龙家堡矿Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）注水可注性研究

摘 要：为论证龙家堡矿Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）煤层注水可注性，收集了龙家堡矿矿井生产条件、地质勘探和煤层赋存等资料，并在龙家堡矿井下302和516工作面现场采取了煤样在实验室进行了煤层原有水分、孔隙率、吸水率、煤的坚固性系数等参数的测定和煤层注水可注性研究，结果表明：龙家堡矿302和516工作面范围内Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）原有水分大于4%，判定为可不注水煤层，可不采取煤层注水措施，但现场应加强采掘面的喷雾洒水防尘工作。

关键词：煤层；注水；可注性；防尘；吸水率；孔隙率

1 工程概况

煤层注水是工作面防尘、冲击地压和煤与瓦斯突出防治以及提高顶煤冒放性等的有效措施，并且在避免粉尘爆炸，减少尘肺职业病发生等方面起关键作用[1，2]。随着环境保护和职业健康日益受到重视，判断煤层注水可注性尤为重要。龙家堡矿核定生产能力为270万t/a，主采Ⅱ、Ⅲ煤层（合层），煤层厚度约10m，采深超过1200m，回采工作面采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤方法，为高瓦斯矿井。为论证龙家堡矿Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）煤层注水可注性，结合龙家堡矿的煤层赋存条件，采用现场采煤样在实验室进行了煤层原有水分、孔隙率、吸水率、煤的坚固性系数等参数[3]的测定的方法研究Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）煤层注水可注性。

2 影响煤层注水的原质因素

2.1 煤层裂隙、孔隙的发育程度

煤层注水的本质是水分子在孔隙压力梯度的作用下向煤内孔隙扩散。[4]煤层裂隙、孔隙的发育程度是影响煤层注水难易的首要因素。裂隙发育、孔隙率高的煤层透水性强，水易于注入；裂隙发育而质地疏松的煤层采用低压注水就能取得良好的注水湿润效果。

2.2 上覆岩层压力

地压的集中程度与煤层的埋藏深度有关，煤层埋藏越深则地层压力越大，而裂隙和孔隙变得更小，导致透水性能降低。

2.3 液体性质的影响

煤是极性小的物质，水是极性大的物质，两者之间极性差越小，越易湿润。为了降低水的表面张力，减小水的极性，提高对煤的湿润效果，可以在水中添加表面活性剂。例如，阳泉一矿在注水时加入0.5%浓度的洗衣粉，注水速度比原来提高24%。

2.4 煤的坚固性

煤的坚固性系数较大，煤的透气性好，易于注水；反之，则难以注水。对于那些有夹矸、极松软且遇水易膨胀的煤层，虽然很小，却反而不易注水。

2.5 煤层内的瓦斯压力

煤层内的瓦斯压力是注水的附加阻力，水克服瓦斯压力的阻力后所剩余的压力才是注水的有效压力，从而增加注水的困难。因此，煤层透气性差的难抽采煤层注水时，为了取得相同的注水流量，需要提高注水压力，都采用中、高压注水。

2.6 煤层注水可注性测定与分析

通过井下现场分别在302和516工作面均匀取样送实验室测定煤的原有水分、孔隙率、吸水率和煤的坚固性系数，同时结合井下Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）赋存情况及实际开采条件，判定龙家堡矿煤层注水的可注性。两个工作面内的煤层赋存较为稳定，无大的地质构造和岩浆侵入，选取测点参数能够代表所测定的工作面。测定结果汇总如表格所示。

从上表可以看出，龙家堡矿Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）煤孔隙率、吸水率和煤的坚固性系数三个指标虽满足条件，但Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）煤的原有水分未满足条件（302工作面W=6.95≥4%，516工作面W=4.50≥4%），故龙家堡矿在302工作面范围内Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）的可注性判定为可不注水煤层，516工作面范围内Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）的可注性判定为可不注水煤层。

龙家堡矿Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）底板有严重吸水膨胀性质，注水后易造成底板变形，影响采煤安全。且龙家堡煤矿的煤层埋深大，应力大，导致在施工本煤层顺层钻孔过程中存在易塌孔、难成孔，封孔困难等问题。故依据《煤矿安全规程》第六百四十五条规定，龙家堡矿Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）的302和516工作面不适宜采取煤层注水防尘措施。

3 结论与建议

3.1 结论

通过实验、综合分析吉林省龙家堡矿Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）注水可注性，得出如下结论：龙家堡矿302和516工作面范围内Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）原有水分大于4%，判定为可不注水煤层。

3.2 建议

依据《煤矿安全规程》第六百四十五条规定，结合龙家堡矿Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）赋存及已采工作面实际情况，Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）底板有吸水膨胀性质，注水后易造成底板变形，且在施工本煤层顺层钻孔过程中存在易塌孔、难成孔，封孔困难等问题。故龙家堡矿Ⅱ、Ⅲ煤层（合层）的302和516工作面可不采取煤层注水防尘措施，但现场应加强采掘面的喷雾洒水防尘工作，确保防尘设施正常使用，同时加强工人佩戴防尘保护用品，按要求测尘，现场严格监督落实，做好职业健康检查与作业场所的职业卫生和劳动保护工作。

参考文献：

[1]李宗翔，吴邦大，李刚，等.段王矿煤层注水可注性指标实验与预判[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2017（11）：1121-1125.

[2]王超.煤层注水防治冲击地压效果分析及可注性鑒定研究[J].煤炭工程，2018（01）：92-95.

[3]MT/T 1023-2006煤层注水可注性鉴定方法[S].2006.

[4]薛伟超.岩石水力致裂的孔隙压力（梯度）作用机制研究[D].中国矿业大学，2014.

作者简介：高振扬（1986-），男，吉林梅河口人，任吉林省龙家堡矿业有限责任公司通风科主任工程师，主要从事矿井一通三防工作。