采煤工作面短孔注水实用技术研究①

石俊生

(唐山开滦集团赵各庄矿，河北 唐山 063000)

采煤工作面短孔注水实用技术研究①

石俊生②

(唐山开滦集团赵各庄矿，河北 唐山 063000)

采煤工作面在回采过程中会产生大量的煤尘，而煤层注水是采煤工作面最有效的防尘措施之一。本文对赵各庄矿3197工作面进行短孔注水的技术方法及应用效果进行了阐述，并对短孔注水的方法进行了分析。结合现场进行的注水实测，对现场实测数据进行了深入的分析，得出短孔注水对于3197工作面防尘有很好的效果。

动压注水;煤层注水;短孔注水;液压钻机

0 引言

赵各庄矿于1906年建矿，至今已开采100多年，2008年核定生产能力200万吨/年，设计选矿能力 220 万吨/年，主要开采煤层为 5、7、9、11、12-1、12-2煤层，矿井开采深度已达到1179m。从工作面已开采的情况看，煤尘的飞扬性很好，采煤过程中也会产生很多煤尘，严重影响了矿井的安全生产。针对赵各庄矿3197工作面煤尘浓度较高的实际情况，决定采用煤层注水进行降尘治理。

1 3197工作面概况

本工作面位于13水平西翼1～2石门之间。煤层结构复杂，局部发育厚度0.2～2.6 m的夹矸，煤层倾角变化较大，在9°～35°之间，平均倾角22°，煤层走向290°左右，煤层厚度在3.1～8.3米之间，平均厚度4.6m。工作面倾斜长度111.8m，走向长度524 m。3197工作面老顶为深灰色中砂岩，厚8.94 m;直接顶为深灰色粉砂岩，厚0.9 m;直接底为灰色粉砂岩，厚2.24m;老底为深灰色粉砂岩，厚8.7m。预计瓦斯绝对涌出量3.72m3/min。煤尘爆炸指数为40.05%。煤层的自燃倾向性等级为自燃，自然发火期6个月。另外，本工作面局部处于未保护区域。

2 3137工作面深部煤层注水技术

煤层注水的目的是增加煤层中水的饱和度，即煤层中的含水率，达到降尘作用［1］。根据赵各庄矿3197工作面煤层的具体条件，确定在采煤工作面采用短孔注水方案［2］。短孔煤层注水布置在采煤工作面，工作面由于采动原因，煤层疏松，所以不需要进行可注性鉴定即可达到注水的效果。具体技术方案如下。

2.1 钻孔布置及施工

1)采用煤电钻机打眼，孔高1.5 m，孔径42 mm，孔深大约6 m，孔间距4 m。

2)钻孔布置及施工:沿工作面倾斜方向，斜孔孔长度为6 m，倾斜度为大约22°。为防止工作面两端煤壁片帮，工作面两个端头各留9.9 m不打孔注水。工作面注水孔的总数为24个。其布置如图1所示。

图1 工作面注液孔布置示意图

2.2 封孔参数及封孔工艺

封孔采用橡胶快速封孔器封孔，封孔器长1 m。封孔深度1m，即封孔器外端距煤壁1m。封孔如图2所示。

图2 注水孔封孔示意图

2.3 注液参数

注液压力:工作面开采初期，BRW-200/31.5乳化液泵压控制在10 MPa，工作面长度采到一半时可适当将泵压控制到9 MPa。泵压最大不能超过10 MPa。

总注水时间:据了解，检修班实际只能有8h的时间。因此必须在8h内完成全部24个孔的注水，即总注水时间为8 h。打眼可与注水平行作业，不占用注水时间。

单孔注水时间:为了尽可能延长单孔注水时间，以提高注水效果，决定分三组注水，即有三个孔同时注水。单孔注水时间为:8×60/24×3=60(min)。实际单孔注水时间以煤壁出水时为准计算。

一个循环总注水量:按t煤注水量10 L(即煤体水份增量2%)考虑，该总工作面一个循环进尺需要的总注水量约为:149×2.5×5×1.40×2%=52.15(m3)。

