突出煤層采煤工作面煤層注水技術(shù)研究及應(yīng)用

趙學(xué)軍

摘要： 采煤工作面采用順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施，能夠有效降低工作面瓦斯，消除工作面突出危險性。本文主要就陶二煤礦突出煤層采煤工作面煤層注水技術(shù)研究及應(yīng)用進行了探討。

Abstract： Coal seam gas surface area anti-outburst measure bedding drilling pre-pumping in mined area is adopted in coal mining face， which can effectively reduce the gas in working face and eliminate the outstanding danger of working face. This paper mainly discusses the research and application of coal seam water injection technology in coal mining face with outburst coal seam in Tao-er Coal Mine.

關(guān)鍵詞： 突出煤層；注水技術(shù)；研究

Key words： outburst coal seam；water injection technology；research

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）14-0256-02

0 引言

礦井-711水平首采區(qū)為突出危險區(qū)，該區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯壓力大、含量高，是制約礦井安全生產(chǎn)的重要因素。采區(qū)內(nèi)采煤工作面采用順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施，采取措施后，能夠有效降低工作面瓦斯，消除工作面突出危險性。但首采區(qū)地應(yīng)力較大、煤層較破碎，特別是在地應(yīng)力集中區(qū)域和地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域，在工作面回采期間進行區(qū)域驗證或工作面預(yù)測時，會出現(xiàn)鉆屑量超標，仍存在突出危險。如何在工作面瓦斯抽采達標情況下，有效降低工作面地應(yīng)力，增加煤層塑性，進一步消除工作面突出危險本課題研究的重點。結(jié)合工作面實際狀況和條件，在工作面進行瓦斯抽采評判達標后，利用原有瓦斯抽采鉆孔二次封孔后進行靜壓煤層注水，濕潤煤體、增加煤體塑性、降低工作面地應(yīng)力、降低工作面瓦斯、消除工作面突出危險，同時降低回采期間工作面粉塵，因此，在該工作面進行煤層注水工作是非常必要的。

1 性質(zhì)用途

通過煤層靜壓注水，濕潤煤體，增加煤層塑性，降低工作面地應(yīng)力，降低工作面瓦斯，消除工作面突出危險，有效預(yù)防了煤與瓦斯突出事故。

2 適用范圍

適用于所有高瓦斯礦井、突出礦井施工預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔的采掘工作面。

3 所采用的科學(xué)技術(shù)原理

3.1 有效防塵

采取煤層注水后濕潤煤體內(nèi)的原生煤塵，使其失去飛揚的能力；同時水分有效地包裹煤體的每個細小部分，當煤體在開采中破碎時，避免細粒煤塵的飛揚；水的濕潤作用使煤體塑性增強，脆性減弱。當煤體受外力作用時，許多脆性破碎變?yōu)樗苄孕巫?，因而大量減少了煤體被破碎為塵粒的可能性，降低了煤塵的產(chǎn)生量。

3.2 預(yù)防突出

研究和試驗考察表明，注水濕潤煤體，可使煤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化，煤的彈性和強度減小，塑性增大，從而使巷道前方的壓力分布發(fā)生變化，即高壓力向煤體深部轉(zhuǎn)移，壓力集中系數(shù)減小。煤體濕潤后，其透氣性也將成百上千倍的降低，水對瓦斯的運動起到明顯的阻礙效應(yīng)，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降。上述的各種變化，都表明注水濕潤煤體，可以消除或降低煤層的突出危險。

3.3 減小回采期間工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?/p>

工作面注水后，濕潤煤體中的水分對瓦斯的運動起阻礙作用，使一部分瓦斯在煤體破壞后不涌入采掘空間而是隨煤體被運出工作面；同時打孔破壞了煤體內(nèi)原有的煤-瓦斯體系的平衡，注水前后則形成了新的煤-瓦斯-水三相體系，體系的這些變化都會導(dǎo)致瓦斯的涌出。

