综掘煤巷煤层注水防尘技术研究

徐新华

（山西大同煤矿集团马脊梁矿，山西 大同 037001）

2208 巷位于C3#二盘区，沿C3#煤层底板掘进，采用综掘方式，工作面标高为846～878m。巷道设计高度为3.7～4.0m，宽度为5.4m，设计长度为2374m，煤层倾角1°～4°，平均2°。C3#煤层原始瓦斯含量为5.6 m3/t，瓦斯绝对涌出量2m3/min，煤尘有爆炸危险性，煤层自然发火期84d。矿井在回采工作面采用顺层钻孔、掘进工作面采用水平长钻孔对瓦斯进行预抽。

虽然在矿井风井处配备有600m3水池，用于井下采掘、运输等防尘、喷雾，同时在2208 综掘工作面按照相关要求铺设喷雾降尘管路，在掘进机上安设有内、外喷雾装置，在掘进巷道布置净化水幕，皮带输送机、刮板输送机转载点有喷雾除尘装置，但是在巷道掘进过程中粉尘仍超标，给巷道掘进安全带来不利影响。因此，决定在2208 综掘工作面前方掘进煤层中进行注水降尘。

1 掘进面煤层注水设计

1.1 注水管路

在掘进迎头注水水源为铺设至掘进迎头的静压水管，注水封孔器为长度1m 的煤层注水器封孔。为了确定注水水量，在注水管路中安设高精度流量计。具体的掘进迎头注水管路连接情况如图1所示[1]。

图1 掘进迎头注水管路连接示意图

1.2 注水钻孔布置

综合考虑瓦斯抽采钻孔、煤质、巷道掘进断面以及煤层注水时间等因素对注水钻孔影响，在掘进工作面迎头布置的注水钻孔如图2 所示。其中9 号注水钻孔为测试钻孔，确定注水后的煤层浸润范围。为了避免注水钻孔与瓦斯抽采钻孔间出现窜孔，布置的注水钻孔应尽量平行于瓦斯抽采钻孔[2-3]。具体注水钻孔参数见表1。

图2 注水钻孔布置示意图

表1 注水钻孔参数

1.3 注水工艺

（1）将掘进工作面注水管路、注水封孔器等设备连接好，在掘进迎头不同位置取4 个煤样，具体取样位置如图3 所示。

图3 取样位置示意图

（2）在掘进工作面施工注水钻孔（孔径42mm），一个注水钻孔施工完毕后立刻采用封孔器封孔注水，同时开始钻进下一个注水钻孔。在掘进迎头共施工8 个注水钻孔，每一个注水钻孔的注水时间不小于60min。

（3）注水结束后开始进行掘进，每掘进1.6m后测定粉尘产生量，并按照图3 位置取煤样。

2 注水半径确定

为了考察在掘进工作面注水时煤层浸润效果，在巷道左帮位置距离掘进迎头5m 处施工9 号注水孔，并每隔300mm 施工一个考察钻孔。具体钻孔布置如图4 所示。钻孔钻进1.5m 后取样进行含水率分析，以此判定钻孔注水后的煤层润湿效果。9号钻孔注水压力2.6～3.2MPa，注水时间60min。具体取样得到的煤层含水率情况见表2。

图4 考察钻孔布置示意图

表2 考察钻孔取样点煤层含水率

从表中可以看出，随着考察孔与注水孔距离的增加，取样得到的煤样内水分含量呈现降低趋势。考察孔与注水孔间距超过1.2m 以后，煤样中的含水率在2%左右，与原始含水率接近。因此，可以判定在2.6～3.2MPa 注水压力、1.0h 时间内注水浸润半径在0.9～1.2m。

3 注水降尘效果分析

3.1 粉尘浓度测点确定

根据掘进工作面粉尘来源，布置5 个粉尘浓度测点，具体如图5 所示。在综掘机司机操作位置以及钻孔施工位置处粉尘浓度一般较大，因此，在距掘进工作面迎头5m 处布置一个测点（5 号测点），在喷雾降尘水幕前5m、后10m 处布置两个测点，分别为4 号、3 号，在皮带输送机转载点后方2m布置2 号测点，在回风巷中布置1 号测点[4-5]。

图5 粉尘浓度测点位置示意图

3.2 注水后煤层含水率

对掘进前方煤层注水完毕后，掘进进尺1.6m后开始在图3 中标注的取样点位置取样，进行含水率分析，判定煤层注水效果。具体不同取样位置得到的煤层含水率见表3。

表3 掘进不同位置处取样点煤层含水率

从表中分析得出：

（1）采用静压注水方式不需要额外采用注水专用泵，注水工作更为便捷，煤层亲润效果显著。取样范围内煤层含水率在2.8%～8.2%间，较注水前有较大提升。

（2）随着注水钻孔深度增加，煤层内含水量呈现出降低趋势。

（3）由于掘进工作面前方煤体硬度、裂隙等分布差异，工作面不同位置处的煤层含水率有差异，注水浸润效果有所不同。

3.3 降尘效果分析

在掘进工作面掘进机喷雾降尘系统、巷道喷雾降尘水幕等降尘设备全部开启情况下，对布置在掘进巷道内的粉尘测点在煤层注水前后的粉尘浓度进行测试。具体对比结果见表4。

表4 煤层注水前后粉尘浓度变化统计表

3.4 掘进巷道沿程粉尘变化情况

为了掌握煤层注水对掘进巷道粉尘浓度影响情况，在关闭喷雾降尘水幕情况下对煤层注水前后各掘进7.2m 时的巷道沿程粉尘变化情况进行监测。具体测量数据如图6 所示。

图6 巷道沿程粉尘变化情况

从监测结果看出，在掘进工作面对煤层注水后掘进巷道内的全尘、呼吸性粉尘浓度均有所降低，全尘降低较呼吸性粉尘降低更为明显。注水前粉尘在掘进头后方35m 后趋于稳定，而注水后粉尘在掘进头后方25m 处就趋于稳定。通过煤层注水不仅可以降低综掘工作面粉尘产生量，而且还可以降低粉尘扩散范围。

4 结语

（1）在综掘工作面距离掘进迎头距离越短，粉尘浓度越高。随着与掘进迎头距离增大，巷道内粉尘浓度呈现降低趋势，全尘在距离掘进迎头35m后，呼吸性粉尘在距离掘进迎头30m 后浓度开始趋于稳定。因此，在综掘巷道内布置的喷雾降尘水幕在不影响正常掘进情况下应尽量靠近掘进迎头，且最远距离应控制在30m 以内。随着综掘机的不断前进，喷雾降尘水幕应不断前移。

（2）在2.6～3.2MPa 静 压 下，注 水 时 间 保持60min 时的掘进工作面注水钻孔水浸润半径在0.9～1.2m。取样测得注水影响范围内的煤层含水率在2.8%～6.2%，较原始煤层含水率提高38%～195%。煤层含水率随着注水钻孔深度增加呈现降低趋势，主要是由于注水钻孔内阻力较大，导致注水钻孔深部注水压力降低，注入到煤层中的水量有所降低。

（3）注水后掘进巷道沿程的粉尘浓度均有所降低，注水后全尘在25m 处就趋于稳定，因此，在掘进巷道煤层注水时，喷雾降尘水幕与掘进迎头间距离应控制在25m 以内。在2208 综掘工作面采用注水降尘措施后，掘进巷道内的粉尘产生量显著降低，其中呼吸性粉尘降低率为14.5%，全尘降低率为21.9%，有效改善了掘进工作面环境。