第四章預濕煤體防塵

1第四章預濕煤體防塵2煤層注水防塵注水實質（減塵作用機理）注水效果注水效果影響因素注水方式（鉆孔布置方式）封孔注水采空區(qū)灌水防塵3一、煤層注水

coalseaminfusion;infusioninseam通過鉆孔,將壓力水和水溶液注入煤體,增加水分,以改變煤的物理力學性質,可減少煤塵的產生,還可減少沖擊地壓,煤與煤層氣突出和自燃發(fā)火?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定：采煤工作面應實行煤層注水，機采工作面必須實行煤層注水。防治煤塵的一項根本措施。降塵率一般在60-90%。41、煤層注水的實質煤層注水的減塵作用主要有以下三個方面：（1）煤體內的裂隙中存在著原生煤塵，水進入后，可將原生煤塵濕潤并粘結，使其在破碎時失去飛揚能力，從而有效地消除這一塵源。5（2）水進入煤體內部，并使之均勻濕潤。當煤體在開采中受到破碎時，絕大多數(shù)破碎面均有水存在，從而消除了細粒煤塵的飛揚，預防了浮塵的產生。（3）水進入煤體后改變了煤的物理力學性質，使其塑性增強，脆性減弱，當煤體因開采而破碎時，脆性破碎變?yōu)樗苄宰冃?，因而減少了煤塵的產生量。62、鉆孔布置方式長鉆孔注水短鉆孔注水深孔注水巷道鉆孔注水9102）短鉆孔注水在回采工作面垂直煤壁或與煤壁斜交打鉆孔注水，鉆孔長度一般取2～3.5m，最大不超過6m。其布置如圖4-2中a所示。優(yōu)點：（1）短鉆孔注水對地質條件的適應性較強，當?shù)刭|變化大、煤層較薄和圍巖遇水膨脹而影響頂、底板管理時，可采用此注水方式。（2）注水設備、工藝、技術均較簡單。缺點：其濕潤范圍小，鉆孔數(shù)量多；封孔頻繁密封性差，易跑水，對采煤工作有干擾。11圖4-2短孔、深孔注水防塵示意圖a—短孔

