云冈矿综采工作面煤层注水技术实践

昝　平

(大同煤矿集团 云冈矿，山西　大同　037017)



云冈矿综采工作面煤层注水技术实践

昝平

(大同煤矿集团 云冈矿，山西大同037017)

摘要以同煤集团云冈矿8415工作面地质参数为背景条件，在分析了采用煤层注水必要性的基础上，经计算得出该工作面煤层注水方案及相关参数，并对该方案在实践操作中的注意事项进行说明。该方案的实施不仅使得8415工作面环境得到改善，提前治理了煤层内赋存的瓦斯，达到了安全生产的目的。该方案对类似条件下工作面煤层注水技术提供一定的借鉴。

关键词综采工作面；煤层注水；机理；方案；实践

1工作面概况

同煤集团云冈矿8#层404盘区8415工作面为薄煤层综采工作面，工作面设计倾向长126 m，走向长1 152 m，可采走向长1 052 m，煤层厚度1.26～1.78 m，平均厚度为1.49 m，倾角3°，可采储量26.21万t. 工作面采用倾向长壁采空区顶板全部垮落法开采，一次采全高，工作面回采率为95%. 煤吸氧量为0.86 cm3/g，煤层自燃倾向性等级为Ⅰ级，自燃倾向性性质为容易自燃，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为55%，煤尘有爆炸性，煤尘云最大爆炸压力为0.68 MPa，最大压力上升速率为38.13 MPa/s，爆炸下限浓度为20 g/m3，最低着火温度为630℃，煤尘层最低着火温度为240 ℃.煤层发火期为11个月。直接顶为粉细砂岩互层，直接底为粗中细粒砂岩。工作面煤层含水量1.47%～1.62%，未达到规程规定的4%，需要采取煤体注水。

工作面为两巷布置，2415巷为机轨合一巷，规格为掘宽4.2 m×掘高2.45 m；5415巷为运料兼回风巷，规格为掘宽3.2 m×掘高2.45 m，两条巷道内各铺设有两趟2英寸和一趟4英寸水管。

1) 工作面通风情况。

工作面采用一进一回通风，计划配风量为600 m3/min，实际配风量>600 m3/min.

2) 工作面瓦斯情况。

根据8415两巷掘进期间的瓦斯涌出统计，8415工作面瓦斯涌出量预计可超过0.46 m3/min.

3) 工作面防尘情况。

防尘工作主要以煤体注水为主，工作面及两巷也安装了一些辅助防尘设施(转载机洒水、运输机洒水、皮带头洒水以及净化水幕等)，包括采煤机组内外喷雾、支架架间喷雾、冲洗等设施，但由于该工作面内水压不足，因此，实际工作中工作面及两巷煤尘防治工作难度较大。

2煤层注水的必要性

1) 治理煤尘。

煤体注水是从源头治理回采工作面煤尘的一种最为有效的措施。一方面，可以起到根治煤尘即防止发生煤尘事故的目的；另一方面，又可以起到改善工作面作业环境的作用，从而保证作业人员身心健康，减少尘肺病的发生，是防治粉尘危害的一项重要措施。

2) 软化煤层。

通过煤体注水使煤体内部裂隙增多、裂隙面增大，达到软化煤层的目的。软化后的煤层开采过程中较易截割，不仅可以减少采煤机截齿的磨损，对采煤机其他设备(如截割轴、截割电机以及牵引电机等)也起到了保护作用，最终达到提高割煤效率，完成安全高效生产的目的。

3) 治理瓦斯。

煤层注水治理瓦斯的机理：在注水过程中，水是沿煤层面的注水钻孔以一定压力被压入煤体的，水进入煤体后在压力作用下向各个方向流动，水流动的过程也可以看作是由注水钻孔附近向周围煤层推进而驱气并占领被驱气体所存在的空间的过程。因此，煤层注水在一定程度上可以达到提前治理煤层内赋存的瓦斯的目的。

3煤层注水方案

3.1注水方法

注水方法为静压注水。以8415工作面煤层注水的参数(孔隙率、透水性等)为基础，结合现场实际条件，进行静压注水。

3.2注水压力

为提高注水压力，建议8415煤层注水源取南翼水仓水源。

静压水压力计算：

P=ρ·g·H·(1-ε)

式中：

P—注水压力，Pa；

ρ—水密度，kg/m3，取1.0×103；

g─重力加速度，m/s2，取9.8；

H─副井地面标高与8#层404盘区8415工作面高差，m，取287；

ε─管网压力损失，按15%计；

经计算：P=2 390 710 Pa=2.4 MPa

3.3钻孔布置

为减少施工工序，煤层注水钻孔在5415回风运料巷打孔，具体参数为：

1) 钻孔长度：110 m.

2) 注水钻孔间距：15 m.

3) 钻孔角度：垂直于煤壁、水平0°角。

4) 钻孔直径：62 mm.

