王 樂

（安徽理工大學(xué) 能源與安全學(xué)院，安徽 淮南232001）

1 水力壓擠防治煤塵機(jī)理

與傳統(tǒng)的采煤工作面煤層注水技術(shù)相比較而言，水力壓擠技術(shù)的防塵機(jī)理十分相似。它們都是將高壓水注入煤體，水可以有效地滲入到煤體的內(nèi)部，使煤體的水分增加，這樣落煤時(shí)煤體所產(chǎn)生的塵量就會(huì)減少。

2 試驗(yàn)工作面概況

蘆嶺煤礦Ⅱ825－2綜放工作面地面標(biāo)高為＋23m，工作面標(biāo)高為－440m～－480m。Ⅱ825－2綜放工作面地面位置位于礦工廣以西，西塌陷區(qū)邊緣，礦專用鐵路南50 m至沱河北150m，蘆四路東50m至孟家溝西10m。該面井下東以工廣保安煤柱線為界；西以DF17斷層為界；南為Ⅱ823工作面采空區(qū)；北為Ⅱ827工作面。走向長度600 m，傾斜110m，面積66000m2。根據(jù)該面機(jī)、風(fēng)巷及附近溜煤眼揭露的資料分析，該面煤層穩(wěn)定，煤層厚度為5.0～10.1m，平均8.06m；煤層結(jié)構(gòu)簡單；工作面煤層呈東部厚、西部相對(duì)較薄的變化趨勢(shì)。老頂為砂質(zhì)泥巖，厚度10～20m，淺灰色，厚層狀，質(zhì)硬；直接頂為采空區(qū)，厚度8.0～10.0m，8＃煤頂分層冒落后的再生頂板；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度1.2～5.0m，深灰色，薄層狀，層理發(fā)育；老底為9＃煤厚度1.8～5.8m，粉砂巖至細(xì)砂巖，灰色，中厚層狀。

3 水力壓擠注水系統(tǒng)

Ⅱ825－2綜放工作面水力壓擠注水系統(tǒng)由高壓水泵、膠管、封孔器、高壓水表、截止閥等組成。采用的是動(dòng)壓高壓注水，水壓最大達(dá)到20MPa。其系統(tǒng)布置如圖1所示。

3.1 注水孔位置

一般來說，煤體不會(huì)是一個(gè)均質(zhì)體，而是一種非均質(zhì)體，它通常由許多不同的煤巖類型的自然小分層所組成，而這些小分層的裂隙率和孔隙率也各不相同。在實(shí)施水力壓擠的過程當(dāng)中，必須選好孔口的位置。通常情況下將注水孔的孔口布置在致密的小分層里，這樣在注水的過程中就不會(huì)造成孔口的破壞，從而防止了泄水的發(fā)生。

Ⅱ825－2綜放工作面跟底板回采，工作面割煤高度為2.0m，放煤高度6.0m，注水孔孔口位置選擇在支架頂梁下300mm。布孔方式采用單排孔布置，上排鉆孔有0°～7°的仰角，便于對(duì)頂煤的濕潤，采用煤電鉆打眼。

3.2 注水孔深度

回采工作面水力壓擠的注水鉆孔的長度為：

式中：L循為回采工作面日循環(huán)進(jìn)度，m；L超為超前注水有效深度，m；為鉆孔仰角。

Ⅱ825－2綜放工作面L循＝1.5～2.0m，L超＝2m，則可計(jì)算出L采＝3.5～4.0m。

由于Ⅱ825－2綜放工作面日進(jìn)尺較少，且使用封孔器長度為1m，為了讓滲水面積足夠大，因而注水孔的深度應(yīng)該大于2m，并且注水孔的深度越大越好；但是注水孔的深度太大時(shí)又會(huì)影響到打孔的效率，且當(dāng)注水孔的深度超過卸壓區(qū)以后，煤體的裂隙將會(huì)減少，從而影響水力壓擠的效果。受制于以上兩種條件，實(shí)驗(yàn)將注水孔深度定為5m。

圖1 Ⅱ825－2綜放工作面水力壓擠量考察孔布置示意

3.3 注水孔之間的距離

實(shí)施水力壓擠需要打鉆，而鉆孔之間的距離應(yīng)該根據(jù)煤層的透水性來確定，通過實(shí)際測(cè)量可以知道水力壓擠的有效半徑R可以并通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：C為相鄰兩注水孔影響區(qū)的壓茬長度，一般取1～2 m。

Ⅱ825－2綜放工作面測(cè)得的有效濕潤半徑為4m，重疊影響長度取2m，則孔間距定為6m。

3.4 封孔深度

在水力壓擠技術(shù)實(shí)施過程中，如何確定注水孔封孔長度是一個(gè)關(guān)鍵。對(duì)于不同的工作面煤層及生產(chǎn)條件來說，往往其封孔長度差別將會(huì)很大。在了解封孔器在鉆孔中的工作原理之后可以得出，如果要實(shí)現(xiàn)封孔的成功，必須關(guān)注于兩點(diǎn)：

