高瓦斯礦井特厚開(kāi)采煤層注水技術(shù)研究與應(yīng)用

1、高瓦斯礦井特厚開(kāi)采煤層注水技術(shù)研究與應(yīng)用摘要：隨著煤炭開(kāi)采深度的延深，瓦斯、煤塵、沖擊地壓、煤與瓦斯突出、地溫等自然災(zāi)害危害程度不斷升級(jí)，災(zāi)害事故嚴(yán)重，迫切需要采取行之有效的災(zāi)害防治技術(shù)，解決煤炭開(kāi)采中的安全問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外科研工作者對(duì)煤層注水技術(shù)進(jìn)行了大量研究，證明煤層注水能有效治理煤塵、瓦斯、煤層自燃、沖擊地壓、地溫等自然災(zāi)害。關(guān)鍵詞：高瓦斯特厚煤層注水技術(shù)應(yīng)用1概況亭南礦井位于彬長(zhǎng)礦區(qū)中部，緊靠312國(guó)道，地理位置優(yōu)越，交通便利。井田面積33.82km2，主采侏羅系8#煤層，煤層平均厚度8.29m，可采儲(chǔ)量190Mt，煤質(zhì)為中灰、特低硫、低磷、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)煙煤，屬不粘煤31號(hào)，煤層傾角2

2、10°。礦井核定生產(chǎn)能力3Mt/a。根據(jù)煤炭科學(xué)總院撫順?lè)衷簩?duì)礦井8#煤層的煤塵爆炸性和自燃傾向性鑒定結(jié)果：8#煤層煤塵爆炸指數(shù)30.0630.86，其火焰長(zhǎng)度為300mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量為50%，煤塵具有爆炸性；8#煤層吸氧量0.460.51mg/g干煤，自燃傾向等級(jí)二類(lèi)，屬自燃煤層。根據(jù)西安科技大學(xué)提供的亭南煤樣自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)報(bào)告，8#煤最短自然發(fā)火期為3946天。礦井采用中央并列抽出式通風(fēng)，主井、副井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)井回風(fēng)。該礦2008年度瓦斯鑒定結(jié)果，礦井相對(duì)瓦斯涌出量為9.789m3/t，瓦斯絕對(duì)涌出量為52.585m3/min，定為高瓦斯礦井。亭南礦井煤體強(qiáng)度高

3、，頂煤不易跨落，同時(shí)在割煤期間粉塵多，瓦斯涌出量大，嚴(yán)重制約回采工作面安全高效生產(chǎn)，煤層注水主要用途就是為了使頂煤得到充分破壞而及時(shí)垮落，提高煤炭產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，杜絕瓦斯煤塵事故，改善勞動(dòng)環(huán)境。2煤層注水技術(shù)方案及工藝為了合理確定煤層注水技術(shù)方案，在充分調(diào)研工作面煤層、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)及瓦斯基本情況的基礎(chǔ)上，確定了工作面煤塵注水技術(shù)方案。并根據(jù)注水技術(shù)方案編制了實(shí)施煤層注水的安全技術(shù)措施，從技術(shù)源頭上保證了煤層注水工作的實(shí)施和成功。2.1注水參數(shù)及工藝的確定經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的反復(fù)試驗(yàn)和摸索，形成了一套適合113綜放面短孔高壓注水?dāng)D排瓦斯和防塵技術(shù)參數(shù)，具體如下：2.1.1鉆孔位置：在113回風(fēng)順槽超前支

4、護(hù)以外20m處，靠生產(chǎn)煤壁側(cè)布置第一個(gè)鉆孔，然后依次往外每隔10m均勻布置鉆孔。2.1.2鉆孔布置：在每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)，鉆孔垂直巷道，方位角為55°，仰角為5°-10°。2.1.3鉆孔結(jié)構(gòu)：用94mm鉆頭鉆進(jìn)至終孔。2.1.4開(kāi)孔位置：在8煤層中，從巷道底板起1.5m處，終孔位置：在8煤層頂板處。2.1.5終孔深度：注水孔深度預(yù)計(jì)為61m-90m之間。2.1.6鉆機(jī)型號(hào)：使用MK-4鉆機(jī)和MK-5鉆機(jī)。2.2注水工藝2.2.1封孔采用橡膠快速封孔器封孔，封孔器長(zhǎng)1.5m。封孔深度1.5m以上。2.2.2靜水壓力：注水壓力控制在3.5Mpa左右，使

5、煤壁出現(xiàn)一定程度的滲水。2.2.3單孔注水時(shí)間：工作面采至離注水孔3m左右時(shí)，或以實(shí)際操作煤壁明顯出水，可停止注水，撤出設(shè)備。2.2.4注水系統(tǒng)由壓力表、安全閥、溢流閥、高壓鋼絲膠管、雙功能高壓水表、高壓橡膠自動(dòng)封孔器組成。3綜放工作面煤層高壓注水效果3.1采高變化煤體強(qiáng)度高，在回采過(guò)程中采高為8m，有2m左右頂煤跨落不下來(lái)，通過(guò)煤層注水破壞了煤層的原有結(jié)合力，使頂煤及時(shí)垮落，經(jīng)測(cè)定煤層注水后，采高為10m。3.2煤體水份變化煤層注水后的水份增量，經(jīng)過(guò)打鉆取樣測(cè)定，煤體的原始水份為1.89-2.20%，平均2.12%。距注水孔1m處曾測(cè)得鉆屑的最高水份達(dá)到28.93%，距注水孔3m處的煤體水份

