綜采工作面煤層動壓注水技術(shù)研究

李 峰

（淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜礦，安徽 淮南 232072）

綜采工作面煤層動壓注水技術(shù)研究

李 峰

（淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜礦，安徽 淮南 232072）

本文以新莊孜礦66207工作面為工程背景，系統(tǒng)研究了煤層動壓注水在工作面的應(yīng)用，研究證明：通過煤層注水不僅可以從根本上改變煤體物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)其抗剪強(qiáng)度，有效遏制煤壁片幫為工作面安全高效開采提供了技術(shù)保證，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)、安全與經(jīng)濟(jì)三重效益。

綜采工作面；松軟煤層；動壓注水；煤壁淺孔；兩巷深孔

1 概述

新莊孜礦屬近距離煤層群開采，開采引起的本煤層以及煤層與煤層之間產(chǎn)生的復(fù)雜應(yīng)力場和位移場相互影響，礦壓顯現(xiàn)的時空關(guān)系復(fù)雜。目前，制約綜采工作面高產(chǎn)高效的主要因素是煤壁易片幫﹑掉頂，針對這種現(xiàn)象，控制煤壁片幫﹑掉頂關(guān)鍵在于從根本上提高煤體的硬度及粘結(jié)力，煤層注水是最為簡單﹑經(jīng)濟(jì)的手段。

2 工程背景

66207工作面標(biāo)高-721m～-793m，呈“刀把”布置，短面傾斜長88m，走向長130m，長面傾斜長132m，走向長400m，主要開采B7a煤及其底煤，其中B7a煤厚1.0～3.2m，底煤厚1.0m，中間含一層1.0m厚的泥巖，工作面采高3.2m，平均傾角30°。66207工作面在回采期間將過3個地質(zhì)異常區(qū)以及褶曲構(gòu)造帶，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，回采期間易發(fā)生片﹑漏﹑冒事故。

3 煤層注水技術(shù)工藝

煤層注水采用兩巷深孔與煤壁淺孔注水相結(jié)合的方式，通過泵站將靜壓水轉(zhuǎn)化成動壓水對煤體進(jìn)行注水。

圖1 注水濕潤半徑分布趨勢圖

3.1 煤壁淺孔注水

（1）注水孔間距

B7原煤含水率為2.0%，垂直煤壁施工一個10m的鉆孔進(jìn)行注水，煤壁浸濕后停止注水，并在1h后沿傾斜距離1m﹑2m﹑3m﹑4m處施工測試孔，并沿孔深每隔1m收集煤屑進(jìn)行全水分實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如1圖所示。

注水水流沿煤層的傾斜滲透大于走向滲透，煤體含水率沿著以開孔位置為中心的圓弧軌跡逐步降低，從圖中可以看出，半徑2m范圍內(nèi)的煤體濕潤效果較好，同時考慮到注水對傾斜上側(cè)煤體的濕潤效果要小于下側(cè)煤體，因此，注水孔間距確定為3m。

（2）注水孔布置

淺孔注水鉆孔垂直于工作面煤壁施工，開孔位置距頂板1.0～1.5m處的煤體中，并向下略帶2～4°水平角，孔深度不小于8m，采用FKSS—71/5型水力膨脹封孔器，自動實(shí)現(xiàn)封孔。

（3）注水壓力

注水壓力為3MPa時，注水時間最長，效果最好。壓力過大，煤壁會在短時間內(nèi)因水壓沖擊發(fā)生片幫；壓力過小，煤體深處得不到有效的滲透，后期割煤期間工作面煤塵較大。

3.2 兩巷深孔注水

工作面兩巷利用抽采順層鉆孔進(jìn)行煤層注水，當(dāng)工作面采距鉆孔30m時，將抽采軟管去除，并使用加工的套管將注水管連接至抽采孔進(jìn)行24小時循環(huán)注水。抽采鉆孔間距超過10m時，沿煤層傾斜方向施工注水鉆孔，孔深不小于80m。兩巷深孔注水時，壓力為3～5MPa，并根據(jù)煤體的膨脹情況及時對壓力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4 注水效果評價

煤層注水不僅增加了煤的水分，使煤得到濕潤，還可以降低煤的脆性，增強(qiáng)其塑性，起到固結(jié)煤壁，減少片幫的作用[1]。

煤體初始含水率為2.0%，實(shí)驗(yàn)中煤體含水率為2.1～5.1%，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出煤體含水率與抗壓強(qiáng)度之間的擬合曲線方程為：y=-0.1408x2+1.3579x-0.616，為一條拋物線，由此得出，隨著煤體含水率增加，其抗壓強(qiáng)度有隨之增大的趨勢，當(dāng)含水率超過一定值后，煤體抗壓強(qiáng)度又呈減小趨勢，計算得知當(dāng)煤體含水率在4.8%左右時，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，為2.7MPa。現(xiàn)場注水到位后，煤機(jī)滾筒割過的煤壁有著清晰的截割痕跡，并且在較長一段時間內(nèi)無碎煤片落現(xiàn)象，多處采高超過3.2m的煤壁仍完整呈立面狀，基本杜絕了片幫掉頂現(xiàn)象，節(jié)約了大量的化學(xué)材料以及木料，減少了人員進(jìn)入煤幫作業(yè)次數(shù)，為安全生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)保證。

結(jié)語

從上述分析中我們可以看出，通過注水不僅改變了煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)煤體塑形，同時煤壁可以得到有效固結(jié)，有效防控了煤壁片幫﹑掉頂，節(jié)約了大量的化學(xué)材料，消除了安全隱患，最大程度上保證工作面安全回采，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)﹑安全與經(jīng)濟(jì)的三重效益。

[1] 孟亞鵬． 綜放工作面煤體注水效果研究[J]．山東煤炭科技,2010（4） ：115-116．

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