高瓦斯礦井特厚開采煤層注水技術(shù)研究與應用

1、高瓦斯礦井特厚開采煤層注水技術(shù)研究與應用摘要：隨著煤炭開采深度的延深，瓦斯、煤塵、沖擊地壓、煤與瓦斯突出、地溫等自然災害危害程度不斷升級，災害事故嚴重，迫切需要采取行之有效的災害防治技術(shù)，解決煤炭開采中的安全問題。國內(nèi)外科研工作者對煤層注水技術(shù)進行了大量研究，證明煤層注水能有效治理煤塵、瓦斯、煤層自燃、沖擊地壓、地溫等自然災害。關(guān)鍵詞：高瓦斯特厚煤層注水技術(shù)應用1概況亭南礦井位于彬長礦區(qū)中部，緊靠312國道，地理位置優(yōu)越，交通便利。井田面積33.82km2，主采侏羅系8#煤層，煤層平均厚度8.29m，可采儲量190Mt，煤質(zhì)為中灰、特低硫、低磷、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)煙煤，屬不粘煤31號，煤層傾角2

2、10°。礦井核定生產(chǎn)能力3Mt/a。根據(jù)煤炭科學總院撫順分院對礦井8#煤層的煤塵爆炸性和自燃傾向性鑒定結(jié)果：8#煤層煤塵爆炸指數(shù)30.0630.86，其火焰長度為300mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量為50%，煤塵具有爆炸性；8#煤層吸氧量0.460.51mg/g干煤，自燃傾向等級二類，屬自燃煤層。根據(jù)西安科技大學提供的亭南煤樣自然發(fā)火實驗報告，8#煤最短自然發(fā)火期為3946天。礦井采用中央并列抽出式通風，主井、副井進風，回風井回風。該礦2008年度瓦斯鑒定結(jié)果，礦井相對瓦斯涌出量為9.789m3/t，瓦斯絕對涌出量為52.585m3/min，定為高瓦斯礦井。亭南礦井煤體強度高

3、，頂煤不易跨落，同時在割煤期間粉塵多，瓦斯涌出量大，嚴重制約回采工作面安全高效生產(chǎn)，煤層注水主要用途就是為了使頂煤得到充分破壞而及時垮落，提高煤炭產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，杜絕瓦斯煤塵事故，改善勞動環(huán)境。2煤層注水技術(shù)方案及工藝為了合理確定煤層注水技術(shù)方案，在充分調(diào)研工作面煤層、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)及瓦斯基本情況的基礎(chǔ)上，確定了工作面煤塵注水技術(shù)方案。并根據(jù)注水技術(shù)方案編制了實施煤層注水的安全技術(shù)措施，從技術(shù)源頭上保證了煤層注水工作的實施和成功。2.1注水參數(shù)及工藝的確定經(jīng)過近一個月的反復試驗和摸索，形成了一套適合113綜放面短孔高壓注水擠排瓦斯和防塵技術(shù)參數(shù)，具體如下：2.1.1鉆孔位置：在113回風順槽超前支

4、護以外20m處，靠生產(chǎn)煤壁側(cè)布置第一個鉆孔，然后依次往外每隔10m均勻布置鉆孔。2.1.2鉆孔布置：在每個鉆場內(nèi)，鉆孔垂直巷道，方位角為55°，仰角為5°-10°。2.1.3鉆孔結(jié)構(gòu)：用94mm鉆頭鉆進至終孔。2.1.4開孔位置：在8煤層中，從巷道底板起1.5m處，終孔位置：在8煤層頂板處。2.1.5終孔深度：注水孔深度預計為61m-90m之間。2.1.6鉆機型號：使用MK-4鉆機和MK-5鉆機。2.2注水工藝2.2.1封孔采用橡膠快速封孔器封孔，封孔器長1.5m。封孔深度1.5m以上。2.2.2靜水壓力：注水壓力控制在3.5Mpa左右，使

5、煤壁出現(xiàn)一定程度的滲水。2.2.3單孔注水時間：工作面采至離注水孔3m左右時，或以實際操作煤壁明顯出水，可停止注水，撤出設(shè)備。2.2.4注水系統(tǒng)由壓力表、安全閥、溢流閥、高壓鋼絲膠管、雙功能高壓水表、高壓橡膠自動封孔器組成。3綜放工作面煤層高壓注水效果3.1采高變化煤體強度高，在回采過程中采高為8m，有2m左右頂煤跨落不下來，通過煤層注水破壞了煤層的原有結(jié)合力，使頂煤及時垮落，經(jīng)測定煤層注水后，采高為10m。3.2煤體水份變化煤層注水后的水份增量，經(jīng)過打鉆取樣測定，煤體的原始水份為1.89-2.20%，平均2.12%。距注水孔1m處曾測得鉆屑的最高水份達到28.93%，距注水孔3m處的煤體水份

