浅析工作面煤层注水降尘设计与施工措施

周华荣

(山西省阳泉市南庄煤炭集团有限责任公司，山西 阳泉 045000)

0 引言

煤尘治理是煤矿职业病防护的重要内容。煤层注水可有效降低采掘工作面煤尘，配合除尘设备，可以使工作面环境达标，保护矿工作业环境安全。

1 工作面概况

工作面位置：4606工作面位于X=92，64～93，61、Y=97，45～97，66之间的区域内，是12#煤六采区一个薄煤层综采工作面，工作面北部是采区回风巷、运输巷、运料巷，南部是矿井边界与平定县苇池煤矿，西部是为4607工作面，东部为4605工作面。上部的3#、6#煤未采。4606工作面所对应的地面位置位于平定西坡、北沟、里头沟，地面地形呈东北高、西南低，南部为沟谷,中南部为第四纪黄土覆盖。盖山厚度为261～405 m，这是由于地面沟壑较深，侵蚀严重而造成的。盖山厚度最厚405 m，最薄261 m，西南薄，东北厚。

煤层情况：4606工作面所采煤层是石炭系太原组的12#煤层，煤层结构较为稳定，直接顶岩性为黑灰色泥岩、砂泥岩，此类岩性的岩石较脆，特别是遇到地质构造时，受构造应力的影响，顶板会发生破碎，容易发生顶板冒落、片帮等事故，由于目前使用锚索、锚杆、金属网支护，长期经过风化作用，致使顶板松散、破碎，对巷道的支护造成较大的困难，而且煤层在构造附近更易破碎，容易发生片帮，在回采到构造地段时，要加强两端头的支护，必要时要退回一段距离进行补强支护，确保回采到地质构造前、中、后的支护能保证安全生产。老顶为砂岩，坚硬，底板为细砂岩。煤层赋存表现为北偏东向南偏西倾斜，煤层平均厚度为1.41 m，工作面煤层倾角约5°～7°，局部区域煤层受褶皱构造影响发生变化，煤层倾角会增至10°左右，另外局部区域还有缺失煤层夹石层的现象。

工作面巷道布置情况：皮带巷、运料巷、回风巷均沿12#煤底板布置在煤层中。四巷采用两进两回的“U+U”型布置方式，断面为矩形，其中进风巷作运输巷，回风巷作运料巷，专用尾巷为抽采巷，4607尾巷作为4606抽采巷的专用配风巷，四巷均沿煤层走向布置。

2 注水降尘设计

2.1 设计依据

根据矿井地质报告，12#煤厚度1.3～1.5 m，平均厚度1.4 m，倾角5°～7°，原煤水分平均1.6%。煤尘无爆炸危险性。

4606综采工作面3条顺槽巷道的断面均为矩形断面，锚杆锚索加金属网钢带支护，进风运输顺槽(宽×高)=4.4 m×2.7 m，回风运料顺槽(宽×高)=4.4 m×2.7 m，内错尾巷(宽×高)=3.6 m×2.7 m。

按《煤矿安全规程》的规定，4606回采工作面进风运输巷和回风运料巷均铺设有清水、矿井水管路和排水管路。工作面进风运输巷和回风运料各巷铺设三趟水管，一趟3吋清水管，一趟2吋防尘洒水管，一趟3吋排水管。

煤矿安全规程第154条规定：采煤工作面应采取煤层注水防尘措施。

2.2 466工作面煤层注水防尘设计

选择原则：矿井12#煤层顶、底板较稳定，煤层中硬，原煤水分小于4%。根据《煤矿安全规程》的规定，按照如下注水选择原则，①注水工艺简单，人员用工尽可能少；②尽量利用现有设备，设备便于操作；③最大限度使煤层湿润(在生产中可采取把在湿润范围内煤壁出现均匀的“出汗”渗水作为煤体已全面湿润的标志)。

注水孔布置：设计4606工作面分别从正副巷打长壁式钻孔进行煤层注水防尘方式，①从副巷工作面煤帮距底板1 m处开孔，垂直于巷道帮，沿上倾角延伸，终孔位置为本煤层；②从正巷工作面煤帮距底板1 m处开孔，垂直于巷道帮，沿上倾角延伸，终孔位置为本煤层。

控制范围：副巷钻孔水平控制80 m范围，正巷钻孔水平控制80 m范围；正副巷的钻孔间距均为10 m；正副巷的钻孔要相对设计，正副巷同一组的两钻孔的投影应在同一条直线上。

2.3 钻孔的施工及注水措施

钻孔施工：①副巷在距测点06-32点往北10 m处开F-1钻孔，依次向北布置，钻孔间距为10 m；副巷的钻孔采用ZLY-537型钻机施工，配套1.0 m麻花钻杆打孔，钻孔直径为89 mm，方位角为90°；②正巷在距测点06-37点以北10 m，开Z-1钻孔，依次向北布置，钻孔间距为10 m；正巷的钻孔采用ZLY-537型钻机施工，配套1.0 m麻花钻杆打孔，钻孔直径为89 mm，方位角为90°；③正巷的钻孔布置为97个，每个钻孔为80 m，工程量为7 760 m；副巷的钻孔布置为97个，每个钻孔为80 m，工程量为7 760 m，总计15 520 m；④当钻孔施工中，遇到陷落柱时，施工班班长必须立即向队部汇报，施工队向通风区汇报，决定应采取的措施。

