摘要：煤開(kāi)采過(guò)程中，復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的防治工作是必不可少的，煤層注水技術(shù)防治動(dòng)力災(zāi)害是各煤礦開(kāi)采普遍采用的技術(shù)手段，但注水效果的保證一直是個(gè)難題，本文通過(guò)對(duì)注水防治復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理的探究，為煤層開(kāi)采工作提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煤層注水；沖擊地壓；瓦斯突出

1 緒論

許多年來(lái)，煤層注水技術(shù)一直普遍應(yīng)用于開(kāi)采防災(zāi)工作，研究發(fā)現(xiàn)，煤層水滲流作用下能夠濕潤(rùn)煤體，增加其含水率，改變煤體的物理力學(xué)性質(zhì)，從而可以改變煤層的應(yīng)力場(chǎng)，煤層注水主要用于降塵，防治沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害防治。一直以來(lái)，眾多學(xué)者都對(duì)注水防治動(dòng)力災(zāi)害做過(guò)大量研究，煤層注水防治動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理較為復(fù)雜，所以對(duì)機(jī)理的研究現(xiàn)在還不完善，本文對(duì)機(jī)理研究做了概述。[13]

2 注水防沖擊地壓機(jī)理研究

從宏觀上講，煤層注水是為了濕潤(rùn)煤體，使煤體的含水率增加，或者說(shuō)使煤層中含水飽和度增加，從而可以使煤的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，達(dá)到對(duì)沖擊地壓的防治。從微觀角度看，煤是一種多孔隙裂隙介質(zhì)，含有大量的裂縫和孔隙。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，如果把含水率小的較干煤樣進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，當(dāng)煤樣受到破壞時(shí)，煤樣逐漸破碎并達(dá)到了強(qiáng)度極限時(shí)，煤樣就會(huì)突然劇烈破壞，試驗(yàn)機(jī)就會(huì)完全卸壓，這就是煤體不穩(wěn)定失效，導(dǎo)致沖擊地壓發(fā)生的原因。這種現(xiàn)象是由于煤體含水率較低，媒體中一般含有兩種狀態(tài)的流體，液體和氣體，兩種流體存在比例關(guān)系，當(dāng)水占比較小時(shí)，煤體含水率低，即飽和度比較低，水不能大面積的附著在煤層中，雖然水是濕潤(rùn)流體，但對(duì)于煤層的作用不大。以上描述是煤層中煤體普遍現(xiàn)象，改變其隱患必須加以措施。

當(dāng)水注入煤層的孔隙和裂縫時(shí)，孔隙和裂縫中的氣體逐漸被水驅(qū)走，水分逐漸增加，或者水飽和度逐漸增加。當(dāng)水是煤的濕潤(rùn)流體時(shí)，它被孔的內(nèi)外表面和煤的裂縫吸收，水的潮濕區(qū)域逐漸增加，直到被水完全潤(rùn)濕，在煤的孔隙和裂縫的表面上形成水膜。當(dāng)水膜增加到一定厚度并保持一定時(shí)間后，在水對(duì)煤的復(fù)雜物理和化學(xué)作用的作用下，煤顆粒之間的結(jié)合力降低，煤顆粒接觸表面上的摩擦力減小，煤性質(zhì)改變，并且沖擊傾向降低。如果在實(shí)驗(yàn)機(jī)器上測(cè)試用水注入的煤層樣品，當(dāng)含水率比較高的煤樣進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，煤樣發(fā)生破壞失穩(wěn)時(shí)，不會(huì)發(fā)生猛烈的破壞現(xiàn)象，而是以堅(jiān)硬的狀態(tài)繼續(xù)使實(shí)驗(yàn)機(jī)工作，實(shí)驗(yàn)機(jī)不會(huì)完全卸壓。這就是地下煤巖發(fā)生破壞而不發(fā)生沖擊地壓的原因。因此，通過(guò)向煤層注水，對(duì)沖擊地壓的防治與控制非常重要。

如果水不是煤的潤(rùn)濕液，而氣體是煤的潤(rùn)濕液，則煤顆粒的表面會(huì)被氣體潤(rùn)濕，即使含水量高甚至充滿水，也會(huì)形成氣膜。氣膜將煤與水分離，使水與煤不能接觸起作用，也不能改變煤層的性質(zhì)，注水不能起到防治沖擊地壓的作用。在這種情況下，可以將潤(rùn)濕劑添加到水中以使煤對(duì)水的親和力大于煤對(duì)氣體的親和力，并且水變成潤(rùn)濕液，其可以起到防止和控制沖擊地壓的作用。

