注水防尘技术在突出煤层掘进工作面的应用

高立森　刘传勇

摘要：为解决突出煤层煤体强度低，湿润性较差，洒水降尘效果不好的问题，本文采用现场实验加科学分析手段对煤矿一综掘工作面进行现场实验，首先测量该工作面煤体湿润半径，得到其值为2.0～2.5m;其次在工作面设计了若干深20m直径为75mm注水钻孔，注水压力为3.5MPa～4.5MPa，时间为2h;而后取芯进行湿润效果检验，注水后降尘效果检验和沿程粉尘浓度、综合降尘效果分析，结果表明：（1）掘進进尺8.0 m处，各个测尘点粉尘浓度都是最低，说明此处注水降尘效果最佳;（2）注水后比注水前呼吸性粉尘及全尘都有所下降，且呼吸性粉尘的降尘率比全尘效果好。

关键词：煤巷综掘工作面，注水降尘，润湿效果，呼吸性粉尘，全尘

1 引言

煤层注水是工作面最有效、最根本的防尘措施[1-5]。煤层注水防尘，是通过钻孔利用水的压力将水注入即将采掘的煤层中，增加煤的水分，使煤体得到湿润，并降低煤的强度和脆性，增加塑性，从根本上降低煤巷掘进工作面各工序产生的粉尘量。

由于煤体内的裂隙中存在着原生煤尘，水进入后，可将原生煤尘湿润并粘结，使其在破碎时失去飞扬能力，从而有效地消除这一尘源;水进入煤体内部，并使之均匀湿润，当煤体在掘进中受到破碎时，绝大多数破碎面均有水存在，从而消除了细粒煤尘的飞扬，预防了浮尘的产生;水进入煤体后使其塑性增强，脆性减弱，改变了煤的物理力学性质，当煤体因开采而破碎时，脆性破碎变为塑性变形，因而减少了煤尘的产生量[6-11]。

煤的裂隙和孔隙的发育程度、上履岩层压力及支承压力，地压的集中程度与煤层的埋藏深度、液体性质的影响、煤层内的瓦斯压力和注水参数，如注水压力、注水速度、注水量和注水时间。

2 注水工艺

为了考察注水时注水的湿润效果，在巷道右帮距迎头5m处施工直径为75mm钻孔进行湿润半径的考察，以该钻孔为圆心，在其内侧每隔0.5m进行打钻（钻孔布置如图1所示），取打钻2米后的钻屑（每隔2m取一次），进行水分含量测定，以钻屑水分含量判断注水后的湿润效果[3～5]。此时，注水时间为2个小时，现场注水压力为3.5MPa～4.5MPa。

经数据测量得到不同位置处的含水量图，，随检验孔距注水孔距离的增加，钻屑的煤份含水量逐渐降低;检验孔距注水孔2m以后，钻屑的含水量在2.0%左右，基本上接近煤本身的含水量，因此，可以得到在注水时间为2个小时和注水压力为3.5MPa～4.2MPa的条件下，其煤尘注水湿润半径大致范围为2～2.5m。随检验孔深度的增加，钻屑的煤份含水量呈先增加后逐渐降低;检验孔距注水孔8m时钻屑的含水量达到最大值3.60%左右;之后，水分含量逐渐降低并最终接近煤本身的含水量，因此，可以得到在注水时间为2个小时和注水压力为3.5MPa～4.2MPa的条件下，其煤尘注水湿润半径大致范围为2～2.5m。

3 现场应用与效果分析

3.1 现场应用

根据综掘工作面生产实际情况，按照本文注水工艺和步骤，实际单孔注水时间取为2个小时左

右，注水压力为3.5MPa～4.2MPa。

本试验考虑到静压注水的压力小的影响，经研究决定采取双孔注水，封孔器为水力自动封孔煤层注水器，封孔长度为2m。考虑到煤质、巷道断面参数、注水时间等综合因素的影响，煤层注水降尘的钻孔，设计采用Φ75mm的钻头，孔深20m，钻孔与煤层顶底板平行，其中1#孔为注水湿润半径参考孔。

3.2 湿润效果

注水完毕后，待进尺2m后，开始在不同位置刻槽取其煤样，进行煤样钻屑水分分析，以检验注水后煤层的湿润效果。进尺不同深度后所得到的煤样全水分分析结果如表所示。

由表可得：采用静压注水，煤层注水效果较好，煤层含水量均增加，最高含水量比原水分增加2.2%，最低比原水分增加0.1%。煤层注水后，含水量随钻孔深度呈现先增加后逐渐降低的趋势。此外，由于煤层地质赋存条件差异，不同位置的煤层注水湿润效果并不一样。

3.3 降尘效果

为了检验注水防尘效果，在煤巷掘进工作面不同深度时，对各个测尘点进行粉尘浓度测定，而后绘制呼吸性粉尘和全尘浓度与掘进进尺关系图。掘进工作面掘进不同进尺下水幕降尘率。注水前各处的粉尘浓度及注水后同样条件下掘进8m处粉尘浓度。

煤层注水后掘进进尺8m处，各个测尘点粉尘浓度最低，说明此处注水降尘效果最佳。水幕的降尘效果也非常的好，水幕的降尘率平均在48.3%，说明煤层注水对综掘工作面降尘起到了一定的作用。

为了检测注水后沿程粉尘浓度的分布，当工作面进尺8m时关闭水幕下测定沿程粉尘浓度，结合注水前后沿程粉尘浓度大小，可以得到注水前后沿程粉尘浓度分布比较。

注水后比注水前呼吸性粉尘及全尘都有所下降，且呼吸性粉尘的降尘率比全尘效果好。注水后呼吸性粉尘浓度比注水前下降快，注水后在22m处呼吸性粉尘浓度达到稳定状态，而注水前在30m以后呼吸性粉尘能读才基本达到了稳定。同理，注水后全尘浓度比注水前下降快，注水后在26m全尘达到稳定状态，而注水前在30m以后全尘才基本达到了稳定。

4 结论

本文通过煤层注水降尘的作用和影响因素分析，提出了一套适合煤矿现场应用实际的煤层注水工艺，现场应用试验验证了注水工艺的可行性，并得到以下结论：

（1） 采用静压注水，煤层注水效果较好，煤层含水量均增加，最高含水量比原水分增加2.2%，最低比原水分增加0.1%。煤层注水后，含水量随钻孔深度增加逐渐降低。

（2） 突出煤层掘进头前方8m处，注水降尘效果最佳。

（3） 注水后比注水前呼吸性粉尘及全尘都有所下降，且呼吸性粉尘的降尘率比全尘效果好。注水后呼吸性粉尘浓度比注水前下降快。