高瓦斯突出煤層注水除塵技術(shù)研究

盧曉龍

（肥城礦業(yè)集團(tuán)梁寶寺能源有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)寧 272404)

高瓦斯突出煤層注水除塵技術(shù)研究

盧曉龍

（肥城礦業(yè)集團(tuán)梁寶寺能源有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)寧 272404)

煤層注水除塵是工作面最有效、最根本的防塵措施，注水后比注水前沿程呼吸性粉塵及全塵都有所下降，并且全塵的降塵率比呼吸性粉塵總體高些，注水后全塵濃度比注水前下降快。

煤巷掘進(jìn)頭；注水除塵；呼吸性塵；全塵

1 注水作用及影響因素

1.1 煤層注水作用

煤體內(nèi)的裂隙中存在著原生煤塵，水進(jìn)入后，可將原生煤塵濕潤并粘結(jié)，使其在破碎時(shí)失去飛揚(yáng)能力，從而有效地消除這一塵源；水進(jìn)入煤體內(nèi)部，并使之均勻濕潤，當(dāng)煤體在掘進(jìn)中受到破碎時(shí)，絕大多數(shù)破碎面均有水存在，從而消除了細(xì)粒煤塵的飛揚(yáng)，預(yù)防了浮塵的產(chǎn)生；水進(jìn)入煤體后使其塑性增強(qiáng)，脆性減弱，改變了煤的物理力學(xué)性質(zhì)，當(dāng)煤體因開采而破碎時(shí)，脆性破碎變?yōu)樗苄宰冃危蚨鴾p少了煤塵的產(chǎn)生量。

1.2 影響煤層注水效果的因素

煤的裂隙和孔隙的發(fā)育程度、上履巖層壓力及支承壓力，地壓的集中程度與煤層的埋藏深度、液體性質(zhì)的影響、煤層內(nèi)的瓦斯壓力和注水參數(shù)，如注水壓力、注水速度、注水量和注水時(shí)間。

2 注水濕潤半徑現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)

為了考察注水時(shí)注水的濕潤效果，在巷道右?guī)途嘤^3m處施工直徑為42mm鉆孔進(jìn)行濕潤半徑的考察，以該鉆孔為圓心，在其內(nèi)側(cè)每隔0.3m進(jìn)行打鉆，取打鉆1.2米后的鉆屑，進(jìn)行全水分分析，以全水分來判斷注水后的濕潤效果[3～5]。此時(shí)，注水時(shí)間為1.5個(gè)小時(shí)，現(xiàn)場注水壓力為2.6MPa～3.2MPa。

經(jīng)數(shù)據(jù)測量得到不同位置處的含水量，隨考察孔距注水孔距離的增加，鉆屑的煤份含水量逐漸降低；考察孔距注水孔1.2m以后，鉆屑的含水量在2.％左右，基本上接近煤本身的含水量，因此，可以得到在注水時(shí)間為1.5個(gè)小時(shí)和注水壓力為2.6MPa～3.2MPa的條件下，其煤塵注水濕潤半徑大致范圍為0.9～1.2m。

3 煤層注水工藝

本試驗(yàn)是在打卸壓鉆后再進(jìn)尺7.6m后進(jìn)行注水試驗(yàn)，考慮到靜壓注水的壓力小的影響，經(jīng)研究決定采取雙孔注水，封孔器為水力自動(dòng)封孔煤層注水器，封孔長度為1m。為了估算注水流量的大小，設(shè)計(jì)采用兩塊壓力表串聯(lián)連接，通過相關(guān)理論估算出注水的流量。

考慮到煤質(zhì)、瓦斯泄壓孔、巷道斷面參數(shù)、注水時(shí)間等綜合因素的影響，煤層注水降塵的鉆孔，采用42mm的麻花鉆桿，孔深設(shè)計(jì)10m，鉆孔方向與煤層頂?shù)装迤叫小?/p>

根據(jù)綜掘工作面生產(chǎn)實(shí)際情況，按照以上注水工藝和步驟，實(shí)際單孔注水時(shí)間取為1.5個(gè)小時(shí)左右，注水壓力為2.6MPa～3.2MPa。

3.1 注水流量的估算

由于沒有安裝流量計(jì)，所以根據(jù)管道出口壓力來估算出注水流量，即通過對注水孔4#和5#孔注水的兩個(gè)壓力值來進(jìn)行估算注水的流量。由于4#和5#兩孔注水的封孔器連接管道都是在壓力表連接處的水流下側(cè)，且其它的注水孔關(guān)閉，從而滿足了經(jīng)過壓力表1斷面與壓力表2斷面的水流量相等。

在注水過程中，壓力表1的讀值為2.8Mpa，壓力表2的讀值為2.83Mpa，壓力表1處的斷面為25mm，壓力表2處的斷面為45mm，則根據(jù)伯努利方程可以得到：

3.2 注水后煤層濕潤效果檢驗(yàn)

