突出危险采煤工作面浅孔注水实践研究

李 丽

（霍州煤电集团李雅庄煤矿安全管理科，山西 霍州 031400）

霍州煤电集团李雅庄煤矿为高瓦斯矿井、突出矿井，该煤矿四采区4033工作面为煤与瓦斯突出危险区域。4033工作面处于四采区南翼，工作面设计长度800m，倾斜长132m，煤层厚度1.6～4.6m，平均厚度2.9m；倾角为20°～23°，平均倾角为22°；工作面平均采高2.7m，煤的硬度系数在0.580（软分层0.210），瓦斯含量为9cm3/g。煤层自然水分1.84%，采用放炮落煤，全部垮落法管理顶板，实际开采中该工作面瓦斯涌出量大，煤尘浓度较高，有针对性地对工作面采取煤层注水措施后，有效地防止了煤与瓦斯突出，并降低了煤尘的浓度，有效地保障了4033工作面的开采。

1 浅孔注水设备及参数

1.1 浅孔注水设备及系统

采用工作面液压泵[XRB2B（A）]注水系统，多孔连续注水法进行注水，用高压水管将钻孔中的煤层注水封孔器与工作面高压供水管连接起来，保障在12～15MPa直接插入孔内注水，采用FZM-20型注水封孔器，通过单向阀控制，供压力水后注水管膨胀封住注水孔，随水压的上升，注水管孔口单向阀打开，开始注水。停止注水时，必须待注水管卸压后，注水管依靠弹性回缩，然后抽出注水管，注水管伸入孔内1.0m以上。

1.2 单孔计划注水量

Q=LBMpq=5×4×3.1×1.45 ×0.015=1.3485m3

式中：

Q-单孔注水量，m3；

L-孔深，m；

M-煤层厚度，m；

B-孔间距，m；

p-煤的密度，t/m3。

q-吨煤计划注水量，取q=0.015m3/t。

注水时要求煤壁出现渗水时停止注水。

2 浅孔注水施工工艺

2.1 注水钻孔布置

针对李雅庄煤矿4033工作面的现场工况，设计采用多孔同时注水的措施，具体可见图1。沿4033工作面倾斜方向施工走向顺煤层钻孔，每组布置3孔，间距5m，同时向煤壁注水，组与组之间间隔6m，钻孔长5m，孔径42mm，钻孔仰角为5°～7°。注水频率为推进3.6m注水一次。

图1 工作面注水钻孔布置示意图

2.2 打孔和封孔

打孔：主要是采用双节长麻花钻杆进行打孔，孔与孔的间隔时间为5min，打孔可与注水平行作业，打孔应超前注水3～5个孔。封孔：采用橡胶钢网结构自动膨胀式封孔器封孔，封孔深度为为1.5m。封孔深度直接影响注水效果，它主要取决于顶板卸压距离和应力集中峰向煤体深部移动的步距。

2.3 注水钻孔施工质量控制注意事项

（1）注水孔打完后必须马上清理孔内的杂物。

（2）将封孔器插入钻孔，其末端距孔口距离不小于200mm；使用带压力表的注液枪并固定好，操作过程当中工作人员必须避免正对封孔器。

（3）相邻两循环的注水孔之间容易出现渗水现象，必须错开布置。

（4）注水时，未注水相邻孔应该事先安装好封孔器，防止受相邻孔的压力而产生变形。

（5）4033掘进工作面施工炮眼时，与注水孔的距离不能小于500mn，严禁与注水孔打透。

3 资金投入情况

采煤工作面直接利用液压泵[XRB2B（A）]注水系统供给高压水，无须投入高压注水泵。每根煤层注水封孔器1100元，据厂家介绍每根可反复使用1000次，采煤工作面施工完只需3根煤层注水封孔器，共计投入3300元。

4 注水效果分析

4.1 降尘效果分析

通过实测，每孔注水时间在15min左右，注水时泵站压力为12MPa，每孔注水1m3左右，吨煤注水量为0.009524m3。会存在注水不均匀现象，距钻孔近处水分大，距钻孔远处水分小，靠底板水分大，靠顶板水分小，距煤壁4m范围内效果好，4m以外效果差；注水前煤体水分在1.84%，注水后，煤体水分为2.89%，增加1.05%；注水后，降尘率达75%～85%，显著改善了作业环境，有利职工身心健康。

4.2 防治煤与瓦斯突出效果分析

对4033工作面的煤体进行高压注水湿润后，降低了煤体的力学强度，卸压带长度增大，煤与瓦斯突出危险性得到了控制，通过测试工作面注水前后K1、Smax值进行对比分析。（如表1）。

表1 采煤工作面注水前后K1、Smax比较

通过表1分析得出：注水前Smax平均值为3.43kg/m，K1平均值为0.2；注水后Smax平均值为2.8kg/m，K1平均值为0.1；注水后，Smax值降低0.63kg/m，K1值降低0.1。

4.3 降低生产过程中煤层瓦斯涌出量

煤层注水后，煤层所含高压瓦斯通过裂隙，提前缓慢释放，降低放炮落煤过程中瓦斯涌出量，避免放炮后瓦斯超限（如表2）。

表2 采煤工作面注水前和注水时瓦斯变化情况

通过注水前和注水时回风流瓦斯浓度分析，注水时比注水前瓦斯浓度上升0.07%～0.15%。注水后瓦斯情况：回风瓦斯浓度降低了0.1%左右，减少了回风瓦斯浓度，通过控制爆破，避免了炮后瓦斯超限发生。

4.4 增减工作量

采煤工作面煤壁不注水，每循环施工炮眼260个；煤壁注水，每循环施工炮眼180个，少施工炮眼80个，炮眼深度按1.4m计算，共少施工炮眼112m；工作面施工注水眼24个，孔深5m，进尺3.6m，每循环施工注水眼100m（图1）；综合计算，共计少施工钻孔12m。4.5经济效益分析

（1）降低吨煤炸药消耗量

对4033采煤工作面煤壁注水后，煤体强度降低，煤层相应松软，顶眼基本不需要施工，大大降低了吨煤炸药消耗量。从现场实践情况来看循环消耗炸药由126kg将到98kg，雷管由255发降到167发，雷管万吨消耗5666.7发降到3965发，炸药万吨消耗由3356.6kg降到2243.8kg。根据以上数据计算每万吨煤节约费用6254.25元，每月按1.5万t计算，全月节约9381.38元。

（2）提高单产单进

采煤工作面注水前须控制放炮，影响生产，每月生产原煤13000t左右；注水后，避免了瓦斯超限，每月生产原煤15000t左右，多生产原煤2500t，每吨煤按300元计算，每月增收75万元。

5 结论

论文针对霍州煤电集团李雅庄煤矿4033掘进工作面实施高压浅孔注水实践研究，该技术措施施工工艺简单，操作流程方便，资金投入少，安全性能高，具有很好的经济效益。可以在全集团推广应用。同时也需要注意以下问题：（1）防止注水时片帮。炮采工作面必须确保支柱的初撑力和工作阻力符合规定，必要时进行背帮。（2）注水钻孔应打在硬分层内，以便于封孔和充分湿润煤体。