義絡(luò)煤業(yè)公司大傾角三軟煤層采煤工作面深淺孔聯(lián)合注水系統(tǒng)

翟海濤

（義煤集團宜陽義絡(luò)煤業(yè)有限責(zé)任公司）

煤層注水［1-2］是指在回采前預(yù)先在煤層打出若干個注水孔，注入壓力水，使其滲入煤體內(nèi)部，破壞煤體內(nèi)原有的煤—瓦斯兩相體系的平衡，形成煤—瓦斯—水三相體系，體系內(nèi)各個介質(zhì)相互作用，使煤的物理化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，煤的彈性和強度減小，塑性增大，進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，另一方面，煤體濕潤后，其透氣性也將成百上千倍地降低，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，從而能夠?qū)崿F(xiàn)減少煤塵、煤壁片幫、沖擊地壓以及煤與煤層氣突出和自燃發(fā)火等現(xiàn)象的效果。現(xiàn)有技術(shù)中，煤層注水主要有短孔煤壁注水法、深孔煤壁注水法、長鉆孔煤層注水法和巷道鉆孔注水法［3-5］等方式，其中最常見的是短孔煤壁注水法和深孔煤壁注水法聯(lián)用，即淺孔和深孔聯(lián)合注水的方式。目前，淺孔和深孔聯(lián)合注水在注水過程中大多是獨立施工，即每個注水孔單獨施工，效率低，并且工作人員需要站在注水孔的側(cè)后方進行觀察，在出現(xiàn)注水孔漏水的情況時無法快速進行處理，容易引發(fā)安全事故。

1 概況

義煤集團宜陽義絡(luò)煤業(yè)有限責(zé)任公司（簡稱義絡(luò)煤業(yè)公司）主采二1煤，煤層軟、頂?shù)装遘洠诠ぷ髅婊夭蛇^程中易發(fā)生片冒，造成支架前端至煤壁間的空頂面積擴大，在頂板壓力的作用下，容易發(fā)生冒頂事故。義絡(luò)煤業(yè)公司為防止煤壁片幫，采用在煤墻側(cè)打設(shè)DW25-250/100型單體液壓支柱配合0.9 m板梁護頂，每空檔使用拍子、川桿和舊皮帶背幫。該方法耗時耗力，增加了大量材料費，同時還制約了回采進度。義絡(luò)煤業(yè)公司通過煤層深淺孔聯(lián)合注水，全煤壁不背護或簡單背護，節(jié)約大量背護材料，節(jié)省人力資源，提高工作效率。

2 深淺孔聯(lián)合注水機理

深淺孔聯(lián)合注水系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)見圖1。為了能夠?qū)崿F(xiàn)深孔和淺孔的聯(lián)合注水，并且能夠在出現(xiàn)注水孔漏水的時候，快速地通過截斷水流或者降低水壓的方式避免出現(xiàn)安全事故。采煤工作面深淺聯(lián)合注水孔注水系統(tǒng)的核心是控制器，控制器電性連接有WIFI模塊、多個注水單元和多個指示燈，WIFI模塊無線通信連接有多個終端，注水單元、指示燈和終端的數(shù)量均相等并且一一對應(yīng)，注水單元包括依次連通的截止閥、減壓閥和注水封孔器，其中截止閥與控制器電性連接。注水封孔器的整體結(jié)構(gòu)見圖2。

注水封孔器包括依次連通的進水管、伸縮連通管和出水管，伸縮連通管的一端伸入到進水管中，并且與進水管的內(nèi)壁之間連接有第二橡膠囊，伸縮連通管的另外一端伸入到出水管中，并且與出水管固定連接，出水管的管壁上連通有多個第二單向閥，第二單向閥的導(dǎo)通方向為從出水管的內(nèi)部到出水管的外部。進水管的外壁上固定套設(shè)有第一橡膠囊，進水管的管壁上連通有多個第一單向閥，第一單向閥的導(dǎo)通方向為從進水管到第一橡膠囊。進水管和所述出水管上均開設(shè)有多個孔組，孔組用于連接第一單向閥或者第二單向閥；孔組包括開設(shè)在進水管或者出水管外壁上的容腔和分布在容腔周側(cè)的多個通孔；第一單向閥和第二單向閥均包括設(shè)置在容腔中的彈簧，彈簧的一端與容腔的底部固定連接，彈簧的另一端固定連接有插塊，插塊固定連接有密封蓋，當彈簧處于原長時，密封蓋將所有通孔均封閉，第二單向閥的彈簧的勁度系數(shù)大于第一單向閥彈簧的勁度系數(shù)。