单孔注水量:平均每个孔注水量为52.15/24=2.17(m3)。需要说明的是:煤体实际能注进去的水量与封孔深度、注水压力、注水流量、煤体的孔隙率等有关，待注水工作开展起来以后再行考察确定。

总注水流量:总注水流量=一个循环总注水量/总注水时间=52.15/8=6.52(m3/h)。

单孔注水流量:单孔注水流量=总注水流量/同时注水孔数=6.52/3=2.17(m3/h)

注水分组情况:根据单孔注水流量的计算结果，选择流量为12 m3/h的BRW-200/31.5乳化液泵，额定流量12 m3/h，额定压力31.5 MPa。一个BRW-200/31.5乳化液泵担负3个组(第一组:1#到 8#孔，第二组:9#到 16#孔，第三组:17#到24#孔)的注水，能满足3个孔，由3部煤电钻机负责打注水孔，一部煤电钻机负责1个组的打眼工作。这样就能保证每个注水孔有60 min(含3-5 min的准备时间)的注水时间，净注水时间能保证在55 min以上。

2.4 注水系统

注水系统由BRW-200/31.5乳化液泵(含压力泵、水箱、压力表、安全阀、溢流阀等)、高压钢丝胶管、双功能高压水表、高压橡胶自动封孔器组成。

注水系统主要设备的数量及规格如下:

1)BRW200/31.5的乳化液泵:2台，额定流量12 m3/h，额定压力31.5 MPa。布置在运顺内，一台使用，一台备用。

2)自动封孔器:6支(三支使用，三支备用)，型号ZF-A22，内径22mm，外径39mm，适用孔径42-50 mm。

3)双功能高压水表:3块，型号SGS，最大流量5 m3/h，最小流量0.1 m3/h，额定压力18 MPa。

4)高压水管:干管规格3×25×18(钢丝层数×内径×压力)，每根长10 m，总长度根据水泵位置至采面注水孔的距离而定。支管规格3×16×26，每根长10 m，需要6根，即60 m。

5)减压阀:3只，直径25 mm。可以在0-20 MPa之间任意调节。

6)截止阀:3只。

7)变径接头:25mm变16mm三个，16mm变22 mm 3个。

表1 短孔煤体注水所需设备与材料汇总表

续表

2.5 短孔煤体注水施工安全技术措施

1)人员进入煤帮作业时必须严格执行敲帮问顶制度，及时用不少于1.0 m的长柄工具捣去浮煤浮矸，防止掉落伤人，并安设专人监护顶板、煤壁，发现异常情况及时撤人并采取措施进行处理。

2)人员进入煤帮作业前必须先将工作面刮板输送机闭锁，煤机停止运转，支架护帮板护至煤帮，并检查作业地点附近的顶板和支护情况，防止架间掉矸伤人，确认安全后方可进入作业。

