义络煤业公司大倾角三软煤层采煤工作面深浅孔联合注水系统

翟海涛

（义煤集团宜阳义络煤业有限责任公司）

煤层注水［1-2］是指在回采前预先在煤层打出若干个注水孔，注入压力水，使其渗入煤体内部，破坏煤体内原有的煤—瓦斯两相体系的平衡，形成煤—瓦斯—水三相体系，体系内各个介质相互作用，使煤的物理化学性质、力学性质及热力学性质发生变化，煤的弹性和强度减小，塑性增大，进而使巷道前方的压力分布发生变化，即高压力向煤体深部转移，压力集中系数减小，另一方面，煤体湿润后，其透气性也将成百上千倍地降低，水对瓦斯的运动起到明显的阻碍效应，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降，从而能够实现减少煤尘、煤壁片帮、冲击地压以及煤与煤层气突出和自燃发火等现象的效果。现有技术中，煤层注水主要有短孔煤壁注水法、深孔煤壁注水法、长钻孔煤层注水法和巷道钻孔注水法［3-5］等方式，其中最常见的是短孔煤壁注水法和深孔煤壁注水法联用，即浅孔和深孔联合注水的方式。目前，浅孔和深孔联合注水在注水过程中大多是独立施工，即每个注水孔单独施工，效率低，并且工作人员需要站在注水孔的侧后方进行观察，在出现注水孔漏水的情况时无法快速进行处理，容易引发安全事故。

1 概况

义煤集团宜阳义络煤业有限责任公司（简称义络煤业公司）主采二1煤，煤层软、顶底板软，在工作面回采过程中易发生片冒，造成支架前端至煤壁间的空顶面积扩大，在顶板压力的作用下，容易发生冒顶事故。义络煤业公司为防止煤壁片帮，采用在煤墙侧打设DW25-250/100型单体液压支柱配合0.9 m板梁护顶，每空档使用拍子、川杆和旧皮带背帮。该方法耗时耗力，增加了大量材料费，同时还制约了回采进度。义络煤业公司通过煤层深浅孔联合注水，全煤壁不背护或简单背护，节约大量背护材料，节省人力资源，提高工作效率。

2 深浅孔联合注水机理

深浅孔联合注水系统的整体结构见图1。为了能够实现深孔和浅孔的联合注水，并且能够在出现注水孔漏水的时候，快速地通过截断水流或者降低水压的方式避免出现安全事故。采煤工作面深浅联合注水孔注水系统的核心是控制器，控制器电性连接有WIFI模块、多个注水单元和多个指示灯，WIFI模块无线通信连接有多个终端，注水单元、指示灯和终端的数量均相等并且一一对应，注水单元包括依次连通的截止阀、减压阀和注水封孔器，其中截止阀与控制器电性连接。注水封孔器的整体结构见图2。

注水封孔器包括依次连通的进水管、伸缩连通管和出水管，伸缩连通管的一端伸入到进水管中，并且与进水管的内壁之间连接有第二橡胶囊，伸缩连通管的另外一端伸入到出水管中，并且与出水管固定连接，出水管的管壁上连通有多个第二单向阀，第二单向阀的导通方向为从出水管的内部到出水管的外部。进水管的外壁上固定套设有第一橡胶囊，进水管的管壁上连通有多个第一单向阀，第一单向阀的导通方向为从进水管到第一橡胶囊。进水管和所述出水管上均开设有多个孔组，孔组用于连接第一单向阀或者第二单向阀；孔组包括开设在进水管或者出水管外壁上的容腔和分布在容腔周侧的多个通孔；第一单向阀和第二单向阀均包括设置在容腔中的弹簧，弹簧的一端与容腔的底部固定连接，弹簧的另一端固定连接有插块，插块固定连接有密封盖，当弹簧处于原长时，密封盖将所有通孔均封闭，第二单向阀的弹簧的劲度系数大于第一单向阀弹簧的劲度系数。

通孔对应连通有连通通道，连通通道对应连通有出水通道，并且出水通道贯通进水管或者出水管的外壁；当弹簧处于原长时，密封盖将所有出水通道均封闭，通孔中滑动设置有活塞，活塞与密封盖固定连接。进水管的外壁上固定套设有2个保护圈，第一橡胶囊位于2个保护圈之间。进水管的入口端连通有注水接头，注水接头的外径大于进水管的外径，注水接头的外壁与进水管的外壁之间固定连接有密封套，出水管远离进水管的一端固定连接有顶头。进水管中固定设置有连接器，连接器包括与进水管同轴设置的连接环，伸缩连通管从连接环中穿过，连接环固定连接有2个连接片，2个连接片均与进水管的内壁固定连接，伸缩连通管的两端各固定套设有1个限位环，其中1个限位环位于所述出水管中，并且与出水管的内壁固定连接。出水管连通有导向筒，导向筒呈锥形，导向筒的大端与出水管相连通，导向筒的小端朝向所述进水管。

3 工业实施方案

义络煤业公司在33060工作面上下巷进行的深浅孔联合注水设计见图3、图4。

深浅联合注水孔注水系统的应用包括如下步骤：将所述终端对应分配给前端工作人员，前端工作人员将注水封孔器置入到注水孔中，后端工作人员通过控制器控制截止阀和减压阀开启，向注水封孔器供水；当前端工作人员观察到注水孔漏水则通过终端向控制器发送警示消息，控制器接收到警示消息后，控制与终端对应的指示灯亮起；后端工作人员根据指示灯控制对应的截止阀关闭或者减压阀减压。指示灯可以设置成多种颜色，例如红色和黄色，当指示灯亮黄色时，后端工作人员控制减压阀减压；当指示灯亮红色时，后端工作人员控制截止阀，将水流截断，终止注水。

封孔采用FJQW-75/0.3型深孔注水封孔器、封孔囊袋在钻孔3～13 m段使用，封孔段长度不小于10 m，囊袋外侧使用聚氨酯固定。待封孔囊袋内水泥浆凝固后方可进行注水工作，安装LCG-S50FM-25 MPa型矿用高压注水表，注水压力为2～4 MPa，。注水量以煤壁出现渗水或压力达到4 MPa为准，持续注水直到单孔注不进水为止。注水钻孔施工过程中，施工单位应做好打钻记录，钻孔施工完毕进行注水期间，施工单位应做好注水记录（注水量、注水压力、注水时间等）。当煤层厚度小于1.5 m时，可以不执行上下巷深孔注水，回采过程中仅在工作面煤壁执行浅孔注水。

4 结 语

义络煤业公司通过煤层注水，煤体湿润，板结程度增加，工作环境明显改善，煤壁较以往片帮程度明显减小，职工工作时更加安全；煤层注水后，煤尘减小，工作环境更加友好，并且能够在出现注水孔漏水的时候，快速地通过截断水流或者降低水压的方式避免出现安全事故。同时，有利于煤质的提高，增加经济效益。

35030工作面浅孔注水及下巷深孔注水工作开展以后，工作面煤壁侧由全煤壁背护，变更为60架以下煤壁侧不背护。随着注水工作的持续进行，现场经验不断积累，逐步实施全工作面不背护或简单背护，每月可节约支护材料费用4万元、人工费2万元；随着注水工作的持续推进，每月可节约的材料费和人工费将达到12万元。