通孔對應(yīng)連通有連通通道，連通通道對應(yīng)連通有出水通道，并且出水通道貫通進水管或者出水管的外壁；當彈簧處于原長時，密封蓋將所有出水通道均封閉，通孔中滑動設(shè)置有活塞，活塞與密封蓋固定連接。進水管的外壁上固定套設(shè)有2個保護圈，第一橡膠囊位于2個保護圈之間。進水管的入口端連通有注水接頭，注水接頭的外徑大于進水管的外徑，注水接頭的外壁與進水管的外壁之間固定連接有密封套，出水管遠離進水管的一端固定連接有頂頭。進水管中固定設(shè)置有連接器，連接器包括與進水管同軸設(shè)置的連接環(huán)，伸縮連通管從連接環(huán)中穿過，連接環(huán)固定連接有2個連接片，2個連接片均與進水管的內(nèi)壁固定連接，伸縮連通管的兩端各固定套設(shè)有1個限位環(huán)，其中1個限位環(huán)位于所述出水管中，并且與出水管的內(nèi)壁固定連接。出水管連通有導(dǎo)向筒，導(dǎo)向筒呈錐形，導(dǎo)向筒的大端與出水管相連通，導(dǎo)向筒的小端朝向所述進水管。

3 工業(yè)實施方案

義絡(luò)煤業(yè)公司在33060工作面上下巷進行的深淺孔聯(lián)合注水設(shè)計見圖3、圖4。

深淺聯(lián)合注水孔注水系統(tǒng)的應(yīng)用包括如下步驟：將所述終端對應(yīng)分配給前端工作人員，前端工作人員將注水封孔器置入到注水孔中，后端工作人員通過控制器控制截止閥和減壓閥開啟，向注水封孔器供水；當前端工作人員觀察到注水孔漏水則通過終端向控制器發(fā)送警示消息，控制器接收到警示消息后，控制與終端對應(yīng)的指示燈亮起；后端工作人員根據(jù)指示燈控制對應(yīng)的截止閥關(guān)閉或者減壓閥減壓。指示燈可以設(shè)置成多種顏色，例如紅色和黃色，當指示燈亮黃色時，后端工作人員控制減壓閥減壓；當指示燈亮紅色時，后端工作人員控制截止閥，將水流截斷，終止注水。

封孔采用FJQW-75/0.3型深孔注水封孔器、封孔囊袋在鉆孔3～13 m段使用，封孔段長度不小于10 m，囊袋外側(cè)使用聚氨酯固定。待封孔囊袋內(nèi)水泥漿凝固后方可進行注水工作，安裝LCG-S50FM-25 MPa型礦用高壓注水表，注水壓力為2～4 MPa，。注水量以煤壁出現(xiàn)滲水或壓力達到4 MPa為準，持續(xù)注水直到單孔注不進水為止。注水鉆孔施工過程中，施工單位應(yīng)做好打鉆記錄，鉆孔施工完畢進行注水期間，施工單位應(yīng)做好注水記錄（注水量、注水壓力、注水時間等）。當煤層厚度小于1.5 m時，可以不執(zhí)行上下巷深孔注水，回采過程中僅在工作面煤壁執(zhí)行淺孔注水。

4 結(jié) 語

義絡(luò)煤業(yè)公司通過煤層注水，煤體濕潤，板結(jié)程度增加，工作環(huán)境明顯改善，煤壁較以往片幫程度明顯減小，職工工作時更加安全；煤層注水后，煤塵減小，工作環(huán)境更加友好，并且能夠在出現(xiàn)注水孔漏水的時候，快速地通過截斷水流或者降低水壓的方式避免出現(xiàn)安全事故。同時，有利于煤質(zhì)的提高，增加經(jīng)濟效益。

35030工作面淺孔注水及下巷深孔注水工作開展以后，工作面煤壁側(cè)由全煤壁背護，變更為60架以下煤壁側(cè)不背護。隨著注水工作的持續(xù)進行，現(xiàn)場經(jīng)驗不斷積累，逐步實施全工作面不背護或簡單背護，每月可節(jié)約支護材料費用4萬元、人工費2萬元；隨著注水工作的持續(xù)推進，每月可節(jié)約的材料費和人工費將達到12萬元。