；b—深孔；1—回風巷；2—運輸巷12133）深孔注水同短孔注水一樣，也是沿采煤工作面前方進風巷或回風巷垂直煤壁打鉆孔，只是鉆孔打得深些。其鉆孔長度為5～6天的進度，孔深一般為工作面斜長的2/3，一般為5～25m，孔徑75～100mm。其布置如圖4-2中b。優(yōu)點：同長短孔注水的優(yōu)點。缺點：它需要每周有休假或輪休工作面才能使用，我國目前尚未使用，而國外采用較多。鉆孔數(shù)量較多封孔質量難以保證。壓力要求高，設備、技術復雜。144）巷道鉆孔注水如圖4-3是從鄰近煤層的巷道打鉆至注水煤層，進行注水。鉆孔的長度由兩煤層的間距或巷道至煤層的距離而定。優(yōu)點：（1）鉆孔少，濕潤煤體的范圍大，效果好。（2）采用小流量、長時間的注水方法，濕潤效果良好。在有巷道或抽放瓦斯鉆孔可利用，且煤層較厚時，可考慮采用巷道鉆孔注水方式。缺點：巖石鉆孔兩大；成本高；受條件限制，臨近煤層巷道損壞就會影響注水的正常進行。極少采用。15圖4-3巷道鉆孔注水163、封孔封孔深度和封孔質量是煤層注水的重要環(huán)節(jié)。封孔深度應超過沿巷道邊緣煤體的卸壓帶寬度，一般不小于6m，當注水壓力大于2.5MPa時，應大于6m乃至20m。封孔方法有兩種：水泥砂漿封孔封孔器封孔171）封孔器封孔我國煤礦長鉆孔注水多采用YPA型水力膨脹式封孔器和MF型摩擦式封孔器。YPA型在使用時，將封孔器與注水鋼管連接起來送至封孔位置，通過高壓膠管與水泵連通，開泵后壓力水進入封孔器，水流從封孔器前端的噴嘴流出進入鉆孔，產生壓力降，膨脹膠管內的水壓升高，將膠管膨脹，封住鉆孔。注水結束后，封孔器膠筒將隨壓力下降而恢復原狀，可取出復用。18MF型在使用時，將封孔器與注水鋼管連接起來送至鉆孔內的封孔位置，順時針旋動注水管使其向前移動，這時橡膠密封筒被壓縮而徑向脹大，封住鉆孔。注水結束后，逆時針旋轉注水管，密封膠管卸壓，膠筒即恢復原狀，可取出復用。采用封孔器封孔雖然簡便，但多次重復使用時難以保證封孔質量，現(xiàn)已少用。192）水泥砂漿封孔封孔前先用攪拌機將水泥和砂子制成高稠度水泥砂漿，再撥動離合器，啟動送漿泵，將水泥砂漿快速地送進鉆孔內。由于該泵的送漿能力較大，其封孔深度，對水平鉆孔可達3Om；對垂直向上鉆孔可達20m。20214、注水1）注水方法靜壓注水：利用礦井地面貯水池或上水平的水，依靠自然靜壓差通過井下供水管網實施；動壓注水：利用井下的水泵實施。22靜壓注水特點：工藝簡單，既節(jié)省費用，又便于管理，但它的適用范圍受到了一定的限制。新突破：對透水性差的煤層采用靜壓注水，其技術關鍵是選定最佳的超前距離（開始注水時鉆孔距工作面的距離）。23動壓注水特點：水泵可以設在地面集中加壓，也可直接設在注水地點進行加壓。長鉆孔動壓注水的適用性強，被很多煤礦采用，其注水系統(tǒng)如圖4-4所示。24圖4-4動壓注水系統(tǒng)1一注水管；2一水泥砂槳；3一壓力表；4一高壓膠管；5一閥門；6一分流器；7一單向閥；8一注水表；9一注水泵；10一供水桶2526近年來，我國研制的煤層注水自動控制系統(tǒng)（裝置）它能根據(jù)煤層的滲透特性及注水壓力與流量的變化進行自動調節(jié)，可實現(xiàn)動壓注水和靜壓注水的自動切換。并將注水參數(shù)調節(jié)到最適宜的狀態(tài)，并能將注水參數(shù)存貯、顯示和打印出來。272）注水壓力注水壓力的高低取決于煤層透水性的強弱和鉆孔的注水速度。通常，透水性強的煤層采用低壓（小于3MPa）注水，透水性較弱的煤層采用中壓（3～10MPa）注水，必要時可采用高壓注水（大于10MPa）。28如果水壓過小，注水速度將會太低。水壓過高，又可能導致煤巖裂隙猛烈擴散，造成大量竄水或跑水。適宜的注水壓力是：通過調節(jié)注水流量使其不超過地層壓力而高于煤層的瓦斯壓力。29國內外經驗表明，低壓或中壓長時間注水效果好。在我國，靜壓注水大多屬于低壓，動壓注水中壓居多。對于初次注水的煤層，開始注水時，可對注水壓力和注水速度進行測定，找出兩者的關系，根據(jù)關系曲線選定合適的注水壓力。30“地壓”——地下采礦中亦稱“礦山壓力”、“巖石壓力”。也叫地層孔隙壓力，指作用在巖石孔隙內流體(油氣水)上的壓力。有被孔隙內流體所承擔的那部分上覆巖層壓力稱為基巖應力。采礦時，由于巷道和回采工作面周圍應力重新分布，常引起圍巖變形、移動和破壞，礦柱壓裂、倒塌，支架下縮、破壞等現(xiàn)象，稱為“礦山壓力顯現(xiàn)”。地層壓力的大小及分布規(guī)律與地質條件、開采深度、巷道和回采工作面的布置，以及巷道斷面和回采空間的大小、形狀和支護方法等因素有關。也稱為孔隙流體壓力。指地地層孔隙內的油、氣、水的壓力。