥体重心均布3个直径为8mm的导水孔与中心孔相通，尾部采用M20的内丝用于与钻杆的连接，钻头尾部焊接直径130mm螺旋叶片。

4）加工工艺 钻杆主体主要有两种规格，分别为24mm×26mm、26mm×28mm，钻体长度依据孔深需要进行加工。钻头总体长度为310mm，采用135mm×135mm×130mm与直径32mm、长190mm圆钢经焊接成钻头主体，然后对其进行机械加工，前端加工成直径130mm×高度130mm的锥体，并均布三条凹槽以焊接刀片，同时在后端加工一个直径为18mm、深260mm的中心孔，并从锥高65mm处的任一位置，向锥体重心均布3个直径为8mm的导水孔与中心孔相通，尾部采用M 20的内丝用于与钻杆的连接，同时在钻头尾部焊接直径130mm螺旋叶片。

3 大直径锥体钻头钻杆工作原理

1）工作动力：用风煤钻驱动。

2）操作顺序：

（1）完好风煤钻、水式钎尾、钻杆、大直径锥体钻头，并依次拧紧。

（2）选好眼位，调整好角度，点开启动，在钻头进入煤体的同时打开水阀，2人扶钻1人推钻。

（3）根据现场循环进尺，确定钻孔的合理深度。

4 大钻头导孔注水方案制定

1）炮眼及注水大钻孔布置方式确定，如图（回采工作面、单位mm）：

炮眼为三花眼布置，大钻孔约每隔6米布置一个。

2）注水方案的制定

回采工作面打眼顺序：工作面约6米为一段，每段内先用大钻头打注水孔注水后，再打顶底炮眼。

注水方式及次数确定：使用工作面洒水软管注水，采用自然渗透方式增加煤体含水量。在放炮前每个注水孔至少注水两次，且保证在爆破前将爆破范围内的每个注水孔注满水，并用粘土炮泥将注水孔孔口封实，封泥长度不少于50mm。

掘进工作面钻孔根据现场在迎头煤层中间按15度向下倾斜。根据施工循环进尺1.6米，确定钻孔的深度为1.6米。

迎头打眼顺序：先用大钻头打注水孔注水后，再打炮眼。

注水方式及次数确定：使用迎头洒水软管注水，采用自然渗透方式增加煤体含水量。在放炮前向注水孔至少注水两次，且保证在爆破前将注水孔注满水，并用粘土炮泥将注水孔孔口封实，封泥长度不少于50mm。

5 经济社会效益

1）煤层注水不但湿润煤体、降低煤尘的生成量，而且改变煤的结构和力学性质，对煤矿安全的许多方面发生影响。

煤层注水能够破坏煤体内原有的煤-瓦斯体系的平衡，形成煤-瓦斯-水三相体系。经实验所得，煤层注水后，瓦斯涌出量减少10﹪左右。注水使煤的塑性增加和强度降低后，引起煤层邻面区内应力的重新分布，煤体变形量增大，支点应力区向煤层深部移动，对防止瓦斯突出有一定的作用。

2）煤层注水降低煤尘30﹪，注水一次相当于使用39个水炮泥。

3）使用大口径煤层注水降低了煤尘飞扬，冲淡稀薄沼气和炮烟，隔离局部沼气积聚，都具有较好的效果，是预防沼气、煤尘爆炸事故，实现爆破安全的一项重要安全措施，已在半煤岩巷、全煤巷和回采工作面全面推广使用。

林传军，男，汉族，（1967.6-），山东泰安人，本科学历，工程师，研究方向：煤矿安全生产。