1 工作面概況

大淑村礦位于峰峰礦區(qū)東北部，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為125萬(wàn)噸/年。172106綜放工作面走向長(zhǎng)度為613m，傾斜長(zhǎng)度178m，煤層厚度一般為5.5m。該面下伏保護(hù)層174105、174106面，因地質(zhì)構(gòu)造，局部未開(kāi)采，未保護(hù)區(qū)域在回采前均已通過(guò)預(yù)抽煤層瓦斯進(jìn)行了消突。

工作面采至第一段未保護(hù)區(qū)域時(shí)，在工作面采取打瓦斯排放孔進(jìn)行消突和治理瓦斯，但效果不明顯，回采過(guò)程中出現(xiàn)了瓦斯?jié)舛冗_(dá)臨界值，制約了回采速度。工作面回采至第二段未開(kāi)采保護(hù)區(qū)域時(shí)，工作面采取了短臂高壓注水來(lái)消突、滅塵和治理瓦斯，取得了顯著效果。

2 煤層注水技術(shù)治災(zāi)原理

煤層注水具有防治煤與瓦斯突出、治理瓦斯、防滅火、防塵和預(yù)防煤塵爆炸的作用，我國(guó)已將其列入煤礦安全規(guī)程中。

2.1 防治煤與瓦斯突出

煤層高壓注水預(yù)裂防治煤與瓦斯突出技術(shù)措施，是通過(guò)鉆孔向工作面前方煤體實(shí)施高壓注水，以改變煤的力學(xué)性質(zhì)、滲透性質(zhì)及煤層原始應(yīng)力狀態(tài)，也相應(yīng)改變了激發(fā)煤與瓦斯突出的條件，從而達(dá)到消除或減小突出的目的。

2.2 防治瓦斯超限

研究和試驗(yàn)證明：煤體被充分濕潤(rùn)后，水分不僅占去了貯存游離瓦斯的孔隙，可有效釋放出游離態(tài)瓦斯，同時(shí)固體煤分子對(duì)水同樣有吸附能力，使瓦斯從吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x狀態(tài)更加困難，對(duì)吸附瓦斯的涌出起著明顯的阻礙作用。注水過(guò)程結(jié)束后，煤體中瓦斯涌出量和涌出速度都大幅度下降，從而降低了采掘作業(yè)過(guò)程中的瓦斯?jié)舛取?/p>

2.3 防治煤炭自然發(fā)火

煤層注水后水分增加，對(duì)降低煤體溫度、阻止煤炭氧化自燃十分有利。

2.4 防治礦塵危害

高壓水注入煤體后，煤體被破壞，水分有效地包裹了煤體的每一個(gè)部分，煤體內(nèi)大量原生煤塵被濕潤(rùn)并黏結(jié)，可有效消除塵源。水濕潤(rùn)煤體后，煤層由脆性破壞變?yōu)樗苄云茐?，減少了產(chǎn)塵量。

3 172106工作面高壓注水方案

3.1 注水壓力的確定

煤層注水初期以壓裂造成煤體破壞和松動(dòng)為主，要求注水壓力大于上覆巖層的靜水壓力； 后期則以滲透方式濕潤(rùn)軟化煤體為主，要求水壓低于上覆巖層的靜水壓力。根據(jù)本工作面多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定，注水初期壓力定為10-12Mpa，以便有效地壓裂和松動(dòng)煤體；待聽(tīng)到煤體里的煤炮聲后將注水壓力降至5-7Mpa以下，以方便將水盡量多地水注入到煤體當(dāng)中，起到最有的注水效果。

3.2 注水時(shí)間的確定

根據(jù)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)及時(shí)改變注水壓力，可有效延長(zhǎng)注水時(shí)間。

3.2.1 維持注水初期壓力10-12Mpa，約十幾分鐘左右，所注水便會(huì)滲透到工作面，達(dá)不到最優(yōu)的注水效果。

3.2.2 先用高壓即10-12Mpa注水一段時(shí)間后，待聽(tīng)到煤炮聲降低注水壓力，可有效延長(zhǎng)注水時(shí)間，增大注水量。根據(jù)多次注水時(shí)間測(cè)定，每個(gè)注水孔的總體注水時(shí)間確定為30min左右可達(dá)最優(yōu)注水效果。

3.3 注水孔的布置及封孔

3.3.1 注水孔的布置

運(yùn)料巷下幫往下5m至溜子道上幫往上5m。注水孔間距為5m一個(gè)，孔深不少于15m，孔徑為？準(zhǔn)75mm，注水孔距煤層底板均不得低于1.2m，為方便排鉆屑，鉆孔應(yīng)有1°-3°仰角。

為避免串孔，延長(zhǎng)注水時(shí)間，提高注水效果，第一天要求注水孔打設(shè)位置在工作面煤壁的下部，第二天在中部，第三天在上部，三天一循環(huán)，且第二天的注水孔打設(shè)在第一天注水孔的兩個(gè)孔中間位置。

3.3.2 注水孔的封孔

封孔長(zhǎng)度：根據(jù)在上一工作面注水實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若注水孔封孔長(zhǎng)度過(guò)短，比如封3-4m，會(huì)導(dǎo)致注水后的煤壁酥軟、片落，對(duì)回采生產(chǎn)不利；本次煤層注水要求使用專用封孔器封孔，注水孔封孔長(zhǎng)度不得少于10m，效果表明，該距離有效保護(hù)了煤壁的完整性，保證了工作面的正?；夭?。

4 注水效果分析

4.1 防治煤與瓦斯突出方面

采用該注水方案后，有效地降低了工作面的預(yù)測(cè)指標(biāo)，數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果下圖1。

