摘要：根據(jù)山西壽陽(yáng)段王煤業(yè)集團(tuán)段王掘進(jìn)礦工作面煤層狀況，通過(guò)合理利用掘進(jìn)工作面迎頭淺孔抽放鉆孔，進(jìn)行煤層注水施工工藝，優(yōu)化煤層注水參數(shù)，加強(qiáng)煤層注水管理，使掘進(jìn)工序產(chǎn)塵量大幅度降低，收到了良好的效果。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)工作面? 利用? 淺孔抽放鉆孔? 煤層注水? 降塵

0 引言

掘進(jìn)工作面作業(yè)地點(diǎn)相對(duì)狹小，各工序交叉作業(yè)、平行作業(yè)較多，高瓦斯礦井中又常用了工作面迎頭淺孔預(yù)抽工藝，因此，科學(xué)優(yōu)化掘進(jìn)工作面煤層注水措施尤為重要，利用工作面淺孔預(yù)抽后廢棄鉆孔，進(jìn)行短壁煤層注水，增加煤的水分，從而減少煤層掘進(jìn)工過(guò)程中煤塵的產(chǎn)塵量。原生煤塵處在煤體內(nèi)部的縫隙中，在和水進(jìn)行混合后，就會(huì)發(fā)生粘結(jié)，這種情況下，在煤塊破碎時(shí)，就會(huì)大大降低煤塵的飛揚(yáng)能力，這樣就可以減少塵源。在開(kāi)采煤體時(shí)，煤體受到破壞的表面，凹陷的地方，容易有水積存，這樣也可以在很大程度上，煤體細(xì)微顆粒的飛揚(yáng)，減少浮塵。從一些實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的具體情況來(lái)看：當(dāng)煤層的含水量達(dá)到4%時(shí)，煤塵的將減少80%，其除塵效果是比較理想的。

1 煤層注水實(shí)踐

1.1 工作面概況 150405掘進(jìn)工作面煤層厚度為3.19～5.02m，平均厚度4.31m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝。煤層瓦斯含量8.27m3/t，自然發(fā)火期為70天，煤層原生水分為3.12%，煤層總的孔隙率為2.68%，煤塵爆炸指數(shù)為6.788Mpam/s，具有爆炸危險(xiǎn)性，局部煤質(zhì)松軟、破碎。

1.2 工作面鉆孔布置 受采動(dòng)影響，原始煤體及圍巖應(yīng)力重新分布，形成卸壓區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)。在卸壓區(qū)內(nèi)煤層膨脹變形，透氣系數(shù)大大增加。使用ZQS-150/28型氣動(dòng)鉆機(jī)，施工直徑為Φ69mm鉆孔。鉆孔布置在該區(qū)域內(nèi)，對(duì)淺孔瓦斯抽采及掘進(jìn)工作面短壁注水均有較好的效果。

若瓦斯抽放鉆孔與注水鉆孔分別施工，一方面增加了施工鉆孔數(shù)量，另一方面，抽放鉆孔與注水必須分開(kāi)施工，若同時(shí)施工，會(huì)造成抽放鉆孔內(nèi)水量增加，影響抽放效果，而受抽放負(fù)壓影響，煤體注水壓力也相應(yīng)受到影響。煤層內(nèi)的瓦斯壓力是注水的附加阻力。水克服瓦斯壓力后才是注水的有效壓力，掘進(jìn)工作面進(jìn)行了淺孔預(yù)抽后，瓦斯壓力降低，再進(jìn)行煤層注水，可取得更好濕潤(rùn)效果。

150405掘進(jìn)工作面利用原淺孔迎頭抽放鉆孔作為煤層注水孔，鉆孔參數(shù)見(jiàn)表1，布置方式見(jiàn)圖1。

表1? 鉆孔施工參數(shù)表

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工作面采用“四六制”，即：兩班掘進(jìn)，一個(gè)班施工鉆孔，并開(kāi)始進(jìn)行瓦斯抽放，一個(gè)班實(shí)施煤層注水。每天掘進(jìn)量控制為10m，留有4m的鉆孔超前距，即：抽采、注水14m掘進(jìn)10m，抽采、注水與掘進(jìn)交替進(jìn)行。單孔抽放時(shí)間于6小時(shí)，單孔注水時(shí)間3～4小時(shí)。

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圖1? 掘進(jìn)工作面迎頭鉆孔布置

1.3 封孔工藝 煤層注水的效果很大程度上取決于封孔方法及封孔質(zhì)量，工作面鉆孔又是二次使用，故對(duì)淺孔抽放時(shí)期的封孔進(jìn)行了優(yōu)化，均選擇使用ZF-B51橡膠封孔器。橡膠注水封孔器由內(nèi)膠層、增強(qiáng)層、中膠層、外膠層組成。橡膠注水封孔器在承受內(nèi)部正向壓力下，管體長(zhǎng)度縮短，直徑變大呈膨脹狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)封孔功能。

