煤层注水参数研究及应用

摘要：介绍了龙煤集团鹤岗分公司振兴煤矿三水平北部区18层工作面煤层注水方式选择和注水技术参数的确定方法以及对各种灾害的治理效果分析。结合现场实际，分析总结提出进一步对各种灾害的治理的具体技术措施。

关键词：滑放开采；煤层注水；技术参数；灾害的治理效果

中图分类号：F403.6

引言：在煤矿生产过程中，煤尘严重地威胁着生产安全和矿工的身心健康。主要表现在2个方面：一是对人体健康的危害，即工人长期吸入矿尘，轻者患呼吸道炎症，重者患尘肺病；二是引起燃烧和爆炸事故。煤层注水技术是矿井最重要的降尘措施之一，基于鹤岗分公司振兴煤矿三水平北部区18层滑放工作面的具体情况，设计了该煤层注水方式及注水参数，并将其应用于现场实践。

1.18层工作面概况

三水平北部区18层滑放工作面位于三水平运输石门的右侧，为三水平首采工作面，其两侧均为断层。该面采用走向长壁后退式采煤方法，一次采全高，煤层赋存深度350～390m，平均370m。工作面长85m（倾斜方向）推进长度260m（走向方向），煤层厚度8.0m，倾角10°～14°，赋存较稳定。18层煤的直接顶为0.98m厚的泥岩，老顶为9.46m厚的中砂岩；直接底为1.59m厚的细砂岩，老底为8.0m厚的黑色泥岩。工作面整体为一单斜构造，倾角10°～14°，工作面内无断层和褶皱。

2.煤层注水方式、封孔及注水参数的确定

2.1注水方式的选择按照水进入煤体的形式可以分为：长钻孔注水、短钻孔注水和深孔注水；按照水的供给方式可以分为：静压注水和动压注水。

根据振兴煤矿三水平北部区18层滑放工作面的具体条件，考虑18层煤的渗透性、采煤作业和注水作业的相互干扰程度、滑放工作面的巷道布置、煤的埋藏深度、顶板岩石遇水的软化程度等，确定采用长钻孔、动压注水方式。

2.2注水参数确定

2.2.1钻孔

（1）钻孔布置：采用单侧布孔法，钻孔布置在回风道内距底板（即煤层底板）1.3m左右高度处。

（2）钻孔长度L：钻孔长度取决于工作面长度、煤层透水性及钻孔方向。单向钻孔的钻孔长度L=L1-L2，工作面长度L1为85m；L1为孔底至运输道煤帮距离，根据振兴煤矿18层煤的渗透性，取L2=15m；则钻孔长度为L=70m。

（3）钻孔间距B：钻孔间距B取20m。

（4）钻孔水平转角：为避免回采工作面推进过程与注水钻孔平行接触，防止工作面煤壁片帮，保持在工作面推进方向上注水量的均匀性，一般取注水孔的水平转角为70°～75°。

2.2.2注水参数

（1）注水超前回采工作面的合理位置：

预注水超前工作面位置的确定是注水工作中一个关键的技术问题。预注水位置的选择既要考虑顶煤在前方支承压力作用下裂隙的发展变化，又要考虑有足够的时间使注入煤体的水能够充分润湿煤体。对于滑放工作面，顶煤在工作面前方的变形具有明显的渐进性和分区性。实际的最佳注水位置应根据实测的支撑压力曲线和顶煤位移曲线确定。根据不同硬度煤层支承压力的分布特征、顶煤变形规律和测试结果，制定硬煤、中硬煤和软煤预注水超前工作面的合理注水区域位置。

振兴煤矿三水平北部区18层煤的单轴抗压强度为：上部9.55MPa，下部8.67MPa，平均9.11MPa，属于软煤。因此确定开始注水超前工作面煤壁的距离为40～60m，停止注水超前工作面的距离为10～20m。

（2）单孔注水量：计算公式：Q=K・h・L・ρ・n

z（1）式中，h为煤层厚度，L为工作面长度，S为注水孔间距，ρ为煤的密度，取1.4t/m3，nz为煤体注水后提高的含水率，取1%，K为重复浸润系数，在一般情况取K=1.2。

18层煤单孔注水量Q=K・h・L・ρ・n

=1.2×8×85×1.4×0.01

=11.424 m3??