4 與原事物（包括原事物現(xiàn)狀）相比，新成果的創(chuàng)新點及解決的方法

①瓦斯抽采鉆孔再利用。工作面經(jīng)評判瓦斯抽采達標后，利用原有預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突鉆孔進行煤層注水，省去了注水鉆孔工程量，節(jié)省了大量的人力、物力。

②鉆孔孔深大，覆蓋整個回采區(qū)域，布置均勻。工作面施工的區(qū)域防突鉆孔上巷孔深45m，下巷孔深55m，每隔5m布置1個預(yù)抽鉆孔，上下巷交叉10m。

③靜壓持續(xù)注水。直接利用井下防塵水靜壓持續(xù)注水，無需安裝注水泵等設(shè)施，節(jié)省了注水成本。

④回采前預(yù)注水。目前陶二礦采取的注水方式，需在工作面施工注水鉆孔，且注水期間工作面需停止生產(chǎn)，而采取該課題的注水方式，可在工作面回采前提前進行注水，預(yù)濕范圍大，能充分濕潤煤體，且不影響回采工作。

5 實踐檢驗效果，包括投入應(yīng)用時間、地點、使用的可靠性適應(yīng)性

2215工作面從2017年8月14日抽采達標以后，開始對預(yù)抽鉆孔進行重新封孔加固，進行工作面注水工作，從2017年9月19日連接第一組鉆孔（每組5個鉆孔）進行注水，至2017年9月30日，2215上下巷共計連接16組注水鉆孔，注水測量結(jié)果見表1。

經(jīng)測量計算工作面注水量平均為每組18m3/天，該工作面注水量總計為281m3/天，截至10月25日工作面共計注水7930噸，工作面可采煤量為104652噸，注水結(jié)束后分別在上下巷取煤樣送煤質(zhì)科檢測煤層中的水分，結(jié)果見表2。

從表2可知注水后煤層中水分增量為7.58%。

6 與原事物比較的主要效益（經(jīng)濟效益和社會效益）指標

6.1 經(jīng)濟效益

按照長孔注水方式注水，需在工作面上下巷施工孔深為45m、55m的注水鉆孔，孔間距取8m，共計需施工鉆孔工程量為（45+55）*23=2070m，共計節(jié)省鉆孔施工成本2070*180/10000=37.26萬元，同時節(jié)省了注水設(shè)備及管路鋪設(shè)成本。

6.2 社會效益

①按照目前陶二礦工作面注水方式，需在工作面施工注水鉆孔，且注水期間工作面需停止生產(chǎn)，而采取該課題的注水方式，可在工作面回采前提前進行注水，預(yù)濕范圍大，能充分濕潤煤體，且不影響采煤工作。

②采取煤層注水對預(yù)防突出，減小回采期間工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，工作面降塵等方面有利，能有效改善工作面作業(yè)環(huán)境，保證職工安全和健康具有極重要的意義。

7 根據(jù)現(xiàn)有類似成果評價本成果的總體水平

2215工作面實施煤層注水以后，煤層中的水分明顯增高，降塵效果有待于回采時進行驗證。因此陶二煤礦率先實施的利用抽采鉆孔注水技術(shù)在邯鄲礦業(yè)集團處于領(lǐng)先水平，在河北省煤炭行業(yè)處于先進水平。

8 推廣應(yīng)用前景

近幾年隨著國家對環(huán)保和職防的重視，采掘面生產(chǎn)期間的職防要求會進一步提升，為改善井下作業(yè)環(huán)境，煤層注水的要求會進一步提高，該課題在實施抽采鉆孔的高瓦斯、突出礦井采掘工作面有極大的推廣應(yīng)用前景。

該課題在國內(nèi)外煤礦中具有一定的代表性，對相似礦井起到引領(lǐng)與參照作用，適合在實施抽采鉆孔的高瓦斯、突出礦井采掘工作面推廣應(yīng)用。

9 存在問題及改進意見

①注水過程中發(fā)現(xiàn)有個別鉆孔因裂隙導(dǎo)通，水會沿著裂隙直接流入巷道，存在漏水現(xiàn)象。

②該注水方法僅適用于實施抽采鉆孔的采掘工作面，推廣應(yīng)用具有一定的局限性。

參考文獻：

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