6、平均為4.48%，水份增量達(dá)2.36個(gè)百分點(diǎn)。3.3降塵效果為了考察和評(píng)價(jià)113綜放面高壓注水的降塵效果。設(shè)點(diǎn)對(duì)采煤機(jī)司機(jī)工作位置、割煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10m處、割煤機(jī)上風(fēng)側(cè)10m處、移架工移架位置處、移架點(diǎn)下風(fēng)側(cè)5m處、割煤時(shí)在工作面下端口向外10m處、割煤時(shí)在工作面上端口向外10m處等固定地點(diǎn)分別在煤塵注水前后進(jìn)行了采樣，各固定地點(diǎn)降塵情況高壓注水的降塵效果較為明顯。7個(gè)測(cè)塵點(diǎn)的降塵率在4160%之間，平均50.71%。尤其是對(duì)采煤機(jī)割煤時(shí)的降塵效果最為顯著，降塵率達(dá)50%。由于煤層高壓注水有效地增加了煤體的內(nèi)水份，使得采落后的煤炭在整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中的產(chǎn)塵量都有所降低，從工作面下端口向外10m處和割

7、煤機(jī)上風(fēng)側(cè)的測(cè)塵結(jié)果來(lái)看，煤層注水對(duì)煤炭運(yùn)輸過(guò)程中的降塵效果較為明顯。另外，在高壓水的作用下，一部分水滲入到了煤層的頂板裂隙中，使得在移架時(shí)的產(chǎn)塵量也大大降低，移架處的降塵率達(dá)53%。3.4注水濕潤(rùn)半徑注水濕潤(rùn)半徑根據(jù)初步考察結(jié)果，可達(dá)到3m以上。但由于煤層裂隙發(fā)育情況的不均一性，注水濕潤(rùn)半徑在整個(gè)工作面存在差異，有待今后進(jìn)一步考察。3.5擠排瓦斯效果3.5.1注水對(duì)瓦斯的擠排效果為了摸清高壓注水對(duì)瓦斯的擠排效果，我們特地于3月19日和21日兩個(gè)中班暫停注水，以便于對(duì)比分析。根據(jù)3月19至25日T1瓦斯探頭監(jiān)測(cè)值計(jì)算出的平均濃度在19日中班不注水的情況下，中班的T1值平均0.494，而相鄰的2

8、0日中班T1值由于高壓注水的瓦斯擠排作用，濃度增大到0.579，增大了0.08；22日中班與21中班相比，濃度增大了0.118，4天的瓦斯?jié)舛葘?duì)比結(jié)果平均增大了0.1。113綜放工作面的風(fēng)量為1600m3/min，按此計(jì)算，則注水?dāng)D排出的絕對(duì)瓦斯量達(dá)3.5m3/min。由于檢修班高壓注水將工作面前方一定深度范圍內(nèi)煤體中的瓦斯擠排出一部分，致使生產(chǎn)班的瓦斯涌出量有所降低，尤其是使夜班的瓦斯?jié)舛冉档洼^為明顯，基本消除了工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛忍幱谂R界狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全高效。為了進(jìn)一步驗(yàn)證工作面煤層高壓注水對(duì)煤體瓦斯的擠排作用，還專(zhuān)門(mén)用便攜式瓦斯儀測(cè)定了注水過(guò)程中煤壁瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r。測(cè)定方法是

9、：注水前在注水孔的下風(fēng)側(cè)5m處的煤壁附近掛一便攜儀，然后開(kāi)始注水，注水壓力3.5MPa，在5min的注水時(shí)間內(nèi)，便攜儀顯示的濃度值增大，注水結(jié)束后便攜儀的值有所減少。在注水期間，注水孔前后23m范圍內(nèi)的煤壁由于受高壓水的壓力作用出現(xiàn)了一定程度的片幫現(xiàn)象。3.5.2注水鉆孔瓦斯的排放效果從開(kāi)孔到注水前鉆孔瓦斯涌出情況的測(cè)定結(jié)果看，在注水孔打好還未注水時(shí)，孔口下風(fēng)側(cè)貼近煤壁處的瓦斯?jié)舛葹?.70.8%，孔口上風(fēng)側(cè)煤壁處的瓦斯?jié)舛葹?.20.3%，這說(shuō)明注水孔在注水前有瓦斯的不斷排出，注水孔在注水前起著排放瓦斯的作用。3.6注水前后鉆屑量及鉆孔瓦斯涌出初速度考察根據(jù)對(duì)注水前后鉆屑量及每米鉆孔瓦斯涌出初速度的測(cè)定結(jié)果，注水后每米鉆屑量為22.8kg，比注水前略有降低，降幅在0.30.5kg。但每米鉆孔瓦斯涌出初速度卻有明顯的降低。注水前每米鉆孔瓦斯涌出初速度8101524ml/min，平均為1369ml/min，注水后在330870ml/min，平均為690ml/min，注水后比注水前降低50%。分析其原因：鉆屑量略有降低，