毛家庄煤矿综采工作面煤层注水技术的应用

段旭兵

（山西省柳林县煤炭工业局，山西 柳林 033300）

煤层注水是减少工作面粉尘的有效办法。根据柳林县毛家庄煤矿矿井地质报告，毛家庄煤矿8801工作面煤层赋存稳定，煤层厚度3.88～4.29 m，平均4.05 m，倾角1°～3°，平均2°，属近水平煤层。夹矸为粉砂岩，厚度为0.1 m。该煤层原煤水分为0.52%～3.58%，平均1.32%，煤层自身水分小于《煤矿安全规程》规定的注水条件，因此理论上可以实施煤层注水技术的试验研究，以获得更好的降尘效果。

1 注水钻孔工艺及参数确定

8801工作面采面宽200 m，采长约1000 m，埋深约500 m，采用倾斜长壁后退式采煤法，顶板管理采用全部垮落法，通风方式为“U+L”型抽出式。工作面巷道布置如图1所示。

根据8801工作面煤层赋存特点、巷道布置方式、采煤方法等情况，提出对8801工作面利用单向长钻孔进行注水，钻孔均沿煤层均匀布置，长度为220 m。钻孔角度一般与煤层倾角保持一致，封孔深度为12 m，选用“两堵一注”水泥封孔，使用一套矿用固定式快速气囊封孔器及连接3根矿用PE瓦斯抽放管进行封孔。由抽放队施工注水钻孔。

图1 8801工作面巷道布置图

2 注水方式

采用脉冲动压与静压结合的混合注水方式，在8801巷布置单向长钻孔，每次注水2个孔，工作面超前20 m始终保持有一个钻孔在进行注水，管路连接及钻孔布置示意图如图2所示。

图2 8801工作面脉冲动压注水示意图

3 注水施工方法

（1）封孔材料为瓦斯封孔专用材料，将封孔材料倒入搅拌桶内，开动2ZBQ-10/12型气动封孔泵将其连续送入钻孔内。要求水泥浆封孔24 h后，待水泥浆完全凝固封堵钻孔后再开始进行煤层注水。注水孔封口长度不小于15m。同时保证封孔质量，确保封孔长度超过煤壁破碎带。

（2）连接注水钻孔时，首先在钻孔支路上连接截止阀控制钻孔流量，截止阀后面连接高压水表，用于监控钻孔压力、流量。在供水支管上安装截止阀，控制各个钻孔的注水时间及注水量，防止漏水现象的发生。

（3）采用并联注水时，一次注水2个孔。注水泵安设在注水孔中间位置，减小注水孔之间的压力差。如发现某一孔发生泄水情况，要及时停止注水。首先采用工作面供水管路静压注水，打开注水管截止阀开始注水，注水时观察流量和时间的变化情况，并进行记录。当流量表几乎不发生变化时，待稳定2h后，即可停止静压注水，这样给予每个注水钻孔充足的时间，使注入水能够充分均匀扩散润湿深部煤体，然后开启脉冲注水泵注水。

（4）启动2BZ-40/12型脉冲注水泵，调定注水泵压力在4～9 MPa，使用自动配比器，配制浓度为0.15%～0.2%的煤尘抑制剂，打开钻孔的截止阀，进行动压注水，同时观察注水流量及时间的变化情况，并进行记录。当注水孔口附近出现煤壁“挂汗”或者过载泄压阀发生泄压出水时，即可停止该组钻孔的注水工作，待稳定12h后，再次采用静压与动压两种注水方式交替进行注水，直至孔口附近出现煤壁“挂汗”后，方可准备下一组钻孔注水。

（5）工作面回采至距每个注水孔20m时，在动压带区域内进行动压注水，每回采至当前钻孔5m时，方可停止注水。对下一钻孔依次进行动压注水。在注水过程中，工作人员必须做好相应的记录，包括注水的压力、流量、注水的孔数、注水量等相关参数，等到升井后及时做好整理记录，以备查看。

4 注水效果分析

4.1 钻孔注水参数

经过一段时间煤层注水后，通过现场实测，钻孔完成注水大约需要3 d时间，注水压力设定为6 MPa，钻孔润湿半径平均为5 m。

根据8801工作面煤层注水记录，个别钻孔注水时间短，注水量没有达到理想效果。主要原因是打钻时受现场施工及地质条件限制，在封孔时不能有效封堵，动压注水时出现废孔及帮锚索漏水现象。

4.2 注水降尘结果考察

为了考察注水降尘效果，注水前后使用粉尘采样器测定8801工作面粉尘浓度，具体测定结果如表1所列。

表1 8801工作面粉尘浓度测定结果

从测尘结果看，全尘降尘率为50.66%。当钻孔注水量没有达到要求时，工作面降尘率较低，主要原因是在注水过程中周边锚索出水量大，当采煤机推进到该注水区域时，粉尘浓度仍然较大。

4.3 注水润湿半径考察

注水过程中，现场考察注水半径，当注水量达到设计值时，钻孔润湿半径最大为5.5 m，平均5m；当注水量不能达到理想值时，钻孔润湿半径平均为3.7 m。

5 结论

以柳林县毛家庄煤矿8801综采工作面为研究对象，开展煤层注水技术的实践应用研究，从钻孔的布置方式、封孔工艺及注水工艺技术等方面进行了分析研究和现场应用，总结如下：

（1）注水钻孔布置，采用单向长钻孔进行注水，钻孔均沿煤层均匀布置。钻孔角度原则上与煤层倾角保持一致，但是在对于零度角钻孔封孔时，钻孔在施工过程中必须在正负2°以上，保证水泥浆在钻孔中充填密实。

（2）增加封孔长度。当封孔长度为12 m时，注水过程中会出现孔口及巷帮锚索漏水现象。应该及时将封孔长度调整为15 m，保证注水时不从孔口及其附近煤壁透水、泄水、渗水。对于孔口附近煤体破碎的情况应该增加封孔深度，选择工作面前方稳压区为注水区域，有助于改善注水效果。

（3）动、静压混合注水时，控制好动静压注水时间，从现场注水参数分析可以看出，动压注水时间和静压注水时间相等时注水效果最佳。8801工作面采用脉冲动压与静压结合，在煤体注水的水中添加煤尘抑制剂注水取得了一定的效果，总粉尘浓度平均降尘率为50.66%，改善了8801工作面的工作环境。