3.4注水量

注水量是影响煤体湿润状态和防尘效果的主要因素。单孔注水量可按下列方法计算：

Q=k·M·B·L·ρ·q

式中：

Q─单孔注水量，m3；

k─钻孔前方煤体湿润系数，1.1～1.3；取1.1；

M─煤层开采厚度，m，取1.49；

B─钻孔间距，m，取15；

L─钻孔长度，m，取110；

ρ─煤的密度，t/m3，取1.3；

q─吨煤注水量，m3/t，应为0.02～0.04，取0.02.

经计算：Q=70.31 m3

3.5注水时间

式中：

T─注水时间，h；

Q─单孔注水量，m3，取70.31；

q─单孔注水流量，m3/h，取0.8.

计算得：T=87.9 h≈4天

因该矿采用静压注水系统，注水压力只有2.4 MPa，属于低压注水，故注水时间较长，按钻孔注水时间4天考虑，如能充分湿润煤体或煤体水分达到4%，要停止该循环钻孔注水，进入下一循环注水。反之，如不能充分湿润煤体，注水时间可适当延长。

3.6一次性注水钻孔数量

式中：

T─注水时间，h，取87.9；

V─工作面每天回采速度，m，取4.8；

B─钻孔间距，m，取15.

经计算，N=1.17≈2.

可见，工作面内同时注水钻孔数量不得小于2个，即5415回风运料巷同时注水钻孔数量为2个，注水钻孔长度为110 m，达到4天后进行下一轮循环，依次进行下一循环注水。一次性注水140.62 m3.整个工作面施工注水钻孔70个，预计完成注水量共计4 921.7 m3.

3.7注水超前工作面距离

式中：

L超─注水超前工作面距离，m；

L停─停止注水时钻孔距工作面距离，m，应为6～20,取20；

经计算，L超=37.6≈38,即注水位置应超前工作面开采距离38 m以上。

4煤层注水说明

1) 该工作面注水使用KHYD75DIA型钻机1台，高压胶管封孔器与木楔封孔器各3个，压力表1个，DC-4.5/20流量表3个，三通3个，与主管连接的软管60 m.

2) 煤层注水必须超前38 m，即2个循环，以保证煤体注水预定的时间。达到注水效果。

3) 煤体注水与工作面推进速度以及煤体注水时间。按各自时间要求排出煤体注水的循环图表，在已满足工作面正常推进速度为前提下，按规定循环图表相应进行煤体注水，即：实现一个正规循环的工序为：打注水钻孔→煤层注水→采煤。

4) 注水时必须安装压力表和流量表并做好注水记录。

5) 注水期间，需观察注水情况，并做好记录，把湿润范围内煤壁出现均匀的“出汗”渗水作为控制注水时间的依据。

6) 封孔时，为保证注水效果，要求用高压胶管将钻孔封死，以防注入的水从孔内流出影响注水效果。

8415工作面采用以上注水方案后，实际开采过程中，当采至第二个注水循环位置时，工作面煤体开始逐渐变软，截割逐渐容易且采煤机截齿更换数量也明显较少。除此之外，对煤尘工作面影响程度比早期开采时减轻，使工作面推进速度逐渐加快。实践证明，该注水方案在8415工作面取得了较好的效果。

参考文献

[1]梁宝霞,潘一山.高瓦斯薄煤层注水平面平行流模型分析[J].采矿与安全工程学报，2006,23(2):206-209.

[2]吴国友,刘奎,郭胜均，等.综放面特殊煤层的注水降尘研究[J].采矿与安全工程学报，2008,25(01):99-103.

[3]李广勇.煤体注水及有关参数的考察研究[J].山西焦煤科技，2011(03):12-15.

[4]周大为,王佰顺,胡祖祥，等.新庄孜矿63103炮采工作面浅孔注水降尘技术研究[J].矿业安全与环保，2009,36(02):44-45，48.

[5]孟亚鹏.综放工作面煤体注水效果研究[J].煤山东煤炭科技，2010(04):2-5.

[6]龚士杰,陈洪涛.深孔预裂爆破、煤体注水防治瓦斯技术应用[J].科技信息，2009(13):3-4.

[7]李德军.煤体注水在煤矿安全生产中的应用及效果浅析[J].山东煤炭科技，2008(12):10-13.

·技术经验·

(E-mail)zanping198@163.com

Practice for Coal Seam Water Infusion Technology of

Fully Mechanized Mining Face in Yungang Coal Mine

ZAN Ping

AbstractTakes the geological conditions of 8415 face in Yungang coal mine of Datong coal mine group as the background. Based on analyzing the necessity of using coal seam infusion, by the calculation, given the coal seam water injection solutions and related parameters and explained the precautions in practical operation of the program. Implementation of the pogram not only makes 8415 face to improve the environment, but also controls gas occurrence in coal seam in advance, achieves the purpose of safe production. The program has a certain reference value for coal seam water injection technology under similar conditions.

Key wordsFully mechanized working face; Coal seam water injection; Mechanism; Scheme; Practice

中图分类号：TD713+.3

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)05-0026-03

作者简介：昝平(1970—)，男，山西大同人，1994年毕业于大同煤炭工业学校，工程师，主要从事矿井通风管理工作

收稿日期：2014-03-19