大采高工作面长钻孔高压脉动注水技术研究

辛宪耀

（晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西晋城 048006）

大采高工作面长钻孔高压脉动注水技术研究

辛宪耀

（晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西晋城 048006）

大采高综采工作面机械化程度高、开采强度大，在煤层开采过程中片帮垮落较严重，采煤工作面配风量大，风速较高，工作面粉尘扩散严重。为从根本上解决大采高工作面的粉尘，长平煤矿采用了大采高工作面长钻孔高压脉动注水技术。根据井下现场实际条件对高压脉动注水方式进行了试验与研究，最终选择适合长平矿厚煤层大采高工作面的煤层注水方式。

高压脉动注水；湿润半径；孔隙率；含水率

1 概况

大采高工作面在割煤、移架过程中会产生大量煤尘，尽管采用二次负压除尘、喷雾降尘等一系列措施，但是工作面煤尘依然居高不下。采煤工作面的粉尘不仅危害工人的身体健康、降低设备的使用寿命，而且可能引发煤尘爆炸，给工人的生命健康和国家的财产造成极大的损失。煤层注水是解决采煤工作面煤尘问题最有效手段，但目前通常采用的长孔、短孔的动、静压注水根据各工作面长度、煤层厚度以及煤体孔隙率的不同，效果也不相同，但相对来说，高压脉动注水效果显著[1]。

1.1 煤层注水降尘机理

通过煤体中的钻孔将水压入煤体，使水均匀分布于煤层中大量的细微裂隙和孔隙之中，可以起到以下作用：a.将煤体提前湿润，使其失去飞扬的能力，从而减小日后开采过程中煤尘飞扬的情况。b.将部分更细小的煤尘颗粒提前水分子包裹起来，预防看不见的浮游煤尘的产生。c.大量的注水可以改变煤体结构，使煤体脆性减弱、塑性增强，从而减少了采动时的产尘量。高压脉动注水通过利用高压水对煤体产生类似间断性冲击波的冲击作用，有利于增加注水量、扩大湿润半径，进而提升注水效果[2-5]。

1.2 工作面基本概况

4311 采面位于长平煤矿四盘区北翼,工作面采用“两进两回”通风系统，工作面煤层平均厚度5.4 m，煤层倾角2°～8°，平均倾角5°；工作面可采长度1 200 m，宽度220 m，为一次采全高工作面，煤层原始水份含量2.3%～2.5%，自然吸水率2.17%，孔隙率4.16%。

2 高压脉动注水工艺

2.1 注水孔封孔工艺

采用型号为ZF-A76，外径94 mm的封孔器进行封孔，膨胀范围115～130 mm。封孔器长度分两种，封孔深度为8～10 m。注水封孔器，见图1。

图1 注水封孔器

2.2 注水压力及高压脉冲泵选择

1）注水压力。根据国内外经验及现场实测整理出一个开采深度与注水压力的经验公式，即：

P=15.6-7.8/（0.001H+0.5）=7.8 MPa.

式中：P为煤层注水的最小压力，MPa；H为煤层埋藏深度，取500 m。考虑到注水实际情况注水最大压力可定为大于7.8 MPa。

2）注水泵选择。本次工作面注水选用的是2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵，型号如表1所示。

表1 2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵参数表

3）湿润半径确定。a.实验孔布置。通过在工作面施工实验钻孔测试湿润半径，钻孔布置见图2。b.测试孔情况。经过对注水孔48 h连续高压脉动注水，脉动注水出水情况统计表，如表2所示。

图2 动压注水湿润半径布置图

表2 脉动注水出水情况统计表

由上得出，在连续12 MPa高压脉动注水48 h的情况下，长平矿4311工作面煤体注水半径在10～15 m之间。

表3 注水前后粉尘测定对比情况

4）注水钻孔布置参数。根据以上结果，4310工作面注水钻孔采用双向布置，为避免双向钻孔窜孔现象、钻孔长度设计为100 m，布孔间距15 m。

5）钻孔注水情况。注水初始阶段，注水流量随着时间增加，注水流量增加，注水8～10 h后，周围注水裂隙饱和，流量明显降低，注水压力最大达到10 MPa。停止注水4 h后，再次进行动压注水；注水4 h后，流量再次降低；再次间歇2 h后，再次采用脉冲动压注水，水流量极低、注水达到饱和。

3 注水效果考察

3.1 煤层含水率变化情况

通过注水，煤层水分平均增加了增加了66.06%，注水后煤体水分平均4.06%，新增水分平均为1.61%。

3.2 降尘效果前后对比

采用高压脉动注水后，全尘平均降尘率为52.91%，呼吸性粉尘平均降尘率为53.71%，降尘效果较为明显，极大的改善了工作面工作环境，注水前后粉尘测定对比，如表3所示。

4 结束语

1）高压脉动注水可以有效提高煤体的含水量、充分湿润煤体，是降低采煤工作面粉尘浓度的有效方式。

2）对长平矿厚煤层大采高工作面来说，采用高压脉动注水的降尘方式较为有效，注水孔间距应控制在15～25 m之间。

参考文献：

[1]王俊峰，袁东升，冉松河，等.大采高、松软突出煤层综采工作面的粉尘综合防治[J].科技研究，2010（12）：35-37.

[2]王炜．高瓦斯矿井综采工作面粉尘防治技术探讨[J].煤炭工程，2009(6)：52-54．

[3]程卫民，刘伟.煤矿采掘工作面粉尘防治技术及其发展趋势[J].山东科技大学学报，2010，29（4）：77-81．

[4]王开松，李武．煤炭科学技术[J].综采工作面的煤尘综合防治，2005，33(1)：48-50.

[5]梁彤．综采工作面喷雾除尘技术研究[D].北京：北京科技大学，2003.

High-pressure Pulsating Water Injection with Long Drilling on Large-mining-height Working Face

XIN Xianyao
(Jincheng Anthracite Mining Group,Jincheng 048006,China)

High mechanized degree and mining intensity of large-mining-height working face cause serious rib spalling and caving,large ventilation distribution quantity,high air speed,and severe coal dust diffusion.To control the dust,high-pressure pulsating water injection with long drilling technology was used in Changping mine.According to the field condition in the mine,the high-pressure pulsating water injection experiment was conducted.Finally,a suitable water injection method was chosen for the large-mining-height mining on thick seam in Changping mine.

high-pressure pulsating water injection;wetting radius;porosity percentage;water content

TD714.4

A

1672-5050（2015）03-0050-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.018

（编辑：武晓平）

2015-04-07

辛宪耀（1974-），男，山西介休人，硕士，工程师，从事矿井“一通三防”技术管理工作。