煤层注水在艾维尔沟焦煤公司煤矿中的应用

2011-01-17塔依尔玉沙木丁

山西焦煤科技 2011年4期

塔依尔·玉沙木丁

(新疆焦煤集团艾维尔沟焦煤公司1930煤矿，新疆乌鲁木齐 830025)

在采矿活动中产生大量粉尘，给现场作业人员和安全生产带来一定影响。为改变这一状况，在工作面回采前，通过钻孔向煤壁注入压力水，增加煤的水分，从而减少煤层的产尘量和瓦斯的涌出量。

1 概况

新疆焦煤集团1930煤矿16223综采工作面，走向长度870 m，回风巷标高+1 870 m，运输巷标高+1 836 m，工作面倾斜长度130 m，煤层倾角约为23°。该工作面开采煤层为6#煤，采用走向长壁后退式综采回采工艺，煤层厚度为3．2 m。煤比重1．3～1．35，煤焦油含量较大，黏结性较大。注水前，回采面的粉尘浓度达到800 mg/m3。煤层的基本参数见表1。

表1 煤层的基本参数

2 参数选择

煤层注水从16223回风巷720 m点处向东打钻孔(ZK—150型钻机)，考虑到钻孔倾角对封孔及注水的影响，确定采用在回风巷平行于工作面顺层布置单向钻孔，见图1。

图1 钻孔布置方式及参数设计示意图

2．1 钻孔深度

单向钻孔注水时，孔深一般为采面倾斜长度的1/2～2/3，即为65～87 m，试验打钻孔长度为60 m。

2．2 钻孔直径

钻孔孔径为75 mm。

2．3 钻孔间距

为了找出合理的钻孔间距，分两种钻孔间距试验，分别是：5 m(5 个孔)、10 m(10 个孔)。

2．4 钻孔角度及开孔高度

钻孔平行工作面沿煤层倾斜方向打孔，开孔高度为：距回风顺槽底板1～1．5 m。

2．5 注水参数

1)单孔注水量Q：

式中：

Q—单孔注水量，m3;

K—系数(包括漏水及钻孔前方煤体吸水)，取1．1;

L—钻孔长度，m，取60;

B—钻孔间距(湿润煤体的宽度)，m，取 5，10，15;

H—煤层厚度，m，取底层采高5;

γ—煤的密度，t/m3，取 1．35;

q—吨煤注水量，m3/t，取 0．01。

根据钻孔参数分别计算得出的钻孔间距为5 m、10 m、15 m 时，注水量分别为：22．3 m3、44．6 m3和66．9 m3。

2)单孔注水流量V。根据国内外经验，1930煤矿16223综采工作面煤层孔隙率低、透水性差的特点，采取小流量长时间注水方法才能使煤体得到充分湿润。取单孔注水流量为V=0．6 m3/h，通过分流器控制每个钻孔的流量，使各注水钻孔的注水量基本相等。

3)注水压力P。注水压力反映了钻孔的注水阻力，其影响因素较多，主要与煤层的透水性及瓦斯压力有关。为了提高煤层注水的湿润效果，采用常压带动压注水。在所取的注水流量条件下造成的注水压力是否符合该煤层的注水要求，需通过注水实践来确定。一般情况下注水压力应满足以下条件：

式中：

P—注水压力，MPa;

Pw—煤层中瓦斯压力，MPa;

Pr—上覆岩层压力，MPa。

拟定煤层注水泵最高压力可达15 MPa，能够满足该项目单向长钻孔动压注水的需要。

4)注水时间T。单孔注水时间T(h)取决于钻孔单孔注水量和单孔注水流量，按T=Q/V计算。

实际按每天两班注水，每天注水时间不少于16 h计算，得出注水的天数：

计算得出，该矿在钻孔间距为5 m、10 m、15m时的注水时间为：3．2天、6．4天和9．6天。同时注水的钻孔数量为4个。

5)注水超前工作面的距离X式中：

s—工作面日推进进度，m，取3．6;

x—停止注水时钻孔距工作面的距离，m，取70～80;

计算得出，注水超前工作面的最短距离为105～115 m，实际试验按120 m考虑。

6)注水钻孔封孔工艺技术及装备。采用水泥稠浆加膨胀剂作为封孔材料，采用KFB型矿用封孔泵进行封孔，以保证封孔深度和封孔质量。水泥稠浆水灰比为：水泥∶水=1∶0．4，其密度约为2 t/m3。封孔深度按10 m考虑，并根据实际注水情况予以修正。

3 注水施工

在16223工作面常压带采用一般动压注水和脉冲动压注水。

注水系统由煤层高压注水泵或脉冲注水泵、自动控制水箱、SGS型双功能高压水表，DF－3型分流器及截止阀等组成，煤层注水系统示意图见图2。

图2 煤层注水系统示意图

4 结果及论证

通过煤层注水，采面的粉尘浓度和瓦斯涌出量有一定的下降，尤其是采煤机司机处粉尘浓度下降30%左右，但其他测点的粉尘浓度下降不大，总的效果不太明显。

注水前后粉尘浓度对照表见表2。注水前后瓦斯浓度对照表见表3。

5 总结与建议

1)煤的裂隙和孔隙的发育程度(即孔隙率)可参照性不强。因为对于不同成因及煤岩种类的煤层来说，其裂隙和空隙的发育程度不同，注水效果差异也较大。煤的裂隙越发育则越易注水。根据《煤矿安全规程》，孔隙率小于4%可以不进行注水，就是因为此时煤层的透水性较差，注水无效果。建议在做16224工作面煤层注水前，先测定16224工作面煤层孔隙率。