（1）在封孔器因?yàn)樽⑺蛎浐竽軌驅(qū)⒖卓谕耆?xì)致的密封，能夠讓水完全注入注水孔中而不外泄；

（2）在注水過程中孔口不會(huì)塌陷。在軟煤層中實(shí)施水力壓擠，提高鉆孔的質(zhì)量可以防止鋼管部分的鉆孔的塌陷；而對(duì)于封孔器部分來說，只要封孔器膨脹后的膨脹壓力小于煤體的強(qiáng)度就不會(huì)壓碎煤體。當(dāng)煤層較軟時(shí)，封孔長度應(yīng)取合理值，經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗(yàn)，得出，當(dāng)封孔深度小于為2m時(shí)，煤壁容易片幫；而大于3m時(shí)，注水孔孔口容易在高壓水的壓擠下塌孔，造成注水結(jié)束后封孔器拔不出來。綜合考慮，封孔深度選擇在2.5m。

4 降塵效果的考察與分析

由現(xiàn)場觀測(cè)可知Ⅱ825－2綜放工作面粉塵主要來源于采煤機(jī)割煤（含裝煤），液壓支架升、降、移過程，頂煤放落，轉(zhuǎn)載點(diǎn)轉(zhuǎn)載。據(jù)研究高位放煤時(shí)放煤口產(chǎn)塵量高于采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵量，中位放煤產(chǎn)塵量與采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵量基本相等，低位放煤產(chǎn)塵量低于采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵量。液壓支架升、降、移過程中，由于支架頂梁與煤接觸，其產(chǎn)塵量大于一般綜采面。

為考察和評(píng)價(jià)Ⅱ825－2綜放工作面水力壓擠的降塵效果，在水力壓擠前后對(duì)該面進(jìn)行了粉塵濃度的測(cè)定（見表1）。

表1 Ⅱ825－2綜放工作面水力壓擠前后粉塵濃度測(cè)定

從表1可以得出如下結(jié)論：

1）從測(cè)定結(jié)果可看出，蘆嶺煤礦Ⅱ825－2綜放工作面采煤機(jī)割煤時(shí)，工作面主要塵源有：采煤機(jī)割煤（含裝煤），液壓支架升、降、移過程中頂煤放落，轉(zhuǎn)載點(diǎn)轉(zhuǎn)載。據(jù)研究，高位放煤時(shí)放煤口產(chǎn)塵量高于采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵量，中位放煤產(chǎn)塵量與采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵量持平，低位放煤產(chǎn)塵量低于采煤機(jī)割煤產(chǎn)塵量。液壓支架升、降、移過程中，由于支架頂梁與煤接觸，其產(chǎn)塵量大于一般綜采面。由于綜放面是多工序連續(xù)作業(yè)，綜放工作面粉塵防治困難較大，應(yīng)予以充分的重視，必須采用有效的防塵措施。

2）據(jù)現(xiàn)場調(diào)查研究及有關(guān)資料分析，蘆嶺礦8＃煤綜放工作面屬于“三軟”煤層，強(qiáng)度低，煤體破碎，煤層裂隙發(fā)育，在回采過程中將會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵；煤的變質(zhì)程度較低，煤質(zhì)揮發(fā)分較低，根據(jù)研究計(jì)算可以知道水煤接觸角較大，因此煤的潤濕性不好，增加了防塵的難度。

3）從水力壓擠前后對(duì)工作面各主要產(chǎn)塵工序粉塵濃度的測(cè)定結(jié)果可以看出：水力壓擠大幅度降低了各生產(chǎn)工序的產(chǎn)塵量，其中采煤機(jī)割煤工序是防塵的重點(diǎn)。在實(shí)施水力壓擠前，采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)10m處粉塵濃度為610.7mg／m3，采煤司機(jī)處粉塵濃度為322.3mg／m3，嚴(yán)重超過國家頒布的煤礦安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，給一線生產(chǎn)工人的身心健康帶來了巨大危害；實(shí)施水力壓擠以后，經(jīng)過測(cè)定割煤時(shí)采煤機(jī)下風(fēng)側(cè)和采煤司機(jī)處粉塵濃度分別降低為93.1mg／m3和59.8mg／m3，降塵率分別達(dá)到84.8%和81.4%。水力壓擠前回風(fēng)巷粉塵濃度也是非常高的，濃度高達(dá)223.3 mg／m3，水力壓擠后全塵濃度降到20.8mg／m3，降塵率為90.7%。

4）布置的6個(gè)測(cè)塵點(diǎn)的降塵率在64.6%～91.1%之間，平均83.3%。煤層水力壓擠的過程中，煤體的內(nèi)水份得到了有效的增加，這樣就使得采落后的煤炭在整個(gè)運(yùn)輸過程中，產(chǎn)塵量都會(huì)降低，與此同時(shí)水力壓擠對(duì)煤炭運(yùn)輸過程中的降塵也有較明顯的效果。

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