地層壓力與地層所在深度有關，一般表現(xiàn)為地層與地表連通的靜液柱壓力。31在實際生產中，地層壓力一般分為三種：（1）原始地層壓力：是指井田未開采時測得的油層中部壓力。（2）目前地層壓力（靜壓）：指井田投入開發(fā)后，在指點的井點所測關井后油層中部恢復的壓力值。（3）流動壓力（流壓）：指在井田正常生產時測得的油層中部壓力。32煤層瓦斯壓力：煤層埋藏在一定深度時，煤層的孔隙，裂隙中的瓦斯對隙壁所產生的應力，單位是MPa。測定方法：向煤層中打鉆孔，埋入測壓管，然后注漿封孔，安裝壓力表，穩(wěn)定后的顯現(xiàn)的瓦斯壓力就是煤層瓦斯壓力。小于0.74MPa無突出危險性。分為煤層瓦斯原始壓力和殘存壓力。333）注水速度（注水流量）注水速度是影響煤體濕潤效果及決定注水時間的主要因素，在一定的煤層條件下，鉆孔的注水速度隨鉆孔長度、孔徑和注水壓力的不同而增減。34一般來說，小流量注水對煤層濕潤效果最好，只要時間允許靜壓注水速度一般為0.001～0.027m3/(h·m)，就應采用小流量注水。動壓注水速度為0.002～0.24m3/(h·m)。若靜壓注水速度太低，可在注水前進行孔內爆破，提高鉆孔的透水能力，然后再進行注水。354）注水量注水量是影響煤體濕潤程度和降塵效果的主要因素。它與工作面尺寸、煤厚、鉆孔間距、煤的孔隙率、含水率等多種因素有關。確定注水量首先要確定噸煤注水量，各礦應根據(jù)煤層的具體特征綜合考察。36一般來說，中厚煤層的噸煤注水量為0.015～0.03m3/t；厚煤層為0.025～0.04m3/t。機采工作面及水量流失率大的煤層取上限值，炮采工作面及水量流失率小或產量較小的煤層取下限值。375、煤層注水效果在實際注水中，常把在預定的濕潤范圍內煤壁出現(xiàn)均勻“出汗”（滲出水珠）的現(xiàn)象，作為判斷煤體是否全面濕潤的輔助方法。煤層注水使煤體內的水分增加。一般說來，當水分增加1%時，就可以收到降塵效果。水分增加量越大，效果越好。38降塵效率（采煤時空氣含塵量的降低）G2、G1——分別為煤層注水前，工作面某處塵源下風側及上風側的空氣含塵量，mg/m3。G2’、G1’——分別為煤層注水后，工作面某處塵源下風側及上風側的空氣含塵量，mg/m3。短鉆孔降塵率40-90%，長鉆孔降塵率60-90%39不僅要考慮降塵效果，還要考慮其它生產環(huán)節(jié)的方便，如運輸、選煤等。因此，水分又不能太大，通常，噸煤注水量控制在35～40L，不可少于20～25L。此時，降塵效果可達到50%～90%左右。40在水中添加濕潤劑可提高防塵效果。濕潤劑可分為陰離子型、陽離子型和非離子型3種。離子型濕潤劑：表面活性劑溶于水時能電離生成離子的濕潤劑。非離子型濕潤劑：凡不能電離、不生成離子的濕潤劑。41煤層濕潤效果的考察煤體水分增加1%才有較高的降塵效果。先要考察注水后煤層水分的增加，并以注水鉆孔為中心，以周圍煤體水分增加1%為界限確定濕潤半徑，濕潤半徑以內的區(qū)域稱為煤層注水的有效濕潤范圍。其次煤層注水的效果與水在煤層中分布是否均勻有關。實踐表明：注水后，距鉆孔越遠水分越大；在煤層厚度方向，靠近底板水分大；延傾斜方向，不論上向下向鉆孔注水，都是下部水分較上部水分大。42考察方法：直接觀察法分析法刻槽法、挖坑法、鉆孔法專門儀器測定法436、影響煤層注水效果的因素1）煤層的裂隙及孔隙的發(fā)育程度。據(jù)實測資料發(fā)現(xiàn)：煤層的孔隙率小于4％時，透水性較差，注水無效果；孔隙率為15％時，煤層的透水性最高，注水效果最佳；當孔隙率達40％時，無需注水，因為天然水分就很豐富了。442）煤層的埋藏深度和地壓的集中程度地壓的集中程度與煤層的埋藏深度有關，煤層埋藏越深則地層壓力越大，埋藏越深，地壓越集中的地方，煤層的孔隙被壓緊，透水性越差。因此，要提高注水壓力，才能獲得較好的效果。453）液體性質的影響煤是極性小的物質，水是極性大的物質，兩者之間極性差越小，越易濕潤。為了降低水的表面張力，減小水的極性，提高對煤的濕潤效果，可以在水中添加表面活性劑。陽泉一礦在注水時加入0.5%濃度的洗衣粉，注水速度比原來提高24%。464）煤層中的瓦斯壓力大小瓦斯壓力是注水的附加阻力，水克服瓦斯壓力后才是注水的有效壓力。所以在瓦斯壓力大的煤層中注水時，往往要提高注水的壓力，以保證濕潤煤體的效果。475）注水參數(shù)注水壓力、注水速度、注水量和注水時間。注水量或煤的水分增量是煤層注水效果的標志，也是決定煤層注水除塵率高低的重要因素。48煤層注水除減少煤塵的產生外，對于瓦斯治理、防止自燃發(fā)火、放頂煤開采軟化頂煤都具有積極的作用。因此，煤層注水是煤礦安全和環(huán)境保護工作中的一項綜合性措施。49煤層注水在煤礦安全中的作用機理及效果