钻孔注水：①注水范围要比工作面超前50 m；②煤层注水采用矿井水作业，每天每孔注水时间不少于4 h；③注水采用乳化液泵进行注水，注水效果要达到煤体湿润、煤壁挂汗为止；④注水压力要保持在8～10 MPa之间；⑤注水期间的各项参数要认真记录，并填写在管理牌板上；⑥副巷中的乳化液泵的服务范围为前后200 m，即每400 m移一次泵；正巷中的乳化液泵可随着设备列车移动；⑦注水范围的注水钻孔，必须每天进行一次注水，直至工作面推进到该钻孔小于3 m时为止；⑧正巷的钻孔除了注水的5个钻孔外，其他打好的钻孔都要封口与抽放管连接进行瓦斯预抽，不准随便拆除。

2.4 钻孔施工及注水期间的具体要求

钻孔施工安全措施：①钻孔时严格按钻场煤层注水设计方案进行操作，若出现与设计方案有不相符之处的，须经通风区同意后，方可实施；②施工队组班组长必须随时携带便携式报警仪，随时检查钻场及钻孔附近的瓦斯情况，严禁超限作业；③开工前监测队按标准安设监测监控设施，在钻孔上、下风流5 m处设置甲烷传感器，并按规定安装瓦斯电闭锁装置。传感器要吊挂在正巷东距顶不大于0.3 m，距帮不小于0.2 m的位置。正巷甲烷传感器报警浓度值≥0.5%、断电浓度≥0.5%，复电浓度值<0.5%，断电范围为工作面及其进回风巷道内全部非本质安全型电气设备的电源。副巷甲烷传感器报警浓度值≥1.0%、断电浓度≥1.0%，复电浓度值<1.0%，断电范围为钻机及其下风流巷道内全部非本质安全型电气设备的电源；④施工队组钻孔施工人员负责监测探头的移动，并正确悬挂，其标准为距帮不小于200 mm，距顶不小于300 mm；⑤施工队组施工人员进入钻场后，首先要检查施工地点的顶板、支护及瓦斯情况，发现问题及时处理；⑥安装钻机时，由班组长根据设计方案要求定好位置，压戗柱要打牢、打稳，杜绝摇晃和移位，以防机倒伤人；⑦钻孔角度和位置误差分别为±1°和±1 m，所有参数未经通风区同意，不得擅自更改；⑧钻机由取得操作资格证的人员持证上岗，严格按照操作规程和技术说明进行操作；⑨各润滑部件要按规定注油，各液压管路要正确连接，以防油管崩开伤人；⑩准备就绪后，首先要进行钻机空载试机，检查各部件是否灵活可靠，待正常后方可开机钻孔工作；钻孔时，要先选择低速电压，在随钻进情况调节速度和压力；若在钻孔过程中出现瓦斯大量涌出时，立即用木楔和棉丝进行封孔，通知本队值班领导；钻孔完成后，立即用木楔和棉丝进行封孔工作；班组长、安全员佩带便携式瓦检仪，出现瓦斯超限情况时立即停止打钻，并及时和瓦斯员联系进行处理。打钻期间将其悬挂于钻孔处下风流前上方，以便对钻孔涌出的瓦斯进行有效地监控。要加强对仪器的观察，当瓦斯浓度正巷接近0.5%，副巷接近1.0%时，要立即停止作业，并及时用预先准备好的木楔、棉丝和黄土泥对钻孔进行临时封堵，只有待瓦斯浓度降下后，方可继续作业；所有电器设备摆放整齐且不得出现失爆现象，瓦斯电闭锁装备有效可靠；每班要认真填写《钻孔记录本》，要求数据准确，字迹工整、明了。

煤层注水安全措施：①注水前，先检查注水泵的完好情况；②及时使用封孔器对钻孔进行封孔，封孔时确保严、紧、密，以防注水时压力大顶出伤人；③正确连接好封孔器管件、仪表，防止水压大，接口脱开伤人；④注水期间，注水孔前方不得过往行人；⑤注水前，先调节调压螺母，再打开溢流装置，待泵运行正常后，调节螺母并观察压力表，调压要均匀、慢速，使压力保持在8.0～10.0 MPa之间；⑥现场要做好注水记录，包括注水时间、压力以及注水量等。

3 结语

南庄公司4606工作面采用煤层注水技术，降尘效果明显，由于设计合理，措施到位，达到了安全生产和技术要求，为企业安全生产和维护煤矿作业环境奠定了良好的技术基础。