3)人员进入电缆槽以里煤壁侧作业时，必须停车闭锁，并安专人监护顶板及煤壁情况，发现问题立即停止作业，采取措施进行处理。

4)在煤机前后20 m范围内作业时，煤机必须脱开离合，并切断电源，煤机机身处不进行打眼。

5)工作面片帮严重处，片帮深度超过0.8 m或片帮长度超过3 m区域不进行打眼。

6)工作面受断层影响区域及断层上、下10 m范围内不进行打眼。

7)施工中必须对风、水软管注意保护，防止被挤坏、砸坏。

8)用煤电钻机打孔时，应控制钻杆不要剧烈晃动，防止形成扁形孔。

9)为解决打钻过程中煤尘飞扬严重污染环境的问题，下风侧移架喷雾开启三道。

10)打眼人员的作业位置距离正在注水的注水孔至少16 m以上。

11)注水孔打够深度后，要来回抽动，排尽煤粉。注水器插入钻孔深度不得小于0.5 m。

12)注水前要检查注水系统和注水管线的密封性，在高压管路密封性不好或破损时，禁止注水。当高压管路处于承压状态时，禁止连接、拆卸和修理高压管件。

13)注水时严禁人员站在正对封孔器的位置，防止封孔器串出伤人。

14)注水试验期间，要加强采煤工作面的瓦斯地质管理工作，地质构造带处应停止注水工作。遇到断层时应观察注水量，发现跑水时应停止注水。

15)注水开始时，应有瓦斯检查员检查工作面及回风流的瓦斯浓度，如果瓦斯浓度达到0.8%，由瓦检员通知注水施工人员减少同时注水的孔数。

16)注水泵必须由专人负责操作和看管，注水泵的压力不能超过10 MPa。

17)注水过程中若发现孔口附近一定范围内的煤壁渗水，应先关闭截止阀，停止注水，待注水孔内水压降下来后再抽出封孔器，防止封孔器突然喷出伤人［3］。

其他未提情况，均按《煤矿安全规程》和《注水操作规程》规定进行作业。

3 赵各庄矿煤层注水技术应用及效果

2011年9月在赵各庄矿3197工作面开始实行了短孔注水，采用煤电钻打孔，孔距为4 m，钻孔沿煤层倾角方向实施，采用膨胀式封孔器封孔，封孔长度为1 m，孔径Ф42 mm，详细情况见表2。

表2 赵各庄矿3197工作面煤层注水部分钻孔记录简表

续表

经测定赵各庄矿3197工作面煤层未注水之前含水量为1.71%，注水之后含水量为3.41%。对比注水前与注水后的煤层时，3137工作面机组割煤时粉尘浓度由293 mg/m3下降为119 mg/m3，放煤时由338 mg/m3下降为126 mg/m3，整个工作面环境的粉尘浓度降低约62%;煤层注水后湿润煤体中的水分对瓦斯的运动也起阻碍作用，降低了落煤与放煤工序的瓦斯涌出量，对改善3197工作面通风紧张的状况很有帮助［4］。

4 应用分析

经本次应用的分析研究发现，赵各庄矿3137工作面煤层注水后破坏了煤体原有结构的完整性，改变了煤体的物理力学性质，进而软化了煤体，工作面机组割煤时粉尘浓度由293 mg/m3下降为 119 mg/m3，放煤时由 338 mg/m3下降为126 mg/m3，整个工作面环境的粉尘浓度降低约62%。综上可得出:动压短孔注水是赵各庄矿3197工作面最有效的防尘措施之一，对降低采煤工作面的粉尘浓度，减小粉尘对井下工人及作业场所的危害程度起到了至关重要的作用，此外煤层注水还可起到延长煤的阻化时间、防治瓦斯和煤体卸压等方面的作用［5］。

［1］ 张设计，等.煤层注水试验及效果分析［J］.矿业安全与环保，2006，(6)

［2］ 胡冠宇，等.浅孔高压煤层注水参数确定及效果分析［J］.煤矿开采，2008，(12)

［3］ 张永吉，等.煤层注水技术［M］.北京:煤炭工业出版社，2001

［4］ 瞿涛宝.试论煤层注水处理瓦斯的效果［J］.西部探矿工程，1994，(3)

［5］ 李俊龙.唐安煤矿煤层注水技术的应用［J］.矿业安全与环保，2006，(S1)

Working face short hole infusion of practical technology research

SHI Junsheng

(Zhaoge Zhuang kailuan Group Corporation Ltd.in Tangshan，Tangshan Hebei 063000)

Coal mining working face in mining process will produce a large amount of coal，and coal seam water injection is the most efficient coalface dustproof measures.The Zhaogezhuang mine 3197 working face short hole water injection technique and its application effect is elaborated，and the short hole infusion method were analyzed.Combining with the field of water injection test，the measured data are analyzed，concluded in 3197 working face short hole injection for dustproof effect is very good.

Dynamic pressure water injection;coal seam water injection;short hole;hydraulic drilling rig

TD713+.33

A

1672-7169(2012)03-0043-04

2012-03-16

石俊生(1965-)，男，河北沧州人，大学毕业，开滦集团赵各庄矿总工程师。