利用瓦斯抽采钻孔注水降尘的实践

利用瓦斯抽采钻孔注水降尘的实践

吴云鹏

黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司峻德煤矿154102

摘要：峻德煤矿综采二区于2018年2月份至2018年9月回采二水平南三区26层综采工作面，该工作面利用本煤层瓦斯抽放钻孔注水降尘，实现了一孔多用，在煤尘与瓦斯防治及改善工作面作业环境等方面，起到一定的效果，文章详细介绍了注水钻孔的改造，注水系统与注水参数的确定；对注水前后煤层含水率，工作面温度作了分析比较。

关键词：瓦斯抽采、钻孔一孔多用、注水降尘、含水率

一、前言

在以人为本的社会标准下，国家愈发重视职业病防治的工作。在井下实际生产过程中，煤尘严重地威胁着安全生产和井下矿工的身心健康。尤其在高瓦斯矿井生产中，由于煤（粉）尘的大量掺入，导致瓦斯燃烧爆炸下限降低，潜在的增加了瓦斯爆炸、煤（粉）尘燃烧等灾害发生的可能性。煤层注水可做为抑制产尘的根源性手段。目前采用的注水方式有长孔注水，短孔注水和深孔注水，长孔注水使用的比较广泛。该工作面利用瓦斯抽采钻孔注水，就是利用工作面内顺层瓦斯抽采钻孔代替注水孔进行长孔注水，实现一孔多用，具有钻孔深，孔径大，钻孔附近裂隙发育等特点，不仅起到了降低煤尘，改善气温条件等作用，而且有效地减少了回采过程中采煤机截齿磨损、延长运输系统各设备零部件使用寿命等生产实际问题，促进安全生产。本文探讨、叙述了我采区在26层工作面进行了利用瓦斯抽采钻孔注水的初步探索。

采区概况及开采设备：

26层工作面走向长794米，倾斜156米，平均厚度2.47米，煤层倾角∠21°-32°，由亮煤和暗煤组成，呈小碎块状。煤层硬度系数f为0.63，煤层自然发火期为6个月。工作面采用走向长壁综合机械化采煤方法开采，一次采全高，全部垮落法控制顶板。煤尘具有爆炸性，掘进过程中的瓦斯涌出量较大，在掘进期间进行了机道顺层钻孔施工及预抽采。

二、煤层瓦斯抽采钻孔注水工艺

1、注水钻孔的选定

26层综采工作面在回采开始后，为了协调瓦斯抽采与煤层注水的关系，深入考虑抽采半径及抽采瓦斯浓度等多重因素，坚持先抽后注的原则。确定方案为当机道硬帮侧的抽采钻孔进入工作面硬帮超前30米内时，抽采浓度小于15%的钻孔和抽采管路分开，作为注水孔用，该工作面抽采钻孔孔距5米，孔深一般在120-160m之间，孔径94mm，倾角按照实际的煤层倾角17°-32°，由于注水钻孔处于超前卸压范围，煤层裂隙、孔隙的发育程度高，增加了其注水湿润半径。距硬帮最近端注水孔与工作面硬帮距离超过10米，防止频繁过度注水导致工作面硬帮破碎，防止产生水煤，严重影响煤质。同时最远端注水孔距离抽采钻孔距离超过10米，以免影响瓦斯抽采效果。在10～20m范围内可保持2～3个钻孔同时进行注水。

2、注水系统

由于利用顺层抽采钻孔注水，考虑到抽采钻孔长度较长，一般在120-160m之间，且考虑势能影响，故该工作面采用动压注水的方式。采用BRW200/31.5型乳化液泵组与相应的乳化液箱配套进行注水，注水压力为31.5MPa。可以满足注水的需要。注水泵站设置于工作面乳化液泵站处。即：-50南一石门水仓→-250南大巷供水管路→大巷注水泵站→水表（压力表）→φ32高压胶管→ф32变ф10异型三通→φ10四通→φ10球形截止阀→注水钻孔。

3、注水参数的确定

注水流量和注水时间根据经验公式：

①单孔注水量Q=BLHγWZK

式中：Q-单孔注水量；m3B-钻孔间距；5m

L-工作面长度；156mH-煤层厚度；2.47m

γ-煤容重，1.4t/m3

WZ-煤层水分增量；注水后要求达到的水分取4%.

