突出煤层采煤工作面煤层注水技术研究及应用

赵学军

摘要： 采煤工作面采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施，能够有效降低工作面瓦斯，消除工作面突出危险性。本文主要就陶二煤矿突出煤层采煤工作面煤层注水技术研究及应用进行了探讨。

Abstract： Coal seam gas surface area anti-outburst measure bedding drilling pre-pumping in mined area is adopted in coal mining face， which can effectively reduce the gas in working face and eliminate the outstanding danger of working face. This paper mainly discusses the research and application of coal seam water injection technology in coal mining face with outburst coal seam in Tao-er Coal Mine.

关键词： 突出煤层；注水技术；研究

Key words： outburst coal seam；water injection technology；research

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0256-02

0 引言

矿井-711水平首采区为突出危险区，该区域内煤层瓦斯压力大、含量高，是制约矿井安全生产的重要因素。采区内采煤工作面采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施，采取措施后，能够有效降低工作面瓦斯，消除工作面突出危险性。但首采区地应力较大、煤层较破碎，特别是在地应力集中区域和地质构造区域，在工作面回采期间进行区域验证或工作面预测时，会出现钻屑量超标，仍存在突出危险。如何在工作面瓦斯抽采达标情况下，有效降低工作面地应力，增加煤层塑性，进一步消除工作面突出危险本课题研究的重点。结合工作面实际状况和条件，在工作面进行瓦斯抽采评判达标后，利用原有瓦斯抽采钻孔二次封孔后进行静压煤层注水，湿润煤体、增加煤体塑性、降低工作面地应力、降低工作面瓦斯、消除工作面突出危险，同时降低回采期间工作面粉尘，因此，在该工作面进行煤层注水工作是非常必要的。

1 性质用途

通过煤层静压注水，湿润煤体，增加煤层塑性，降低工作面地应力，降低工作面瓦斯，消除工作面突出危险，有效预防了煤与瓦斯突出事故。

2 适用范围

适用于所有高瓦斯矿井、突出矿井施工预抽煤层瓦斯钻孔的采掘工作面。

3 所采用的科学技术原理

3.1 有效防尘

采取煤层注水后湿润煤体内的原生煤尘，使其失去飞扬的能力；同时水分有效地包裹煤体的每个细小部分，当煤体在开采中破碎时，避免细粒煤尘的飞扬；水的湿润作用使煤体塑性增强，脆性减弱。当煤体受外力作用时，许多脆性破碎变为塑性形变，因而大量减少了煤体被破碎为尘粒的可能性，降低了煤尘的产生量。

3.2 预防突出

研究和试验考察表明，注水湿润煤体，可使煤的力学性质发生明显变化，煤的弹性和强度减小，塑性增大，从而使巷道前方的压力分布发生变化，即高压力向煤体深部转移，压力集中系数减小。煤体湿润后，其透气性也将成百上千倍的降低，水对瓦斯的运动起到明显的阻碍效应，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降。上述的各种变化，都表明注水湿润煤体，可以消除或降低煤层的突出危险。

3.3 减小回采期间工作面回风流中的瓦斯浓度

工作面注水后，湿润煤体中的水分对瓦斯的运动起阻碍作用，使一部分瓦斯在煤体破坏后不涌入采掘空间而是随煤体被运出工作面；同时打孔破坏了煤体内原有的煤-瓦斯体系的平衡，注水前后则形成了新的煤-瓦斯-水三相体系，体系的这些变化都会导致瓦斯的涌出。

4 与原事物（包括原事物现状）相比，新成果的创新点及解决的方法

①瓦斯抽采钻孔再利用。工作面经评判瓦斯抽采达标后，利用原有预抽回采区域煤层瓦斯区域防突钻孔进行煤层注水，省去了注水钻孔工程量，节省了大量的人力、物力。

②钻孔孔深大，覆盖整个回采区域，布置均匀。工作面施工的区域防突钻孔上巷孔深45m，下巷孔深55m，每隔5m布置1个预抽钻孔，上下巷交叉10m。

③静压持续注水。直接利用井下防塵水静压持续注水，无需安装注水泵等设施，节省了注水成本。

④回采前预注水。目前陶二矿采取的注水方式，需在工作面施工注水钻孔，且注水期间工作面需停止生产，而采取该课题的注水方式，可在工作面回采前提前进行注水，预湿范围大，能充分湿润煤体，且不影响回采工作。

5 实践检验效果，包括投入应用时间、地点、使用的可靠性适应性

2215工作面从2017年8月14日抽采达标以后，开始对预抽钻孔进行重新封孔加固，进行工作面注水工作，从2017年9月19日连接第一组钻孔（每组5个钻孔）进行注水，至2017年9月30日，2215上下巷共计连接16组注水钻孔，注水测量结果见表1。

经测量计算工作面注水量平均为每组18m3/天，该工作面注水量总计为281m3/天，截至10月25日工作面共计注水7930吨，工作面可采煤量为104652吨，注水结束后分别在上下巷取煤样送煤质科检测煤层中的水分，结果见表2。

从表2可知注水后煤层中水分增量为7.58%。

6 与原事物比较的主要效益（经济效益和社会效益）指标

6.1 经济效益

按照长孔注水方式注水，需在工作面上下巷施工孔深为45m、55m的注水钻孔，孔间距取8m，共计需施工钻孔工程量为（45+55）*23=2070m，共计节省钻孔施工成本2070*180/10000=37.26万元，同时节省了注水设备及管路铺设成本。

6.2 社会效益

①按照目前陶二矿工作面注水方式，需在工作面施工注水钻孔，且注水期间工作面需停止生产，而采取该课题的注水方式，可在工作面回采前提前进行注水，预湿范围大，能充分湿润煤体，且不影响采煤工作。

②采取煤层注水对预防突出，减小回采期间工作面回风流中的瓦斯浓度，工作面降尘等方面有利，能有效改善工作面作业环境，保证职工安全和健康具有极重要的意义。

7 根据现有类似成果评价本成果的总体水平

2215工作面实施煤层注水以后，煤层中的水分明显增高，降尘效果有待于回采时进行验证。因此陶二煤矿率先实施的利用抽采钻孔注水技术在邯郸矿业集团处于领先水平，在河北省煤炭行业处于先进水平。

8 推广应用前景

近几年随着国家对环保和职防的重视，采掘面生产期间的职防要求会进一步提升，为改善井下作业环境，煤层注水的要求会进一步提高，该课题在实施抽采钻孔的高瓦斯、突出矿井采掘工作面有极大的推广应用前景。

该课题在国内外煤矿中具有一定的代表性，对相似矿井起到引领与参照作用，适合在实施抽采钻孔的高瓦斯、突出矿井采掘工作面推广应用。

9 存在问题及改进意见

①注水过程中发现有个别钻孔因裂隙导通，水会沿着裂隙直接流入巷道，存在漏水現象。

②该注水方法仅适用于实施抽采钻孔的采掘工作面，推广应用具有一定的局限性。

参考文献：

[1]昝平.云冈矿综采工作面煤层注水技术实践[J].山西焦煤科技，2015（05）.

[2]高金平.综放工作面煤层高压注水技术实践[J].科技视界，2014（26）.

[3]张其朋.综采工作面煤层注水防尘技术应用与探讨[J].煤炭与化工，2014（06）.