1.4 注水參數(shù) 煤層注水濕潤(rùn)效果的參數(shù)主要是注水壓力、流量和注水時(shí)間。一般應(yīng)以在較低的注水壓力情況下保持足夠的流量和較長(zhǎng)的注水時(shí)間為宜。注水系統(tǒng)有靜壓、動(dòng)壓之分，靜壓注水系統(tǒng)簡(jiǎn)單，直接將注水管通過(guò)膠管和閥門(mén)與供水管道連接即可進(jìn)行注水，而動(dòng)壓注水是在靜壓滿足不了注水壓力的要求時(shí)，通過(guò)設(shè)加壓泵增壓注水，動(dòng)壓注水系統(tǒng)又分單孔注水系統(tǒng)和多孔注水系統(tǒng)。根絕150405掘進(jìn)工作面實(shí)際情況，采用高壓5D-2/50型注水泵煤層動(dòng)壓注水，泵與孔之間選用通過(guò)分流器（流量調(diào)節(jié)閥）鋼管和高壓水膠管連接，并配備DC-2/150高壓水表，注水泵工作壓力為150kg/cm3，流量為2m3/h，對(duì)工作面6個(gè)鉆孔進(jìn)行同時(shí)注水，注水時(shí)間一般為4h左右。

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圖2? 掘進(jìn)工作面短壁注水系統(tǒng)圖

2 煤層注水作用及效果

2.1 降塵效果 在對(duì)煤層進(jìn)行注水之后，可以檢測(cè)出，水分升高，平均升高值為1.14%，達(dá)到4.26%。通過(guò)對(duì)煤層進(jìn)行注水，可以大大減少粉塵，其發(fā)揮除塵抑塵的作用的主要原理如下：煤體縫隙在吸收水分之后，可以在很大程度上粘結(jié)大量煤塵，這就大大降低了煤塵的擴(kuò)散能力。在煤體開(kāi)采過(guò)程中，加水之后，煤層濕潤(rùn)，在受到挖煤機(jī)的破碎之后，由于水分含量較多，從而使得煤體的可塑性增強(qiáng)，其脆性減弱，物理性質(zhì)得到一定的改變，這也就從源頭上減少了煤塵的形成。

注水前、后各工序粉塵濃度對(duì)比，如表2。

表2

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2.2 抑制工作面瓦斯的涌出 通過(guò)對(duì)煤層進(jìn)行注水，可以在很大程度上降低瓦斯的涌出量，這主要是因?yàn)?，在注水過(guò)程中，高壓水在穿透瓦斯氣體的壓力之后，進(jìn)入煤層，這就在很大程度上阻止了瓦斯氣體的涌出。根據(jù)150405掘進(jìn)工作面瓦斯涌出情況，注水后工作面瓦斯?jié)舛绕骄陆盗?8%左右，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛然窘档蜑?%。

2.3 其他效果 煤層注水以后還能取得以下各種效果：降低煤的硬度，軟化煤體，降低切割和破碎能量，降低截齒的消耗，提高了生產(chǎn)效率;減少設(shè)備的破壞。測(cè)定表明，煤層水分在原基礎(chǔ)上增加0.8%～2%可使煤的單軸抗壓程度降低14%～32%，節(jié)能顯著。

3 結(jié)論

①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。掘進(jìn)工作面淺孔鉆孔的布置處于卸壓區(qū)內(nèi)煤層膨脹變形，透氣系數(shù)大大增加，利用掘進(jìn)工作面淺孔抽放鉆孔開(kāi)展短壁煤層注水，淺孔預(yù)抽降低了煤層中瓦斯壓力，煤層裂隙內(nèi)的游離瓦斯得到抽采，為煤層注水減小了壓力，提高了煤層注水效果。②實(shí)踐證明：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，并在煤塊表面形成一層水霧膜兒，延遲了瓦斯解吸釋放時(shí)間，大大降低了掘進(jìn)期間瓦斯涌出量。③煤層注水工作關(guān)鍵在于鉆孔深度和封孔質(zhì)量上，必須大力推廣應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，借鑒先進(jìn)單位經(jīng)驗(yàn)，提高煤層注水效果，從根源上杜絕煤塵事故。

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作者簡(jiǎn)介：郜艷麗（1987-），女，吉林遼源人，本科學(xué)歷，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，2010年至今任遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，從事礦井通風(fēng)、礦井防塵、煤礦安全等學(xué)科的教學(xué)與研究。曾主編吉林大學(xué)出版的教材《礦塵防治》，參編吉林大學(xué)出版的教材《采礦學(xué)》一書(shū)。