综采工作面煤层注水软化试验研究

2019-07-30王英杰

山东煤炭科技 2019年7期

王英杰

（潞安集团古城煤矿，山西长治 046000）

日常监测工作面平均煤尘浓度为6.49mg/m3，生产线煤尘浓度最大可以到190mg/m3。据实验室提供的煤质资料计算得出平均煤尘爆炸指数为42.5%，为解决粉尘危害，降低煤尘的产生量，必须对煤层进行注水软化。

1 工作面概况

N1303工作面胶带顺槽长2405m，回风顺槽长2305m。采用走向长壁布置工作面，综采放顶煤开采。3号煤位于山西组下部，下距9号煤层55.72～79.70m，平均58.04m。煤层厚3.35～10.25m，平均厚6.32m，含泥岩、炭质泥岩夹矸0～2层，一般1层，距底板约0.80m左右的一层较为稳定（平均厚度0.30m）。3号煤层纯煤厚度3.35～9.65m，平均6.05m。

煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为砂岩。底板为黑色泥岩、砂质泥岩，深灰色粉砂岩。围岩及其特征见表1所示。

表1 围岩及其特征表

2 煤层注水软化方案

2.1 注水软化机理

煤层注水是采煤工作面以预防为主的极有效的防尘措施，是在工作面回采前（超前工作面），在煤层中打若干钻孔，将压力水由孔注入煤体之中。

煤层注水进行防尘，使水均匀地分布在煤层空隙中，增加煤的水分，使煤体得到湿润，降低采煤时产生浮游煤尘的能力。

2.2 注水平台工程施工

N1303工作面每隔240m施工一个注水平台，根据工作面实际情况，先施工两个注水平台，分别在距石门580m和340m处。注水平台布置在27m阶段高度中间，略偏下（因注水孔略带一定角度），比工作面顺槽巷道底板高13m。注水平台施工：先在皮带巷施工40°的天槽，断面2.25m2（宽1.5m，长1.5m），斜长15.6m，锚网支护，然后向天槽两侧施工注水平台，平台断面为4.84m2（宽2.2m，高2.2m），长11m，锚网支护。为解决注水平台上面通风问题，在轨道巷向平台施工Φ300mm孔。煤层注水钻孔设计图如图1所示。

图1 煤层注水钻孔设计图

2.3 钻孔设计

由注水平台依次设计施工钻孔，每层注水平台设计3个钻孔，其中1个注水试验钻孔，2个钻孔考察。1#、4#钻孔用于注水试验，2#、3#、5#、6#钻孔进行湿润考察，注水孔的间距为5m。注水钻孔参数见表2。

2.4 主要设备选型

注水钻机：根据煤层的硬度、施工钻孔长度、钻孔角度和试验场地空间的大小等因素，现有ZY-650型全液压钻机基本满足要求。主要技术参数见表3。

表2 注水钻孔设计参数表

表3 注水钻机技术参数

注水泵：由于静压注水方式无法对硬煤层进行破坏，为破坏煤层机理必须采用高压注水方式进行，因此选取BZW50/40型高压低流量注水泵。主要技术参数见表4。

表4 注水泵技术参数

封孔器：煤层注水效果的好坏，封孔是关键。考虑到封孔器与钻孔相匹配，同时能够承受一定的压力。因此选取ZF-A38型封孔器。主要技术参数见表5。

表5 封孔器技术参数

2.5 钻孔湿润半径

通过在N1303综采工作面的煤层注水试验发现，注水湿润半径平均约为20m。

3 效果分析

3.1 降尘效果

对N1303综采面注水前后的煤样水分含量进行了测定，测量结果如表4所示。可以看出，通过注水，煤层的水份增加了20.1%～52.7%。注水后，距离孔最近的3、4、7号煤样水份分别平均增加了36.2%、42.9%、35.4%，而距离孔最远的1、6、9号煤样水份分别平均增加了25.8%、31.4%、22.9%，由此可见距离孔越近，注水效果越好。