大口径煤层注水技术研究与应用

张延雷 李强 张兴营

摘 要：煤矿井下在开采及延伸过程中，不可避免的出现煤尘，如何在施工过程中降低或减少煤尘，显得尤为重要。

关键词：大口径;煤层注水;煤样湿度

1 煤尘的危害

随着我矿采掘机械化水平的不断提高，生产工艺的改进，生产过程中产煤尘量逐渐增大，加上开采逐年延深、地温升高，所需供风量越来越大，煤尘飞扬日趋严重，工作面的产尘量也有了大幅度的增加，危害人体健康最大的呼吸性粉尘浓度呈上升趋势。有效降低职工作业环境的总粉尘浓度及呼吸性粉尘浓度，是控制尘肺病发病率和防治煤尘爆炸的根本措施。因此，对矿井防尘措施进行研究，是当前煤矿安全生产的当务之急。为了对半煤岩、煤巷的煤尘进行治本，在煤巷、半煤巷及回采工作面采用了大口径煤层注水技术。

煤层注水是在尚未采动的煤体中，利用钻孔注入水，使水渗透到煤中，且在大口径煤孔中注满水，爆破后或割煤时降低煤尘。

2 大直径锥体钻头钻杆工作原理

（1）完好风煤钻、水式钎尾、钻杆、大直径锥体钻头，并依次拧紧。

（2）选好眼位，调整好角度，点开启动，在钻头进入煤体的同时打开水阀，2人扶钻1人推钻。

（3）根据现场循环进尺，确定钻孔的合理深度。

3 大钻头导孔注水方案

（1）炮眼及注水大钻孔布置方式确定，回采工作面如图（单位：mm）：炮眼为三花眼布置，大钻孔约每隔6米布置一个。

掘进工作面炮眼注水孔布置：

（2）注水方案的制定。回采工作面打眼顺序：工作面约6米为一段，每段内先用大鉆头打注水孔注水后，再打顶底炮眼。

注水方式及次数确定：使用工作面洒水软管注水，采用自然渗透方式增加煤体含水量。在放炮前每个注水孔至少注水两次，且保证在爆破前将爆破范围内的每个注水孔注满水。

封孔时采用Φ54mm注水钢管，注水管露出孔壁10～15cm。采用注水泥沙浆方式进行封孔时，首先在注水管上下端部连接口处加彩条布等富有压棉性的堵塞物，以固定套管和防止漏浆，然后将水泥沙浆注入孔壁与注水管之间，封孔必须封实封牢，严禁出现注水时外泄及渗漏现象。

掘进工作面钻孔根据现场在迎头煤层中间按15度向下倾斜。根据施工循环进尺1.6米，确定钻孔的深度为1.6米。

迎头打眼顺序：先用大钻头打注水孔注水后，再打炮眼。

注水方式及次数确定：使用迎头洒水软管注水，采用自然渗透方式增加煤体含水量。在放炮前向注水孔至少注水两次，且保证在爆破前将注水孔注满水，并用粘土炮泥将注水孔孔口封实，封泥长度不少于50mm。

4 采用大口径煤层注水后的煤尘指标

2223回采工作面实测结果（注水前、后）：

2215切眼实测结果（注水前、后）：

5 经济社会效益

（1）煤层注水不但湿润煤体、降低煤尘的生成量，而且改变煤的结构和力学性质，对煤矿安全的许多方面发生影响。

1）煤层注水预湿过程中，由于液体在裂隙表面的压力，夹层和矿物质的膨化，使煤的力学性质发生变化，塑性增加、硬度和抗压强度降低，使煤容易破碎、煤尘降低。实验表明，煤样湿度增加1-2﹪时，煤的硬度降低20-50﹪，抗压强度降低20-30﹪。

2）煤层注水能够破坏煤体内原有的煤-瓦斯体系的平衡，形成煤-瓦斯-水三相体系。经实验所得，煤层注水后，瓦斯涌出量减少10﹪左右。注水使煤的塑性增加和强度降低后，引起煤层邻面区内应力的重新分布，煤体变形量增大，支点应力区向煤层深部移动，对防止瓦斯突出有一定的作用。

（2）煤层注水降低煤尘30﹪，注水一次相当于使用39个水炮泥。

（3）使用大口径煤层注水降低了煤尘飞扬，冲淡稀薄瓦斯和炮烟，隔离局部沼气积聚，都具有较好的效果，是预防瓦斯、煤尘爆炸事故，实现爆破安全的一项重要安全措施。

通过进行大口径煤层注水降尘技术研究，工作面的煤尘浓度有了大幅度的下降，由原来的20.7 mg/ m3降到5.9 mg/ m3，改善了作业场所的工作环境，为一线职工创造了良好的工作条件，最大限度的减少了职工患煤肺病的可能.同时杜绝了煤尘爆炸的发生和因视线不良造成的人为事故。通过对采煤工作面、掘进巷道进行综合防尘研究，我们在煤尘的综合防治上积累了宝贵的经验，在今后的工作中值得推广和借鉴。