煤壁浅孔高压注水在回采工作面的应用

王 奎 葛崇超

（淮北矿业集团石台煤矿，安徽 淮北 235053）

1 引言

煤壁浅孔动压注水是一种积极有效的防治技术，是一种治本性的防治办法。煤层注水还能够破坏煤体内原有的煤－瓦斯体系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相体系，从而对减少高瓦斯回采工作面瓦斯涌出量，进而对防止瓦斯突出有一定的作用。

煤层注水按钻孔深度分为深孔注水和浅孔注水，深孔注水是在回采工作面的机、风巷沿煤层倾斜方向施工钻孔，孔深宜依煤层透水性和工作面长度而定，一般为工作面斜长的1/2～2/3；浅孔注水是在回采工作面内垂直煤壁或与煤壁斜交方向施工钻孔注水，对于高瓦斯且煤体干燥的采煤工作面，采用浅孔注水会收到预排瓦斯、降尘降温等多种效果。

石台煤矿目前主采的3 层煤由于煤层自然含水率普遍偏低，均在2.0%左右，炮采工作面爆破作业和综采工作面割煤过程中产尘量较大，煤尘治理十分困难。以往，我矿在煤层注水方面主要实施机、风巷深孔静压注水，但由于煤层孔隙率低一般在6%～10%，透水性较差，对于超前施工顺层孔瓦斯抽放的采煤工作面，可以利用顺层钻孔做为深孔注水孔，而对没有采用顺层孔瓦斯抽放的采煤工作面，工作面回采后再施工深孔有一定困难，往往满足不了设计要求，采用深孔静压注水，即使孔内添加渗透棒，也难以取得良好效果。根据在施工过程中回采工作面前方存在3～5m的卸压带次生裂隙发育，透水性强的特征，我矿2006年5月初先后在23123、2316-2、3422、23511 回采工作面采用煤壁浅孔高压注水技术，取得显著效果。

2 回采工作面动压注水工艺

2.1 注水流程

回采工作面乳化液泵站→高压管路→流量计→高压管路→注液枪→封孔器→注水孔→煤体。

2.2 所需注水设备

MSG－12 煤电钻2 台，1m 长螺旋钻杆5～10根，钻杆之间为方型凹凸弹簧扣便携式联接；自动膨胀式封孔器（耐压强度40Mpa，5Mpa 以上时，封孔管前端阀门自动打开）若干根；高压水管接头、U 型销;工作面原有液压泵站及输液管路系统。

2.3 钻孔布置方式式及湿润半径确定

利用早班检修时间，沿工作面垂直煤壁布置注水孔，为了封孔器拔出后水容易从煤壁倒流，眼口到眼底水平夹角5 度施工，开孔位于工作面采高的中上部;根据工作面一个圆班推进度确定孔深为5m 为宜;通过注水实验，当注水阀开启10 分钟左右时，在注水孔周围3.5～4.5m范围内出现煤壁湿润或有渗水现象。注水量最大时，单孔注水量达到0.75 吨。通过顶、底区工作面实验煤体湿润半径确定为4m 左右，孔与孔之间距离以8m 为宜;每个圆班作业循环施工一次。

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2.4 钻孔注水要求

在回采工作面早班检修期间，利用采用工作面液压泵站提供的乳化液（炮采2%～3%，综采轻放3%～5%）与水配比的高压水（炮采泵压大于 18Mpa，综采轻放泵压 26Mpa～31Mpa），将液压枪与自动膨胀式封孔器管连接。钻孔打好后，将封孔管插入钻孔，封孔器末端距孔口距离不小于200mm。注水时，必须使用带压力表的注液枪，以便观察注水压力，注液人员严禁正对封孔器，注液枪必须卡牢。当煤壁出现挂汗或邻近孔出水时，煤壁注水工作即可结束。

2.5 注意事项

前一循环注水孔的残眼在下一循环较短的注水时间内容易出现出水现象，所以后一循环布置注水孔时应该与上一循环孔错开布置。

注水时，未注水的相邻孔容易出现变形，应预先放置封孔器。

注水孔应避免打在夹矸层面内，否则，注水时间较长（实测达40 分钟以上）煤壁仍然不出水，影响注水效果。

打注水孔时，孔内的煤沫一定要拉净。

为缩短注水时间，打眼工序可以与注水工序相距3～4 个孔平行作业;注水工作应该采取多孔同时实施。

工作面放炮打眼时，其炮眼与注水孔距离不能小于500mm，且严禁与注水孔打透。

3 降尘机理及采工作面高压注水效果

3.1 降尘机理分析

采煤工作面煤壁浅孔高压注水是最有效的防尘措施之一，其除尘机理包括以下四个方面：

采工作面煤壁前方存在大量的次生裂隙，再加上高压水的压裂作用，可大大增强煤体的透水性，提高注水效果。

注入煤体的水可以湿润煤体中的原生煤尘，并包裹煤的细小颗粒，回采时能有效的避免煤尘飞扬。

高压水注入煤体后，能够使煤体的塑性增强，在破碎过程中，产尘量将有效降低。

对于高瓦斯采煤工作面，通过煤层注水工艺将工作面前方5～8m 范围内的煤层裂隙中瓦斯被挤压排出，同时可润湿煤体降尘安全管理的作用。

3.2 采煤工作面浅孔注水效果

从上表可以看出，3 煤层经过浅孔动压注水后，煤体平均含水率有较大的增加。顶区以23123、3422 回采工作面煤壁动压注水为例其煤体平均含水率分别增加到3.96%和3.58%，底区以2316-2 回采工作面为例其煤体平均含水率增加到4.25%。割煤或放炮前后平均降尘率分别达到55.5%和58.5%，效果十分显著。

3.3 其他作用效果

实践表明，采取煤层注水后，不仅能够起到降尘作用，还能够减少工作面的瓦斯涌出，预防突出煤层的煤与瓦斯突出，加宽煤壁前方卸压带，粘结煤层顶板，有效防止片帮漏顶，提高原煤质量。3422 回采工作面的瓦斯浓度在注水前为0.32%，经过高压注水后瓦斯浓度降至平均0.22%（风量620m3/min），降幅 36.4%，瓦斯涌出量则降低了0.62m3/min。

4 总结

通过对回采工作面煤壁浅孔动压注水工艺的改进，注水效果显著，能够有效地降低回采期间的粉尘浓度，从而有效的预防煤尘事故发生，为矿井安全生产提供良好的作业环境。改进后的浅孔动压注水工艺流程简单，注水时间短，操作方便。煤层注水后破坏了煤体内原有的煤－瓦斯体系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相体系，从而减少了回采工作面的瓦斯涌出量。通过钻孔向工作面前方进行高压注水，改变了煤的力学性质、渗透性质以及煤层的应力状态，相应地改变了突出的激发和发生条件，从而达到工作面作业时防止突出危险的目的。

[1]水义超.煤壁浅孔高压注水在放顶煤工作面的应用[J].西部探矿工程，2006-05-15.