煤層注水原理

概述通過鉆孔，將壓力水和水溶液注入煤體，增加水分，以改變煤的物理力學(xué)性質(zhì)，可減少煤塵的產(chǎn)生，還可減少沖擊地壓，煤與煤層氣突出和自燃發(fā)火煤層注水介紹煤層注水是在回采前預(yù)先在煤層打若干鉆孔，通過鉆孔注入壓力水，使其滲入煤體內(nèi)部，破壞煤體內(nèi)原有的煤一瓦斯兩相體系的平衡，形成煤一瓦斯一水三相體系，體系內(nèi)各個介質(zhì)相互作用，使煤的物理化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。煤層注水種類煤層注水按鉆孔深度分深孔注水和淺孔注水。深孔注水是在回采工作面前方進風(fēng)巷或回風(fēng)巷沿煤層傾斜平行于工作面打孔，孔深一般為工作面斜長的2/3，孔徑75?100mm。用水泥漿或橡膠封孔器封孔后，即可開始注水。與淺孔注水相比，深孔注水成本較高，打鉆較困難，只適用于中厚與厚煤層。優(yōu)點是預(yù)濕范圍大，能充分濕潤，而且不影響采煤工作。但在有些礦區(qū)，由于煤層沒有受到破壞，注水較困難，注水量小。煤層注水在煤礦安全中的作用機理及效果1防塵煤層注水是回采工作面最有效的防塵措施。水的除塵機理包括以下 3個方面：(1)濕潤煤體內(nèi)的原生煤塵，使其失去飛揚的能力；有效地包裹煤體的每個細小部分，當(dāng)煤體在開采中破碎時，避免細粒煤塵的飛揚；水的濕潤作用使煤體塑性增強，脆性減弱。當(dāng)煤體受外力作用時，許多脆性破碎變?yōu)樗苄孕巫?，因而大量減少了煤體被破碎為塵粒的可能性，降低了煤塵的產(chǎn)生量。2預(yù)防煤與瓦斯突出

研究和試驗考察表明，注水濕潤煤體，可使煤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化，煤的彈性和強度減小，塑性增大，從而使巷道前方的壓力分布發(fā)生變化，即高壓力向煤體深部轉(zhuǎn)移，壓力集中系數(shù)減小。煤體濕潤后，其透氣性也將成百上千倍的降低，水對瓦斯的運動起到明顯的阻礙效應(yīng)，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降。上述的各種變化，都表明注水濕潤煤體，可以消除或降低煤層的突出危險。3減小工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛让簩幼⑺畬χ卫硗咚沟淖饔茫粌H表現(xiàn)在預(yù)防煤與瓦斯突出，而且也表現(xiàn)在減小工作面生產(chǎn)時回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?，其原因?個。（1） 濕潤煤體中的水分對瓦斯的運動起阻礙作用，使一部分瓦斯在煤體破壞后不涌入采掘空間而是隨煤體被運出工作面。（2） 打孔破壞了煤體內(nèi)原有的煤一瓦斯體系的平衡，注水前后則形成了新的煤一瓦斯一水三相體系，體系的這些變化都會導(dǎo)致瓦斯的涌出。4防治沖擊地壓煤層注水防治沖擊地壓的機理是：高壓注水改變了煤體的裂隙結(jié)構(gòu)，使煤體脆性減弱，塑性增強。促使煤壁前方塑性變形區(qū)（卸壓帶）加寬，使集中壓力區(qū)（彈塑性變形區(qū)）向煤壁深處移動并加寬，減弱了壓力集中程度，緩和了煤體壓力潛能的積聚，從而預(yù)防沖擊地壓的發(fā)生或使其強度減弱。5防火與降溫分層法開采厚或特厚易燃煤層時，在放頂后，向采空區(qū)注水，或在放頂前用水遍灑放頂步距條帶，能起到防火作用。因為注水后煤體的導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量增大，使煤體的溫度不易升高，如果頂板為泥質(zhì)巖石，則此法效果更佳，注水（或灑水）后，冒落的砰石濕潤，膨脹成再生頂板，覆蓋浮煤，減少漏風(fēng)，從而抑制了采空區(qū)的浮煤氧化。陜西崔家溝礦和徐州大黃山礦采用此法防火均取得了良好效果。溫度較低的冷水注入煤體后，由于水有較大的比熱容和汽化潛熱，對高溫工作面的降溫也是有利的。煤層注水工操作規(guī)程一、 鉆機司機要持證上崗，遵章作業(yè)。二、 鉆機下井前，司機首先學(xué)習(xí)注水作業(yè)規(guī)程，掌握后再下井，下井前還要詳細檢查鉆機及配件的完好性，不完好時不得運下井作業(yè)。

三、安裝注水泵及鉆機時，首先要檢查安裝位置處的巷道狀態(tài)，不安全時不準(zhǔn)施工。四、 開鉆前要進行試機，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，然后再開鉆作業(yè)。五、 應(yīng)根據(jù)作業(yè)規(guī)程要求布置鉆孔的間距、方位、傾角、長度。六、 鉆孔時至少兩人一同作業(yè)，開鉆先開水，停鉆后停水。七、 打完鉆孔封孔前，先用清水沖凈孔內(nèi)煤粉，然后再封孔。八、 采用水泥砂漿或封孔器封孔，封孔長度至少為 1米。九、 無論是用靜壓注水還是用動壓注水，都應(yīng)用流量表進行測量，掌握每孔注水量，發(fā)現(xiàn)鉆孔附近煤壁出水及機巷出現(xiàn)水珠時，可停注，隔一段時間后再對該孔注水。十、注水孔超前回采面距離以20-50米為