1防塵煤層注水是回采工作面最有效的防塵措施。水的除塵機理包括以下3個方面：（1）濕潤煤體內的原生煤塵，使其失去飛揚的能力；（2）有效地包裹煤體的每個細小部分，當煤體在開采中破碎時，避免細粒煤塵的飛揚；（3）水的濕潤作用使煤體塑性增強，脆性減弱。當煤體受外力作用時，許多脆性破碎變?yōu)樗苄孕巫?，因而大量減少了煤體被破碎為塵粒的可能性，降低了煤塵的產生量。

502預防煤與瓦斯突出研究和試驗考察表明，注水濕潤煤體，可使煤的力學性質發(fā)生明顯變化，煤的彈性和強度減小，塑性增大，從而使巷道前方的壓力分布發(fā)生變化，即高壓力向煤體深部轉移，壓力集中系數(shù)減小。煤體濕潤后，其透氣性也將成百上千倍的降低，水對瓦斯的運動起到明顯的阻礙效應，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降。上述的各種變化，都表明注水濕潤煤體，可以消除或降低煤層的突出危險。

513減小工作面回風流中的瓦斯?jié)舛让簩幼⑺畬χ卫硗咚沟淖饔?，不僅表現(xiàn)在預防煤與瓦斯突出，而且也表現(xiàn)在減小工作面生產時回風流中瓦斯?jié)舛龋湓蛴校海?）濕潤煤體中的水分對瓦斯的運動起阻礙作用，使一部分瓦斯在煤體破壞后不涌入采掘空間而是隨煤體被運出工作面。（2）打孔破壞了煤體內原有的煤－瓦斯體系的平衡，注水前后則形成了新的煤－瓦斯－水三相體系，體系的這些變化都會導致瓦斯的涌出。

524防治沖擊地壓煤層注水防治沖擊地壓的機理是：高壓注水改變了煤體的裂隙結構，使煤體脆性減弱，塑性增強，促使煤壁前方塑性變形區(qū)（卸壓帶）加寬，使集中壓力區(qū)（彈塑性變形區(qū)）向煤壁深處移動并加寬，減弱了壓力集中程度，緩和了煤體壓力潛能的積聚，從而預防沖擊地壓的發(fā)生或使其強度減弱。

535防火與降溫分層法開采厚或特厚易燃煤層時，在放頂后，向采空區(qū)注水，或在放頂前用水遍灑放頂步距條帶，能起到防火作用。因為注水后煤體的導熱系數(shù)和熱容量增大，使煤體的溫度不易升高，如果頂板為泥質巖石，則此法效果更佳，注水（或灑水）后，冒落的矸石濕潤，膨脹成再生頂板，覆蓋浮煤，減少漏風，從而抑制了采空區(qū)的浮煤氧化。陜西崔家溝礦和徐州大黃山礦采用此法防火均取得了良好效果。溫度較低的冷水注入煤體后，由于水有較大的比熱容和汽化潛熱，對高溫工作面的降溫也是有利的。

54煤層注水工操作規(guī)程

一、鉆機司機要持證上崗，遵章作業(yè)。二、鉆機下井前，司機首先學習注水作業(yè)規(guī)程，掌握后再下井，下井前還要詳細檢查鉆機及配件的完好性，不完好時不得運下井作業(yè)。三、安裝注水泵及鉆機時，首先要檢查安裝位置處的巷道狀態(tài)，不安全時不準施工。四、開鉆前要進行試機，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，然后再開鉆作業(yè)。五、應根據(jù)作業(yè)規(guī)程要求布置鉆孔的間距、方位、傾角、長度。六、鉆孔時至少兩人一同作業(yè)，開鉆先開水，停鉆后停水。

55七、打完鉆孔封孔前，先用清水沖凈孔內煤粉，然后再封孔。八、采用水泥砂漿或封孔器封孔，封孔長度至少為1米。九、無論是用靜壓注水還是用動壓注水，都應用流量表進行測量，掌握每孔注水量，發(fā)現(xiàn)鉆孔附近煤壁出水及機巷出現(xiàn)水珠時，可停注，隔一段時間后再對該孔注水。十、注水孔超前回采面距離以20－50米為宜。十一、注水工應做好班記錄，內容包括鉆孔鉆進深度，鉆孔直徑，各孔注水時間及注水量等，上井后及時填入注水記錄臺帳中。十二、注水工作告一段落后，要配合工區(qū)及時對注水工作進行總結。

