煤层注水对回采工作面瓦斯防治的作用

2012-04-12安阳鑫龙煤业集团红岭煤业有限责任公司金明乾

河南科技 2012年6期

安阳鑫龙煤业集团红岭煤业有限责任公司金明乾

煤层注水对回采工作面瓦斯防治的作用

安阳鑫龙煤业集团红岭煤业有限责任公司金明乾

随着煤矿采深向深部延伸，采煤工艺正朝着机械化方向发展。回采期间，回采速度的加快，工作面的瓦斯涌出量也逐渐增大。如何减小回采期间工作面的瓦斯涌出量，已成为制约煤矿生产的一大难题。煤体是一种多孔性固体，既有成煤过程中产生的原生孔隙，也有成煤后的构造运动形成的大量孔隙和裂隙。这些孔隙形成了很大的自由空间，使得成煤过程中产生的瓦斯以游离和吸附两种形态存在于孔隙表面。游离状态又称为自由状态，这种状态的瓦斯以自由气体形态存在于煤层孔隙中，其分子可自由运动，并服从自由气体定律。针对游离状态瓦斯在煤体中的这一性质，可在煤层中施工若干钻孔，通过钻孔将水注入煤墙中，利用瓦斯难溶于水的这一特性，将煤层的瓦斯提前排放出来，从而减小回采期间瓦斯的涌出量。

一、煤层注水实践

1.工作面概况。15181工作面走向长580 m，倾向长130 m，煤层倾角平均17°，煤层最厚处6.6 m，最薄处6.2 m，采煤工艺为单一煤层一次采全高走向长壁后退式综合机械化放顶煤回采，顶板控制采用全部垮落法。回采期间工作面正常涌水量28 m3/h，最大涌水量 50 m3/h。煤层孔隙率为4.9%，煤尘爆炸指数为17.92%。

2.注水孔布置。沿工作面倾斜方向每隔6 m打1个顶眼、1个中眼、2个注水孔（2个注水眼应错开3 m），顶眼靠顶梁下0.2 ～ 0.4 m朝煤壁打孔，倾角为＋45°方向角左偏10°。中眼距煤墙底板1.5 m，中眼倾角为垂直于煤墙方向–10°，钻孔深度为5 m。

3.打眼。使用气动锚头钻，钻杆采用可接加长麻花型钻杆。

4.封孔。使用快速封孔器封孔，封孔器装在注水孔1.5 m处进行膨胀封孔。

5.注水设备及注水时间。采用工作面液压支架水管注水。工作面煤壁可同时注2个孔，即2个孔为1组，每组注水时间应以煤壁明显出现湿润为终止注水工作的标准。

6.注水参数。注水水压不得小于2 MPa（在瓦斯压力较大的地段注水时，应提高注水压力）。

7.注水循环及劳动组织。

（1）每天在检修班集中进行注水。

（2）打眼工作由2个人协作进行，打眼前先对煤壁进行敲帮问顶，找掉活煤块，防止片帮及冒落伤人。再详细检查打眼周围支架情况，无问题方可实施打眼工作。

（3）打眼必须按顺序由下向上进行。

（4）工作面注水工作应在采煤工作前2 h注水完闭。

二、煤层注水效果

煤层注水降低瓦斯涌出量的效果十分明显。这是因为注水时，高压水需克服瓦斯压力后才能注进水，水改变了煤的力学性质，增加了煤的可塑性，降低了煤弹性模量，使煤体内的应力分布均匀化，弹性能释放的速度变小，从而降低了瓦斯的释放速度。具体来说，表现在以下几个方面。

1.可以有效降低测试钻孔附近的瓦斯浓度。注水孔未注水前，经测试钻孔上、下侧2 m左右位置瓦斯浓度约2.8%；注水2 h后，同一个注水孔上、下侧2 m左右位置瓦斯浓降低至1.0%左右。

2.可以有效降低回采期间工作面上隅角和回风巷中的瓦斯浓度。未注水前，回采期间15181工作面上隅角的瓦斯浓度保持在0.6% ～ 0.7%，回风巷中的瓦斯浓度为0.4%，严重影响正常生产的进行；注水后，15181工作面回采期间上隅角的瓦斯浓度降为0.3% ～ 0.4%，回风巷中的瓦斯浓度降低至0.2%左右。

3.其他效果。注水具有灭尘效果；可以降低煤的硬度，软化煤体，减少切割和破碎煤层所需的能量，从而减小设备的损耗，提高生产效率。

三、影响煤层注水效果的因素

1.煤层裂隙、孔隙程度直接影响煤层注水量。煤层的裂隙越发育，越易注水；煤质较硬的工作面，裂隙不发育，注水时很困难；注水后拨孔时会出现回水现象。但是当出现一些较大的裂隙（如断层、破裂面等）时，注水易散失于远处或煤体之外，对注水不利。

2.地压的集中程度与煤层注水难易程度也有直接关系若。煤层裂隙不发育，原生裂隙和孔隙被压紧得更小，导致煤层透水性能降低，注水困难。15181工作面煤质松软，裂隙较发育，无冲击倾向性，注水较易。煤层全水分都在4.5% 以上。为提高注水效果，需要提高注水压力。有关试验表明，在该工作面注水压力超过一定值后，煤体裂隙会变大，水分散失严重；水分散失过多后，注水压力会开始变小，反而起不到注水的效果，并且水会从锚杆或煤体裂隙中喷出，给回采工作造成极大不便。因此，15181工作面注水压力以不超过2.5 MPa为宜。