安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)集團(tuán) 紅嶺煤業(yè)有限責(zé)任公司 金明乾

煤層注水對(duì)回采工作面瓦斯防治的作用

安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)集團(tuán) 紅嶺煤業(yè)有限責(zé)任公司 金明乾

隨著煤礦采深向深部延伸，采煤工藝正朝著機(jī)械化方向發(fā)展?；夭善陂g，回采速度的加快，工作面的瓦斯涌出量也逐漸增大。如何減小回采期間工作面的瓦斯涌出量，已成為制約煤礦生產(chǎn)的一大難題。煤體是一種多孔性固體，既有成煤過(guò)程中產(chǎn)生的原生孔隙，也有成煤后的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的大量孔隙和裂隙。這些孔隙形成了很大的自由空間，使得成煤過(guò)程中產(chǎn)生的瓦斯以游離和吸附兩種形態(tài)存在于孔隙表面。游離狀態(tài)又稱為自由狀態(tài)，這種狀態(tài)的瓦斯以自由氣體形態(tài)存在于煤層孔隙中，其分子可自由運(yùn)動(dòng)，并服從自由氣體定律。針對(duì)游離狀態(tài)瓦斯在煤體中的這一性質(zhì)，可在煤層中施工若干鉆孔，通過(guò)鉆孔將水注入煤墻中，利用瓦斯難溶于水的這一特性，將煤層的瓦斯提前排放出來(lái)，從而減小回采期間瓦斯的涌出量。

一、煤層注水實(shí)踐

1.工作面概況。15181工作面走向長(zhǎng)580 m，傾向長(zhǎng)130 m，煤層傾角平均17°，煤層最厚處6.6 m，最薄處6.2 m，采煤工藝為單一煤層一次采全高走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤回采，頂板控制采用全部垮落法?；夭善陂g工作面正常涌水量28 m3/h，最大涌水量 50 m3/h。煤層孔隙率為4.9%，煤塵爆炸指數(shù)為17.92%。

2.注水孔布置。沿工作面傾斜方向每隔6 m打1個(gè)頂眼、1個(gè)中眼、2個(gè)注水孔（2個(gè)注水眼應(yīng)錯(cuò)開3 m），頂眼靠頂梁下0.2 ～ 0.4 m朝煤壁打孔，傾角為＋45°方向角左偏10°。中眼距煤墻底板1.5 m，中眼傾角為垂直于煤墻方向–10°，鉆孔深度為5 m。

3.打眼。使用氣動(dòng)錨頭鉆，鉆桿采用可接加長(zhǎng)麻花型鉆桿。

4.封孔。使用快速封孔器封孔，封孔器裝在注水孔1.5 m處進(jìn)行膨脹封孔。

5.注水設(shè)備及注水時(shí)間。采用工作面液壓支架水管注水。工作面煤壁可同時(shí)注2個(gè)孔，即2個(gè)孔為1組，每組注水時(shí)間應(yīng)以煤壁明顯出現(xiàn)濕潤(rùn)為終止注水工作的標(biāo)準(zhǔn)。

6.注水參數(shù)。注水水壓不得小于2 MPa（在瓦斯壓力較大的地段注水時(shí)，應(yīng)提高注水壓力）。

7.注水循環(huán)及勞動(dòng)組織。

（1）每天在檢修班集中進(jìn)行注水。

（2）打眼工作由2個(gè)人協(xié)作進(jìn)行，打眼前先對(duì)煤壁進(jìn)行敲幫問(wèn)頂，找掉活煤塊，防止片幫及冒落傷人。再詳細(xì)檢查打眼周圍支架情況，無(wú)問(wèn)題方可實(shí)施打眼工作。

