煤层注水在义安矿综采工作面的应用

义煤集团 宏盛煤业有限公司 张红山 韩伟博

煤层注水在义安矿综采工作面的应用

义煤集团 宏盛煤业有限公司 张红山 韩伟博

一、注水钻孔位置布置

义安矿FD003工作面注水方式采用巷帮双向长钻孔注水为主（工作面浅孔注水为辅）。工作面总长135 m，上、下巷帮注水孔深度设计为65 m，在工作面中部留下5 m空白带；注水孔参考湿润半径为5 m，上、下巷注水孔间距为10 m，瓦斯预抽巷间注水孔间距为12 m；巷帮注水孔距离切眼、瓦斯预抽巷间距为20 m。

二、钻孔参数。

1.上、下巷帮深孔参数。钻孔角度根据上、下巷道标高及煤层厚度确定，施工相向顺层钻孔，钻孔角度为2° ～ 4°。钻孔孔径为89 mm，以距离底板1.5 m作为钻孔开孔参考位置，可根据现场实际情况改动。工作面总长135 m，上、下巷帮注水孔深度设计为65 m，在工作面中部留下5 m空白带。

2.钻孔施工工艺。根据“水力压裂→煤层注水→本煤层抽放”的压注抽顺序，在巷道掘进期间首先施工水力冲孔，然后再施工煤层注水孔，注水孔超前本煤层钻孔施工50 m，最后施工本煤层抽放孔，均采用SGZ–IIIA型防突钻机施工。

3.封孔工艺。聚氨酯＋水泥浆＋膨胀水泥:注水管采用Ф25 mm的无缝钢管，注液采用Ф10 mm的无缝钢管；里段、外段用聚氨酯封孔，中间注水泥浆，最后孔口用膨胀水泥封堵。

4.注浆比例。水和水泥按 1∶1.5注浆，注浆过程中注浆压力不应低于3 MPa。

三、注水工艺

1.注水量设计。

（1）1个注水孔的一次注水量Q按下式计算。

式（1）中，q为水的密度，K为富余系数（取1.2），T为一个注水孔承担的湿润煤量，W为预计含水率增值（取1.5%）。

（2）1个注水孔承担的湿润煤量T按下式计算。

式（2）中，L为待注水煤体在钻孔轴向方向的尺寸，S为注水孔间距，M为注水孔附近煤层平均厚度，γ为煤的密度。

2.注水系统.工作面上下巷各安装5块水表，第一块水表距离工作面20 m，向后依次安装。注水系统连接方法为：注水泵→钢丝编织缠绕胶管→截止阀→钢丝编织缠绕胶管→水表→泄压阀→截止阀→注水孔。

3.注水方法。掘进期间注水孔施工完成后进行一次注水，随着煤炭的开采，煤层上方岩石会逐渐失去支撑，煤层重量向两侧转移，在掘进巷道两侧会出现应力集中区域，应力集中区域包括应力降低区、应力升高区、原岩应力区等区域。在注水期间，两侧应力处于非稳定状态，故一次注水采用低压渐进深孔注水法。一次注水具体过程如下。

注水初始压力为3 MPa，先将处于应力降低区钻孔周围煤层进行湿润加固，以增强煤层的抗压强度；当注水流量减少至正常注水量的1/3后，再逐渐增加注水压力，每次增压2 MPa，增压到10 ～ 15 MPa即可。在这一压力下，应力升高区的煤体裂隙会扩张，煤层的透水性会增强。此时，进行稳定注水，直至达到设计注水量或出现煤墙严重渗水后方可停止注水。

4.注水机理。注水是储水→渗透→储水→扩张的循环过程。在注水过程中，煤层孔隙和裂隙成为临时的储水空间。最初注注水量小于渗水量与储水空间之和，随着注水量的增加，储水压力逐渐增加，但不会超过注水压力；当该储水空间周围已经渗透饱和后，注水量大于渗透量，储水压力超过注水压力，水在煤体裂隙中的渗透速度增加，裂隙进一步扩张，扩大了注水的渗透通道，增大了渗透范围。

5.注水效果。煤层注水可以起到防尘和降温的效果。具体如下。

（1）防尘。经过煤层注水后，在回采过程中煤尘含量明显减少，在注水孔周围煤壁明显湿润，同时煤壁片帮现象也有好转。回采工作面注水前后粉尘浓度对比见表1。

表1 回采工作面注水前后粉尘浓度对比

（2）降温作用。FD003工作面过注水后，对工作面起到了明显的降温作用。对采煤工作面注水前后工作面温度进行测量后发现，工作面上隅角温度降低了1.4℃左右，而工作面内温度降低了2.5 ℃左右，回风流温度降低2 ℃ ～ 4 ℃。

四、结论

1.影响煤层注水效果的最直接因素是煤层裂隙、孔隙的发育程度。裂隙发育、孔隙率高的煤层透水性强，水易于注入，所需注水压力就较低。

2.钻孔施工过程中要尽量避开褶曲、断层等地质构造带，单孔孔深根据现场地质实际情况去顶，避免钻孔钻入顶底板中。

3.注水孔湿润半径为4 ～ 8 m，平均湿润率超过2%。注水超前工作面30 ～ 50 m为最优注水范围，可以保证注水和采煤工作的平行作业。

4.注水压力越大，注水量越大，但是随着时间的增加，注水量增加率减小；静压注水中，注水量与注水时间成正比；动压注水中，若泵的流量和注水孔数定后，单孔注水流量为定值。