6、平均為4.48%，水份增量達2.36個百分點。3.3降塵效果為了考察和評價113綜放面高壓注水的降塵效果。設(shè)點對采煤機司機工作位置、割煤機下風側(cè)10m處、割煤機上風側(cè)10m處、移架工移架位置處、移架點下風側(cè)5m處、割煤時在工作面下端口向外10m處、割煤時在工作面上端口向外10m處等固定地點分別在煤塵注水前后進行了采樣，各固定地點降塵情況高壓注水的降塵效果較為明顯。7個測塵點的降塵率在4160%之間，平均50.71%。尤其是對采煤機割煤時的降塵效果最為顯著，降塵率達50%。由于煤層高壓注水有效地增加了煤體的內(nèi)水份，使得采落后的煤炭在整個運輸過程中的產(chǎn)塵量都有所降低，從工作面下端口向外10m處和割

7、煤機上風側(cè)的測塵結(jié)果來看，煤層注水對煤炭運輸過程中的降塵效果較為明顯。另外，在高壓水的作用下，一部分水滲入到了煤層的頂板裂隙中，使得在移架時的產(chǎn)塵量也大大降低，移架處的降塵率達53%。3.4注水濕潤半徑注水濕潤半徑根據(jù)初步考察結(jié)果，可達到3m以上。但由于煤層裂隙發(fā)育情況的不均一性，注水濕潤半徑在整個工作面存在差異，有待今后進一步考察。3.5擠排瓦斯效果3.5.1注水對瓦斯的擠排效果為了摸清高壓注水對瓦斯的擠排效果，我們特地于3月19日和21日兩個中班暫停注水，以便于對比分析。根據(jù)3月19至25日T1瓦斯探頭監(jiān)測值計算出的平均濃度在19日中班不注水的情況下，中班的T1值平均0.494，而相鄰的2

8、0日中班T1值由于高壓注水的瓦斯擠排作用，濃度增大到0.579，增大了0.08；22日中班與21中班相比，濃度增大了0.118，4天的瓦斯?jié)舛葘Ρ冉Y(jié)果平均增大了0.1。113綜放工作面的風量為1600m3/min，按此計算，則注水擠排出的絕對瓦斯量達3.5m3/min。由于檢修班高壓注水將工作面前方一定深度范圍內(nèi)煤體中的瓦斯擠排出一部分，致使生產(chǎn)班的瓦斯涌出量有所降低，尤其是使夜班的瓦斯?jié)舛冉档洼^為明顯，基本消除了工作面回風流瓦斯?jié)舛忍幱谂R界狀態(tài)，實現(xiàn)了工作面的安全高效。為了進一步驗證工作面煤層高壓注水對煤體瓦斯的擠排作用，還專門用便攜式瓦斯儀測定了注水過程中煤壁瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r。測定方法是

9、：注水前在注水孔的下風側(cè)5m處的煤壁附近掛一便攜儀，然后開始注水，注水壓力3.5MPa，在5min的注水時間內(nèi)，便攜儀顯示的濃度值增大，注水結(jié)束后便攜儀的值有所減少。在注水期間，注水孔前后23m范圍內(nèi)的煤壁由于受高壓水的壓力作用出現(xiàn)了一定程度的片幫現(xiàn)象。3.5.2注水鉆孔瓦斯的排放效果從開孔到注水前鉆孔瓦斯涌出情況的測定結(jié)果看，在注水孔打好還未注水時，孔口下風側(cè)貼近煤壁處的瓦斯?jié)舛葹?.70.8%，孔口上風側(cè)煤壁處的瓦斯?jié)舛葹?.20.3%，這說明注水孔在注水前有瓦斯的不斷排出，注水孔在注水前起著排放瓦斯的作用。3.6注水前后鉆屑量及鉆孔瓦斯涌出初速度考察根據(jù)對注水前后鉆屑量及每米鉆孔瓦斯涌出初速度的測定結(jié)果，注水后每米鉆屑量為22.8kg，比注水前略有降低，降幅在0.30.5kg。但每米鉆孔瓦斯涌出初速度卻有明顯的降低。注水前每米鉆孔瓦斯涌出初速度8101524ml/min，平均為1369ml/min，注水后在330870ml/min，平均為690ml/min，注水后比注水前降低50%。分析其原因：鉆屑量略有降低，