注水完畢后，待進(jìn)尺1.6m后，開始在四個(gè)不同位置刻槽取其煤樣，進(jìn)行全水分分析，以檢驗(yàn)注水后煤層的濕潤效果。從水分分析可得出如下結(jié)論：（1）采用靜壓注水，煤層注水效果較好，煤層含水量均增加，最高含水量比原水分增加6.2％，最低比原水分增加0.5％；（2）煤層注水后，含水量隨鉆孔深度增加逐漸降低；（3）由于工作面煤質(zhì)堅(jiān)硬密實(shí)不同，工作面不同位置的注水濕潤效果并不完全一樣，隨著進(jìn)尺深度的不同，全水分變化量不盡相同。

3.3 注水后降塵效果檢驗(yàn)

為了考察掘進(jìn)過程中，注水防塵效果，在掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴和凈化水幕全開的情況下，分別在掘進(jìn)不同深度時(shí)，對各個(gè)測塵點(diǎn)進(jìn)行粉塵濃度測定，而后繪制出司機(jī)處呼吸性粉塵和全塵濃度與掘進(jìn)進(jìn)尺關(guān)系圖。掘進(jìn)工作面掘進(jìn)不同進(jìn)尺下水幕降塵率。注水前掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴和凈化水幕全開的情況下，各處的粉塵濃度及注水后同樣條件下掘進(jìn)2.4m處粉塵濃度得出如下結(jié)論：（1）煤層注水后，掘進(jìn)進(jìn)尺2.4m處，各個(gè)測塵點(diǎn)粉塵濃度最低，說明此處注水降塵效果最佳；（2）注水對司機(jī)操作處降塵效果比較的明顯，純注水的效率可以達(dá)到19.9％；（3）司機(jī)操作處粉塵濃度隨掘進(jìn)進(jìn)尺增加而增加，說明注水在孔口附近效果最好；（4）水幕的降塵效果也非常的好，水幕的降塵率平均在48.3％，說明煤層注水對綜掘工作面降塵起到了一定的作用。

3.4 注水后沿程粉塵濃度分析

為了考察注水后沿程粉塵濃度的分布，當(dāng)工作面進(jìn)尺7.2m時(shí)水幕關(guān)閉下進(jìn)行沿程粉塵濃度的測定，結(jié)合注水前后沿程粉塵濃度大小，可以得到注水前后沿程粉塵濃度分布比較：注水后比注水前沿程呼吸性粉塵及全塵都有所下降，并且全塵的降塵率比呼吸性粉塵總體高些。注水后全塵濃度比注水前下降快，注水后在25m之前浮塵達(dá)到了穩(wěn)定，而注水前在35m以后浮塵才達(dá)到了穩(wěn)定。

注水前后全塵濃度沿程變化

則由于距離較近，忽略阻力損失。又因?yàn)樵谕凰缴?，且流量相等，則最后簡化為：

代入壓力值后得到V2=1.64m/s，則可以近似得出單孔注水流量為：

3.5 綜合降塵效果分析

為了考察掘進(jìn)機(jī)外噴、水幕及注水等綜合措施對降塵的效果，比較了原始粉塵濃度及注水后粉塵濃度看出，采用綜合措施后各處粉塵濃度都降低，并且注水后比注水前各處粉塵濃度均降低。司機(jī)操作處綜合降塵效率呼吸性粉塵為34.2％，全塵達(dá)49.2％。這說明司機(jī)操作處綜合降塵效率在增加煤層注水措施后有了一定的提高，但是還不算是很理想，分析其原因有兩點(diǎn)，一是由于掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)噴霧堵塞失效，從而起不到應(yīng)有的降塵作用。另外，內(nèi)外噴的壓力太?。ㄟM(jìn)尺時(shí)有時(shí)候只有0.8MPa）起不到全部的作用；二是煤塵注水的時(shí)間短，而且煤質(zhì)的滲水性差（尤其是迎頭的下部），導(dǎo)致效果不是非常明顯。水幕后的綜合降塵效率為最高，呼吸性粉塵為61.4％，全塵高達(dá)70.6％，從此數(shù)據(jù)可以看出，水幕降塵是一種非常重要的降塵方法，應(yīng)給予重視。但是由于現(xiàn)場水幕噴霧壓力不是很大，導(dǎo)致了噴霧的霧化效果還不是很理想。

5 結(jié)論

煤層注水是工作面最有效、最根本的防塵措施。通過煤層注水，鉆孔利用水的壓力將水注入即將采掘的煤層中，增加煤的水分，使煤體得到濕潤，并降低煤的強(qiáng)度和脆性，增加塑性，從根本上降低掘煤時(shí)各道工序產(chǎn)生的粉塵量。注入煤層的水，還可將原生的細(xì)塵粘結(jié)為較大的塵粒，使之失去飛揚(yáng)能力。水注入煤層后，首先沿著阻力小的大裂隙流動(dòng)，然后再進(jìn)入阻力較大的裂隙流動(dòng)，并通過煤的孔隙向煤體內(nèi)部滲透并儲(chǔ)存于孔隙或裂隙之中。

盧曉龍（1986.5-），男，畢業(yè)于河南理工大學(xué)，現(xiàn)從事通防專業(yè)。