（3）打眼必須按順序由下向上進(jìn)行。

（4）工作面注水工作應(yīng)在采煤工作前2 h注水完閉。

二、煤層注水效果

煤層注水降低瓦斯涌出量的效果十分明顯。這是因?yàn)樽⑺畷r(shí)，高壓水需克服瓦斯壓力后才能注進(jìn)水，水改變了煤的力學(xué)性質(zhì)，增加了煤的可塑性，降低了煤彈性模量，使煤體內(nèi)的應(yīng)力分布均勻化，彈性能釋放的速度變小，從而降低了瓦斯的釋放速度。具體來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.可以有效降低測(cè)試鉆孔附近的瓦斯?jié)舛?。注水孔未注水前，?jīng)測(cè)試鉆孔上、下側(cè)2 m左右位置瓦斯?jié)舛燃s2.8%；注水2 h后，同一個(gè)注水孔上、下側(cè)2 m左右位置瓦斯?jié)饨档椭?.0%左右。

2.可以有效降低回采期間工作面上隅角和回風(fēng)巷中的瓦斯?jié)舛取Ｎ醋⑺?，回采期間15181工作面上隅角的瓦斯?jié)舛缺３衷?.6% ～ 0.7%，回風(fēng)巷中的瓦斯?jié)舛葹?.4%，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)的進(jìn)行；注水后，15181工作面回采期間上隅角的瓦斯?jié)舛冉禐?.3% ～ 0.4%，回風(fēng)巷中的瓦斯?jié)舛冉档椭?.2%左右。

3.其他效果。注水具有滅塵效果；可以降低煤的硬度，軟化煤體，減少切割和破碎煤層所需的能量，從而減小設(shè)備的損耗，提高生產(chǎn)效率。

三、影響煤層注水效果的因素

1.煤層裂隙、孔隙程度直接影響煤層注水量。煤層的裂隙越發(fā)育，越易注水 ；煤質(zhì)較硬的工作面，裂隙不發(fā)育，注水時(shí)很困難；注水后撥孔時(shí)會(huì)出現(xiàn)回水現(xiàn)象。但是當(dāng)出現(xiàn)一些較大的裂隙（如斷層 、破裂面等）時(shí)，注水易散失于遠(yuǎn)處或煤體之外，對(duì)注水不利。

2.地壓的集中程度與煤層注水難易程度也有直接關(guān)系若。煤層裂隙不發(fā)育，原生裂隙和孔隙被壓緊得更小，導(dǎo)致煤層透水性能降低，注水困難。15181工作面煤質(zhì)松軟，裂隙較發(fā)育，無(wú)沖擊傾向性，注水較易。煤層全水分都在4.5% 以上。為提高注水效果，需要提高注水壓力。有關(guān)試驗(yàn)表明，在該工作面注水壓力超過(guò)一定值后，煤體裂隙會(huì)變大，水分散失嚴(yán)重；水分散失過(guò)多后，注水壓力會(huì)開始變小，反而起不到注水的效果，并且水會(huì)從錨桿或煤體裂隙中噴出，給回采工作造成極大不便。因此，15181工作面注水壓力以不超過(guò)2.5 MPa為宜。

四、提高煤層注水效果的改進(jìn)措施

1.采用間歇注水。間歇注水能使水充分滲入煤層，提高注水效果。

2.使用濕潤(rùn)劑。濕潤(rùn)劑可以使水的表面活化，降低水的表面張力系數(shù)，進(jìn)而提高水濕潤(rùn)煤的能力。

3.合理選擇超前注水距離。選擇合適的超前注水距離，有利于煤層注水和提高煤層濕潤(rùn)效果 。

五、結(jié)論

由于注水時(shí)水從煤體的裂隙和孔隙中擠走大量的游離瓦斯，還能延長(zhǎng)吸附狀態(tài)瓦斯的是釋放時(shí)間，大大降低了煤層開采時(shí)的瓦斯涌出量。另外，在高瓦斯礦井煤層注水能使煤質(zhì)變軟，增加塑性，從而減少?zèng)_擊，降低煤與瓦斯的突出次數(shù)。