塔山煤矿8303 综放工作面煤体注水降尘技术

王 鹏

（同煤大唐塔山煤矿公司，山西 大同 037000）

1 8303 工作面概况

8303 工作面位于塔山煤矿三盘区中西部。北部、南部均未开拓，东部以三盘区辅运巷为界，西部至杏儿沟铁路。该工作面所处的煤层结构发育复杂，煤层厚度为5.2～18.0 m，均厚10.1 m，煤层含2～6 层夹矸，夹矸单层厚度0.07～0.41 m，均厚1.75 m，工作面倾向长度为275.2 m。经鉴定该煤层具备自然倾向性，测定的最短自然发火期为85 d。工作面的采煤方法为机械化走向长壁低位放煤后退式采煤法。按照规定，粉尘浓度游离SiO2限值不得高于10%，时间加权总尘平均容许浓度不得高于4 mg/m³。该工作面煤层含水量较低，依据相关检测报告，该工作面煤层原始煤体含水量平均为1.8%，应采取煤层注水降尘措施。

2 注水钻孔参数的确定

8303 工作面采取静压动压相结合、双向多轮、多孔近距离注水方法进行煤体注水，具体如下：在8303 工作面两顺槽煤帮打注水孔，每隔20 m 施工一个高位孔（距离底板1.4 m），高位孔钻孔长度为130 m。

在煤层注水时添加降尘剂，采用GZJ-02 型管道自动加液混合装置在注水过程中添加。添加降尘剂能改善水溶液在煤体中的扩散性能，注水过程中水溶液能够更好地沿着煤层发育裂隙进行扩散、渗透。降尘剂增强了水溶液的湿润能力，从而改进注水效果和抑尘效果。

2.1 钻孔参数的确定

（1）高位孔钻孔长度及施工倾角

根据煤炭行业标准《长钻孔煤层注水方法》，注水钻孔采取双向钻孔布置时，钻孔长度应比1/2工作面长度短5～8 m，因此钻孔长度的计算方法为：

式中：a为钻孔施工倾角，（°）；h为钻孔末端煤层等高线与钻孔开口孔煤层等高线之差，m；l为钻孔实际长度，m。

8303 工作面长度275 m，h取12.71 m，L计算值为129.5 m。根据钻机实际钻孔能力和以往注水经验结合经验公式算得数据，确定高位钻孔长度取130 m，钻孔仰角为5.61°。

（2）钻孔间距

由塔山煤矿前期煤体注水试验可知，当钻孔间距＞23 m 时存在扩散不到位、覆盖不全面的情况，当钻孔间距＜16 m 时存在煤体重复注水的情况。鉴于此，考虑前期注水试验数据、8303 工作面的水文地质条件以及钻孔直径65 mm 等参数，确定5303 巷、2303 巷钻孔间距为20 m。该间距能够满足钻孔周围煤体达到注水润湿的要求。

（3）封孔方法

采用18～26 m 长封孔器，使用水泥浆由封孔泵进行封孔以及采用9 m 长胶囊封孔器封孔。

（4）倒孔方法

当注水孔位于工作面20 m时，注水孔停止注水，将该孔注水管路拆除并安装在下一个（与该孔相隔4 个孔）待注水的钻孔。

2.2 钻孔布置

注水钻孔布置于5303 巷和2303 巷。开孔位置：5303 巷开孔钻孔距工作面30 m 布置第一个，2303巷开孔钻孔距工作面40 m 布置第一个。各巷道内钻孔间距20 m，钻孔与巷道垂直且角度上仰5.61°，钻孔深度130 m，孔径Ф=65 mm，开孔高度为腰线以上0.4 m。钻孔数量：5303 巷钻孔数量为132 个，2303 巷钻孔数量为130 个，共计施工262 个钻孔。钻孔布置如图1。

2.3 钻孔施工注意事项

（1）钻孔施工需注意严格按照设计钻孔参数（包括孔深、孔位、孔径、角度）施工，钻机须严格按照要求进行固定。开孔时采取低转速、慢推进湿式方式，钻孔进入煤体深度＞10 m 时方可以采用高转速、快推进湿式方式进行施工。

（2）孔位严格按照设计孔位进行标注，开孔之前须对开孔位置进行喷浆支护，以免开孔过程中钻头摆动影响开孔位置精度。

（3）钻孔深度＞10 m，高转速、快推进过程中，需密切观察钻孔回水状态，以免堵孔或卡钻，影响钻孔施工。

图1 8303 综放面煤层注水设计图

3 煤层注水参数的确定

3.1 注水系统选择

煤层注水用水来自主平峒地面两个500 m3静压水池，注水线路如下：主平硐DN200 静压水管→1070 皮运巷DN200 静压水管→三盘区皮运巷DN200 水管→5303 及2303 巷DN80 静压水管，通过25 mm 高压液管连接到高压注水泵水箱，通过19 mm 高压液管分配到附近煤壁至少4 个注水孔。注水压力5 MPa。

3.2 钻孔注水量

5303、2303 巷高位钻孔注水量按式（3）计算：

式中：Q为单孔注水量，m3；L为钻孔实际长度，取130 m；B 为钻孔设计间距，取10 m；M为煤层厚度，取11.31 m；γ为原煤密度，取1.3 t/m3；q为单位煤体注水量，取0.03 m3/t。

根据计算高位钻孔的注水量为573.4 t。

3.3 单孔注水时间的计算

式中：T为单孔注水时间，h；Q为单孔注水量，m3；V为注水流量，取2.01 m3/h。

根据计算高位钻孔的注水时间为285.3 h，注水天数为14.3 d（按照日实际注水时间20 h 折算，取整算得）。

3.4 注水注意事项

（1）在煤体注水时不要忽略降尘剂的添加，必须启动加降尘剂的设备，并随时观察压力表及流量表，观测压力的异常和注水量的变化，有问题及时处理。

（2）在注水前，需在每个注水孔预埋管道并安设流量计、压力表，随时监测注入水量和孔内压力状态。

（3）在注水过程中，随时注意观察注水区域煤壁的状态，出现煤壁“挂汗”需停止注水。

4 注水效果

塔山煤矿8303 工作面设计注水钻孔3.4 万m，设计注水时间14.3 d，注水量573.4 t。在5303 巷和2303 巷分别安设等差距离监测点，在距离作业面20 m 处设第1 个监测点，监测点间距20 m。对注水前后的粉尘浓度进行监测对比，监测数据如图2所示。监测结果表明，8303 工作面通过煤层注水能够有效降低粉尘浓度，降尘率提高39.55%。

图2 注水前后粉尘沿程浓度监测数据表

5 结论

塔山煤矿8303 工作面煤体注水降尘技术应用效果表明：（1）通过煤体注水，实现作业面煤体含水率由1.80%提高至3.86%，含水率提高了2.06%，产尘量显著减少。（2）注水前后粉尘浓度对比表明，8303 工作面通过煤层注水能够有效降低粉尘浓度，降尘率提高39.55%，表明该技术能够有效降低工作面粉尘浓度。