56煤層注水問題探討一、采前預注與隨采隨注多用采前預注裂隙發(fā)育、孔隙率較高的煤層，停止注水超前時間15-30天為宜。空隙率較低的煤層，超前時間可以長一些。57二、工作中水分蒸發(fā)問題縮短注水超前時間，導致采注干擾，影響降塵效果。有助于準確選擇注水參數(shù)，尋找出提高注入水的潤濕與滲透效果以及水在媒體中的分布、保濕效果的途徑。添加粘塵棒58三、靜壓注水與動壓注水靜壓注水適合于透水性強或上下煤層均已被才懂情況下的低壓注水。有時候為提高注水速度，可以提前進行孔內爆破。動壓注水適用于中壓及以上注水壓力和透水性較弱的煤層。分為移動式水泵供水（常用）和集中泵站供水。59四、單孔注水與多孔注水單孔注水——動壓注水常見多空注水——靜壓注水常用五、連續(xù)注水與間隔注水連續(xù)——靜壓注水間隔（堵孔、塌孔）——動壓注水六、上向注水與下向注水多用下向注水。60二、采空區(qū)灌水是在開采近距離煤層群的上組煤或采用分層法開采厚煤層時（包括急傾斜水平分層），利用往采空區(qū)灌水的方法，借以潤濕下組煤和下分層煤體，防止開采時生成大量的煤塵。灌水方式同黃泥灌漿。還可起到粘結碎頂作用：碎頂再生厚度可達0.2-0.5m61由于上層煤已采空，所以下層煤隨著減壓而次生裂隙發(fā)育，易于緩慢滲透，故濕潤煤體的范圍大而且均勻，防塵效果好。我國一些礦區(qū)采用采空區(qū)灌水預濕煤體，其降塵率一般為70%～90%。但是，采空區(qū)灌水應控制水量，防止從采空區(qū)流向工作面或下部巷道中，形成水患。62一般的灌水量按每平方米采空區(qū)0.3～0.5m3來計算，其流量控制在0.5～2m3/h，最大不超過5m3/h。灌水要超前回采1～2個月，以便使水滲透均勻。此外，當兩煤層間的巖石層或下分層的上部有不透水層時，不能選用采空區(qū)灌水。同時，在煤層有自燃發(fā)火危險時，要在水中加阻化劑才能進行采空區(qū)灌水。水對假頂材料（多為金屬網）可能有腐蝕作用，應采取措施保證假頂?shù)木S護。63實用粉塵防治技術泡沫除塵煤層脈沖式注水綜采工作面實時跟蹤降塵成套技術64泡沫除塵是在水中加入表面活性發(fā)泡劑，利用泡沫發(fā)生器造成泡沫狀的液滴噴灑到塵源或空氣中去，形成泡沫體或泡沫霧。有利于提高水霧的降塵效果，尤其對提高呼吸性粉塵的降塵率有利，而且耗水量少得多。其除塵機理包括：攔截、黏附、濕潤、沉降等。

泡沫除塵劑的核心是起泡劑，泡沫除塵性能的發(fā)揮主要決定于泡沫發(fā)生器。泡沫發(fā)生器的發(fā)泡性能主要有：發(fā)泡量、發(fā)泡倍數(shù)、泡沫強度、風泡比、成泡率等。65煤層脈沖式注水利用高壓水壓力在煤體注水鉆孔內部的周期性變化所產生的水擊和“水劈”效應；迫使煤體中的微小孔裂隙形成和逐漸張開，形成新的再生裂隙網，高壓水逐漸滲透到其中；煤體中的微小裂隙相互貫通后，水在毛細管力和分子擴散運動力的作用下滲透到煤體微小裂隙中，從而實現(xiàn)對煤體的濕潤。66煤層脈沖式注水煤層脈沖式高壓注水工藝包括：煤層脈沖式高壓注水系統(tǒng)及注水方法、煤層注水鉆孔布置和鉆孔參數(shù)、封孔工藝和注水工藝參數(shù)等幾個方面。67綜采工作面實時跟蹤降塵成套技術綜采煤塵產生量極大，降塵抑塵所采用的成套技術包括：截齒點的全方位水封，截割煤壁時的實時除塵，并降低截割所產生的熱能，消除此