3 注水防治瓦斯突出機(jī)理研究

3.1 注水對(duì)煤體力學(xué)性質(zhì)的影響

當(dāng)水進(jìn)去煤層中時(shí)，水的狀態(tài)分為兩種。一種是以分子形式被煤的孔隙所吸附，與煤的內(nèi)表面緊緊連接；另一種形式是以自由的狀態(tài)存在于煤的裂縫和孔洞中。

煤層的不均勻結(jié)構(gòu)常常導(dǎo)致突出的發(fā)生，不均勻結(jié)構(gòu)是指煤層的各個(gè)分層具有不同的機(jī)械性能。一般來(lái)說(shuō)，煤的強(qiáng)度比較大，內(nèi)含的彈性勢(shì)能也非常大。當(dāng)煤開(kāi)采時(shí)，煤層被破壞，彈性能就會(huì)瞬間釋放，造成的破壞非常大。但如果煤的塑性比較大，當(dāng)煤體受到破壞時(shí)，就會(huì)通過(guò)溫和的變形來(lái)抵消能量的釋放。

煤層注水后，煤的孔隙中的水分增加，煤體內(nèi)的結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系減弱了，降低了煤的抗壓強(qiáng)度，這是由于煤內(nèi)部分子間的聯(lián)系減弱，并且還因?yàn)槊侯w粒發(fā)生位移導(dǎo)致顆粒間力學(xué)沖突減小，水其實(shí)在中起到潤(rùn)滑劑的作用。注水后，水能使煤體彈性降低，塑性增強(qiáng)，減少了應(yīng)力過(guò)于集中。當(dāng)采掘過(guò)程中，煤層被破壞，發(fā)生的是塑性形變，大大降低了發(fā)生突出的危險(xiǎn)。

3.2 注水對(duì)煤體對(duì)瓦斯解吸與運(yùn)移規(guī)律的影響

煤層中，存在著大量瓦斯，有的是游離態(tài)而有的是吸附狀態(tài)。但無(wú)論哪種狀態(tài)，都是發(fā)生突出的主要因素。煤層中水對(duì)于瓦斯存在兩種矛盾的作用。一方面，水可以降低煤層中瓦斯的滲流和擴(kuò)散速度，減少了瓦斯的排出量。另一方面，水可以進(jìn)入微孔隙，占據(jù)了瓦斯的位置，使瓦斯被擠出，增加了瓦斯的排出量。其實(shí)，這兩種作用都降低瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)。如果在大面積濕煤層中，水對(duì)瓦斯的加速排除作用較大；如果在濕潤(rùn)程度不大的煤層中，水對(duì)瓦斯的阻礙作用較大。在實(shí)際工作中，工作面一般區(qū)域很大，注水主要對(duì)瓦斯起到阻礙作用。

注水后，水在煤層中處滲流狀態(tài)，滲流過(guò)程是依靠著煤的表面分子力、水的滲流壓力和毛細(xì)管力進(jìn)行的，從而使水能夠進(jìn)入煤孔隙中。這就是水驅(qū)氣過(guò)程，液體占據(jù)了瓦斯的位置，降低了瓦斯的滲流速度，并且部分瓦斯會(huì)吸附在水中，進(jìn)而消除或降低了煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)。

4 結(jié)論

煤層注水工作中，通過(guò)水的滲流來(lái)濕潤(rùn)煤體，使煤體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且使煤體的抗壓強(qiáng)度與彈性勢(shì)能降低，依據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，注水能減弱沖擊傾向性，有效防治了沖擊地壓、煤與瓦斯突出。并且煤層水滲流能吸附瓦斯、減小瓦斯的擴(kuò)散和滲流速度，進(jìn)一步降低了瓦斯突出危險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]翟明華，姜福興，齊慶新，郭信山，劉懿，朱斯陶.沖擊地壓分類防治體系研究與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2017，42（12）：31163124.

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作者簡(jiǎn)介：謝寧（1993），男，遼寧撫順人，在讀碩士研究生，研究方向：環(huán)境地質(zhì)學(xué)。