注水消突后的預(yù)測(cè)指標(biāo)比較與之前通過(guò)打設(shè)超前瓦斯排放孔消突后指標(biāo)相比，相差不大，下表為2013年5月上旬過(guò)第一段未保護(hù)區(qū)（瓦斯排放孔消突）與2013年10月下旬過(guò)第二段未保護(hù)區(qū)域（注水消突）的工作面預(yù)測(cè)指標(biāo)對(duì)比圖2。

圖2表明采用該煤層注水方案可有效降低煤層突出危險(xiǎn)性，可達(dá)到與打設(shè)瓦斯排放孔相當(dāng)?shù)男Ч?/p>

4.2 治理工作面回采期間瓦斯的效果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：

4.2.1 10月26日生產(chǎn)單位檢修班工作程序時(shí)間：0：00-2：00打設(shè)注水孔，2：00-6：00煤壁注水，圖3為注水前后當(dāng)天檢修班煤壁瓦斯變化情況。

圖3表明注水期間煤壁瓦斯?jié)舛壬仙思s0.2%，此時(shí)工作面風(fēng)量為1600m3/min，故風(fēng)排瓦斯量增加3.2m3/min左右，表明注水過(guò)程中有效地釋放出了煤層中原本的游離瓦斯。

4.2.2 注水前后172106上順槽的高位瓦斯抽放孔效果有了明顯的提高，瓦斯抽放鉆孔的的抽放濃度由原來(lái)的14%左右上升到35%左右，瓦斯抽放量為7m3/min，故利用煤層注水預(yù)裂技術(shù)后工作面增加的抽放純量為7×（35%-14%）=1.47m3/min。

4.2.3 注水后回采期間，尤其是在未保護(hù)段回采期間，通過(guò)與之前打瓦斯排放孔比較發(fā)現(xiàn)，工作面上隅角和回風(fēng)瓦斯有明顯的降低，我們截取了過(guò)第一段未保護(hù)區(qū)域5月6日與過(guò)第二段未保護(hù)區(qū)域期間10月26日全天上隅角和回風(fēng)的瓦斯數(shù)據(jù)對(duì)比情況，對(duì)比數(shù)值見(jiàn)圖4、圖5。

根據(jù)圖4、5中數(shù)據(jù)顯示，采取煤層注水技術(shù)后在未保護(hù)段回采期間回風(fēng)瓦斯?jié)舛燃s為0.4%-0.5%，相較與采用打設(shè)瓦斯排放孔技術(shù)回采期間的0.6%-0.7%，有明顯的降低；而通過(guò)對(duì)上隅角瓦斯?jié)舛葘?duì)比分析可知，采用煤層注水技術(shù)后工作面回采期間上隅角瓦斯?jié)舛任闯霈F(xiàn)達(dá)到臨界值，確保了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

4.3 防治煤塵方面

生產(chǎn)過(guò)程中雖采取了綜合防塵措施，但沒(méi)有達(dá)到預(yù)期要求。采取注水后取得了明顯效果，通過(guò)對(duì)運(yùn)料巷回風(fēng)側(cè)5M、運(yùn)料巷回風(fēng)眼水幕后等5個(gè)地點(diǎn)采樣，注水后比注水前，粉塵濃度降低了51.2%。同時(shí)割煤期間煤機(jī)附近明顯發(fā)現(xiàn)不再產(chǎn)生煤塵飛揚(yáng)。

5 效益分析

5.1 在防止煤與瓦斯突出方面，煤層注水孔與打瓦斯排放孔效果相當(dāng)

就該工作面，煤層注水鉆孔布置了35個(gè)，按要求瓦斯排放孔需布置136個(gè)，相比減少了101個(gè)孔。工作面分段打釋放孔每天打一半，兩天一個(gè)大循環(huán)，每個(gè)孔需0.45個(gè)工，減少101個(gè)孔少用工45個(gè)，每工220元。每天節(jié)約用工成本為：45×220÷2=4950元，該面三處未保護(hù)段需打鉆53天，總計(jì)節(jié)約人工成本：4950×53=26.2萬(wàn)元。

5.2 未保護(hù)段注水與打鉆治理瓦斯對(duì)回采影響比較

一是，打瓦斯排放孔工作量大，一般需要兩個(gè)班次，只能單班生產(chǎn)；二是，在治理瓦斯上效果不如注水效果，時(shí)有瓦斯?jié)舛绕?，影響生產(chǎn)進(jìn)度。故每天回采進(jìn)度僅為1刀煤 。采用煤體注水治理瓦斯克服了上述缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了每天兩班生產(chǎn)割3刀煤。每天可多出2刀煤，產(chǎn)量2800噸。

6 結(jié)論

6.1 煤層注水技術(shù)作為當(dāng)今煤礦井下較為成熟的治災(zāi)技術(shù)，大淑村礦在本礦主采工作面研究并選用了適合本礦特點(diǎn)的工藝及參數(shù)，為該礦防止煤與瓦斯突出、治理瓦斯、防治煤炭自然發(fā)火、減小粉塵危害探索出了新的途徑和方法，并對(duì)我礦今后的防災(zāi)治災(zāi)工作提供了長(zhǎng)遠(yuǎn)的指導(dǎo)，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6.2、煤層注水不僅可作為局部防災(zāi)治災(zāi)措施，也可作為區(qū)域性安全技術(shù)措施，為保證防災(zāi)治災(zāi)效果，應(yīng)合理選擇和確定注水參數(shù)，并對(duì)注水效果進(jìn)行考察和驗(yàn)證。

6.3 與其它災(zāi)害治理技術(shù)相比，煤層注水技術(shù)工程量相對(duì)較小，施工工藝簡(jiǎn)單，工效高，效果好，是一種安全、高效、經(jīng)濟(jì)、適用的綜合防災(zāi)治災(zāi)措施。

[責(zé)任編輯：謝慶云]