增量为4%-3.81%=0.19%（8.2m³）

K-不均衡系数；取1.6

则：Q=5×156×2.47×1.4×1%×1.6=43.1m3

②注水流量

BRW200/31.5型乳化液泵的流量为：1.2t/h。

单孔注水总时间T=Q/l

式中：T-单孔注水时间；hl-注水流量；t/h

T=8.2&pide;1.2=6.8h

注水时间主要是根据注水过程中的注水孔周围煤壁和工作面煤壁的变化情况确定，如果发现以上两处有出水现象，说明钻孔注水控制范围内的煤层已得到湿润，可以停止注水或减小注水量，并在原始记录上记下累计注水时间和其它注水参数。

根据实际测定，在正常生产过程中，距工作面硬帮近端的钻孔可注1.5-2.5h；距工作面远端的注水孔可注2-3h。单孔注水量为5-8m3。从侧面证明承压带内煤体裂隙发育，煤层孔隙率增大，注水渗透力增加，从而减少了单孔注水时间及水量。

具体的注水时间安排在每天大班工作面检修时间内，这样可以减少采动对注水的影响，使煤层能够充分得到湿润。根据每一钻孔的注水记录统计，单孔的注水量在3.0m3左右。截止2018年9月份，总注水量230m3。

三、注水效果

1、注水后煤层的含水率增加

煤层注水效果的好坏，取决于注水后煤层含水率的增加程度。由于利用工作面前方卸压区内的抽采钻孔，该区域内受到采动压力的影响，裂隙比较发育，煤层透气性系数增大，加之卸压区内的大部分瓦斯已抽出，从而使煤层注水有效压力增大，因而在较短时间、较少注水量的情况下，能够大幅度地增加煤层的含水率，下表为各时期测得含水率（见表1）。

综合分析可见煤层注水工作开始后煤体浸润效果良好，大幅度的增加含水率。通过5月11日煤样化验单数据（图7）可以直观的表现出来，煤层全水分测定值为8.62%。与4月8日所测定的煤层全水分测定值8.56%相比较。煤层全水分无明显变化，通过数据分析认为，通过长时间稳定的注水工作后，单孔注水时长基本为2小时左右，单孔注水量波动趋于平缓，煤体裂隙中的渗透作用已趋于饱和。

2、降尘效果

注水后，煤层注水对减少采煤各环节的粉尘起很大作用。

水进入煤体后的减尘作用表现在以下3个方面：

（1）煤体内的裂隙中存在着原生煤尘，水进入后，可将原生煤尘湿润，使其在破碎时失去了飞扬的能力，从而有效地消除这一尘源。

（2）水进入煤体的内部使之均匀湿润。当煤体在开采中受到破碎时，绝大多数的破碎面均有水存在，从而消除了细粒煤尘的飞扬，预防了浮尘的产生。

（3）水进入煤体后使其塑性增强，脆性减弱，改变了煤体的物理力学性质。当煤体因外力而破碎时，脆性破碎变为塑性变形，因而减少了煤尘的产生量。

3、降温效果

温度较低的水注入煤体后，由于水的汽化热比较大，对高温工作面起到了明显的降温作用，根据本工作面回风道温度监测装置数据对比，注水工作刚开始时数据显示为24.5℃。在注水工作开展1个月后，温度监测结果为22.5℃。5/6月份观测结果均在23℃左右。测定结果对比可知，回风流温度得到有效控制。有效地改善了工作面的劳动环境。

4、防灭火

煤层注水后，采空区内的遗煤含水量增大，煤体的导热系数和热容量增大，使遗煤的温度不易升高，从而延长了自然发火日期。

在该工作面回采遇冲刷带岩石期间，工作面回采进度十分缓慢，期间也并未出现采空区发火隐患升级的情况，可见煤层注水在一定程度上避免了自然火灾的发生，回采期间该面上隅角CO浓度一般在70ppm以下，比较稳定。

四、结束语

（1）26层工作面采用顺层抽采钻孔注水，在防治煤尘和防治瓦斯以及改善工作面作业环境等方面取得了一定的效果。

实现了一孔多用，节省了节省设计、施工注水钻孔时间、人工成本，节省封孔器、钻机设备等材料成本。

（2）在施工煤层顺层抽采钻孔过程中，要考虑其施工有利于后期注水，充分发挥一孔多用的作用，封孔质量和深度要提高，以满足进入卸压区后注水的需要，减少封孔因采动压力影响而跑漏水现象。

（3）注水参数与降尘效果之间的关系，需要进一步大数据量的研究分析。

参考文献：

[1]段康廉，冯增朝，赵阳升，等.低渗透煤层钻孔与水力割缝瓦斯排放的实验研究

[2]张其朋.采煤工作面煤层注水防尘技术应用与探讨[J].煤炭与化工2014（06）.

吴云鹏：男，1992.5—，2014年毕业于黑龙江科技大学采矿工程专业，现任黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司峻德煤矿综采二区技术员