（3）注水时间：钻孔注水时间与注水量成正比，与注水速度成反比。首先应根据煤层的渗透特性和钻孔长度选择注水泵，选定注水泵后即可确定每孔的注水时间，在振兴矿的实际操作中注水时间以煤壁“挂汗”时为止。根据t=Q/q，，q为注水泵的流量，选用7BG-4.5/160注水泵，泵的流量为4.5m3/h，则在不同煤层厚度和不同工作面长度条件下每个注水孔的注水时间不同。

18层煤单孔注水时间t=Q/q

=11.424÷4.5

=2.5h

（4）注水压力：注水压力与煤层埋深、上覆岩层的密度、煤层瓦斯压力以及煤体结构等因素有关。

3.煤层注水对各种灾害的治理效果分析

煤层注水对防尘、防火降温和软化顶煤提高回采率等都起着很重要的作用。现分述如下：

3.1煤层注水防尘

煤层注水防尘，是防治粉尘产生最有效的措施，它是通过钻孔并利用水的压力将水注入即将回采的煤层中，注入煤层中的水沿着煤的裂隙向被裂隙分割的煤块渗透并储存于裂隙与孔隙之中，增加煤体的水分，使煤体得到预先湿润，以减少采煤时产生浮游粉尘的能力。

3.1.1煤层注水水分增加效果

煤层注水降低粉尘浓度，主要与煤体的水分含量、注水后水分增量和湿润均匀程度有关系。振兴矿三水平北部区18层滑放工作面，采用单向钻孔布置方式，动、静压注水相结合，封孔用水泥砂浆封孔，工作面长85米，煤层的孔隙率为10.36%，采用7GB一3.6/160型煤层注水泵，一台泵同时注三孔。该工作面煤层注水的效果非常理想。在原始水分为3.914%这样高的情况下，还平均使水分增加了1.202%，达5.116%，最高达7.72%。并且湿润较均匀，因而取得了较好的防尘效果。

3.1.2煤层注水对放顶煤工作面各主要尘源的降尘效果

该工作面煤层注水取得了很好的降尘效果。采煤机司机处，顺风、逆风割煤时的降尘率分别达83.%和69%；采煤机下风流10m处，顺风、逆风割煤降尘率分别为88%和85%；放煤工处为27%；放煤口下风流处为31%。因此搞好煤层注水，对降低工作面粉尘浓度，减少其污染是非常重要的。

3.2煤层注水防火与降温

该工作面在煤层注水中，加入了防火阻化剂，使发火周期由原来的3一6个月，增加到5一8个月，工作面平均月推进在30m以上，5个月后推进了150m以上，工作面远离发火源，使其没有足够的氧气供给而不能够充分憔烧发生火灾，解决了火害问题，注水后温度由原来的平均31度左右，下降到平均25.3度，改善了劳动条件。

3.3注水提高顶煤放煤效果

在放顶煤开采中，如果煤层比较硬，特别是顶煤较硬，在放煤时，会产生许多大块煤，易使放煤口堵塞，从而使回收率和产量降低。而煤层注水后能够有效地湿润和软化煤体，煤层注水前，其单向抗压强度为20MPa，注水后为8.SMPa。注水软化后的煤体大块少了，顶煤放出率由注水前的74.8%提高到86.3%，日产也由注水前800t提高到1000t，机组故障和截齿损耗大幅度下降，工人的劳动强度也大大减轻。

4.结论

通过以上分析得出以下结论：

（1）煤层注水是防治井下灾害的综合性措施。并且能够减少切割能量，提高工效和工作面产量与回采率，是非常有效的措施。

（2）煤层注水的钻孔布置和注水参数的合理确定，是影响煤层注水关键的因素。

（3）煤层注水可使煤体水分增加，软化煤体，减少粉尘产生量。实践表明，煤层注水可使采煤司机及下风流降尘率达80%。

（4）煤层注水（加入阻化剂）可以使自然发火周期增大，避免火灾的危害，还可降低温度，改善劳动条件。

（5）煤层注水软化顶煤，可提高回采率，工效和产量，减少能耗，降低劳动强度。总之，煤层注水是防治井下灾害，保证矿井和工人安全的综合性措施，其推广应用可有效地降低煤矿井下采煤工作面的灾害事故，改善环境，提高工效，促进安全生产。

作者简介：

罗运民（1968.2-），男，2006年毕业于鹤矿集团职工大学采矿工程专业，大专学历，助理工程师，现任龙煤鹤岗分公司振兴煤矿二采区技术员。