综采工作面煤层动压注水技术研究

李 峰

（淮南矿业集团新庄孜矿，安徽 淮南 232072）

综采工作面煤层动压注水技术研究

李 峰

（淮南矿业集团新庄孜矿，安徽 淮南 232072）

本文以新庄孜矿66207工作面为工程背景，系统研究了煤层动压注水在工作面的应用，研究证明：通过煤层注水不仅可以从根本上改变煤体物理力学性质，增强其抗剪强度，有效遏制煤壁片帮为工作面安全高效开采提供了技术保证，实现了生产、安全与经济三重效益。

综采工作面；松软煤层；动压注水；煤壁浅孔；两巷深孔

1 概述

新庄孜矿属近距离煤层群开采，开采引起的本煤层以及煤层与煤层之间产生的复杂应力场和位移场相互影响，矿压显现的时空关系复杂。目前，制约综采工作面高产高效的主要因素是煤壁易片帮﹑掉顶，针对这种现象，控制煤壁片帮﹑掉顶关键在于从根本上提高煤体的硬度及粘结力，煤层注水是最为简单﹑经济的手段。

2 工程背景

66207工作面标高-721m～-793m，呈“刀把”布置，短面倾斜长88m，走向长130m，长面倾斜长132m，走向长400m，主要开采B7a煤及其底煤，其中B7a煤厚1.0～3.2m，底煤厚1.0m，中间含一层1.0m厚的泥岩，工作面采高3.2m，平均倾角30°。66207工作面在回采期间将过3个地质异常区以及褶曲构造带，地质条件极其复杂，回采期间易发生片﹑漏﹑冒事故。

3 煤层注水技术工艺

煤层注水采用两巷深孔与煤壁浅孔注水相结合的方式，通过泵站将静压水转化成动压水对煤体进行注水。

图1 注水湿润半径分布趋势图

3.1 煤壁浅孔注水

（1）注水孔间距

B7原煤含水率为2.0%，垂直煤壁施工一个10m的钻孔进行注水，煤壁浸湿后停止注水，并在1h后沿倾斜距离1m﹑2m﹑3m﹑4m处施工测试孔，并沿孔深每隔1m收集煤屑进行全水分实验，实验结果如1图所示。

注水水流沿煤层的倾斜渗透大于走向渗透，煤体含水率沿着以开孔位置为中心的圆弧轨迹逐步降低，从图中可以看出，半径2m范围内的煤体湿润效果较好，同时考虑到注水对倾斜上侧煤体的湿润效果要小于下侧煤体，因此，注水孔间距确定为3m。

（2）注水孔布置

浅孔注水钻孔垂直于工作面煤壁施工，开孔位置距顶板1.0～1.5m处的煤体中，并向下略带2～4°水平角，孔深度不小于8m，采用FKSS—71/5型水力膨胀封孔器，自动实现封孔。

（3）注水压力

注水压力为3MPa时，注水时间最长，效果最好。压力过大，煤壁会在短时间内因水压冲击发生片帮；压力过小，煤体深处得不到有效的渗透，后期割煤期间工作面煤尘较大。

3.2 两巷深孔注水

工作面两巷利用抽采顺层钻孔进行煤层注水，当工作面采距钻孔30m时，将抽采软管去除，并使用加工的套管将注水管连接至抽采孔进行24小时循环注水。抽采钻孔间距超过10m时，沿煤层倾斜方向施工注水钻孔，孔深不小于80m。两巷深孔注水时，压力为3～5MPa，并根据煤体的膨胀情况及时对压力进行适当调整。

4 注水效果评价

煤层注水不仅增加了煤的水分，使煤得到湿润，还可以降低煤的脆性，增强其塑性，起到固结煤壁，减少片帮的作用[1]。

煤体初始含水率为2.0%，实验中煤体含水率为2.1～5.1%，由实验数据分析得出煤体含水率与抗压强度之间的拟合曲线方程为：y=-0.1408x2+1.3579x-0.616，为一条抛物线，由此得出，随着煤体含水率增加，其抗压强度有随之增大的趋势，当含水率超过一定值后，煤体抗压强度又呈减小趋势，计算得知当煤体含水率在4.8%左右时，其抗压强度达到最大值，为2.7MPa。现场注水到位后，煤机滚筒割过的煤壁有着清晰的截割痕迹，并且在较长一段时间内无碎煤片落现象，多处采高超过3.2m的煤壁仍完整呈立面状，基本杜绝了片帮掉顶现象，节约了大量的化学材料以及木料，减少了人员进入煤帮作业次数，为安全生产提供了可靠的技术保证。

结语

从上述分析中我们可以看出，通过注水不仅改变了煤体的物理力学性质，增强煤体塑形，同时煤壁可以得到有效固结，有效防控了煤壁片帮﹑掉顶，节约了大量的化学材料，消除了安全隐患，最大程度上保证工作面安全回采，实现了生产﹑安全与经济的三重效益。

[1] 孟亚鹏． 综放工作面煤体注水效果研究[J]．山东煤炭科技,2010（4） ：115-116．

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