徐新華

（山西大同煤礦集團(tuán)馬脊梁礦，山西 大同 037001）

2208 巷位于C3#二盤區(qū)，沿C3#煤層底板掘進(jìn)，采用綜掘方式，工作面標(biāo)高為846～878m。巷道設(shè)計(jì)高度為3.7～4.0m，寬度為5.4m，設(shè)計(jì)長度為2374m，煤層傾角1°～4°，平均2°。C3#煤層原始瓦斯含量為5.6 m3/t，瓦斯絕對(duì)涌出量2m3/min，煤塵有爆炸危險(xiǎn)性，煤層自然發(fā)火期84d。礦井在回采工作面采用順層鉆孔、掘進(jìn)工作面采用水平長鉆孔對(duì)瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。

雖然在礦井風(fēng)井處配備有600m3水池，用于井下采掘、運(yùn)輸?shù)确缐m、噴霧，同時(shí)在2208 綜掘工作面按照相關(guān)要求鋪設(shè)噴霧降塵管路，在掘進(jìn)機(jī)上安設(shè)有內(nèi)、外噴霧裝置，在掘進(jìn)巷道布置凈化水幕，皮帶輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)有噴霧除塵裝置，但是在巷道掘進(jìn)過程中粉塵仍超標(biāo)，給巷道掘進(jìn)安全帶來不利影響。因此，決定在2208 綜掘工作面前方掘進(jìn)煤層中進(jìn)行注水降塵。

1 掘進(jìn)面煤層注水設(shè)計(jì)

1.1 注水管路

在掘進(jìn)迎頭注水水源為鋪設(shè)至掘進(jìn)迎頭的靜壓水管，注水封孔器為長度1m 的煤層注水器封孔。為了確定注水水量，在注水管路中安設(shè)高精度流量計(jì)。具體的掘進(jìn)迎頭注水管路連接情況如圖1所示[1]。

圖1 掘進(jìn)迎頭注水管路連接示意圖

1.2 注水鉆孔布置

綜合考慮瓦斯抽采鉆孔、煤質(zhì)、巷道掘進(jìn)斷面以及煤層注水時(shí)間等因素對(duì)注水鉆孔影響，在掘進(jìn)工作面迎頭布置的注水鉆孔如圖2 所示。其中9 號(hào)注水鉆孔為測(cè)試鉆孔，確定注水后的煤層浸潤范圍。為了避免注水鉆孔與瓦斯抽采鉆孔間出現(xiàn)竄孔，布置的注水鉆孔應(yīng)盡量平行于瓦斯抽采鉆孔[2-3]。具體注水鉆孔參數(shù)見表1。

圖2 注水鉆孔布置示意圖

表1 注水鉆孔參數(shù)

1.3 注水工藝

（1）將掘進(jìn)工作面注水管路、注水封孔器等設(shè)備連接好，在掘進(jìn)迎頭不同位置取4 個(gè)煤樣，具體取樣位置如圖3 所示。

圖3 取樣位置示意圖

（2）在掘進(jìn)工作面施工注水鉆孔（孔徑42mm），一個(gè)注水鉆孔施工完畢后立刻采用封孔器封孔注水，同時(shí)開始鉆進(jìn)下一個(gè)注水鉆孔。在掘進(jìn)迎頭共施工8 個(gè)注水鉆孔，每一個(gè)注水鉆孔的注水時(shí)間不小于60min。

（3）注水結(jié)束后開始進(jìn)行掘進(jìn)，每掘進(jìn)1.6m后測(cè)定粉塵產(chǎn)生量，并按照?qǐng)D3 位置取煤樣。

2 注水半徑確定

為了考察在掘進(jìn)工作面注水時(shí)煤層浸潤效果，在巷道左幫位置距離掘進(jìn)迎頭5m 處施工9 號(hào)注水孔，并每隔300mm 施工一個(gè)考察鉆孔。具體鉆孔布置如圖4 所示。鉆孔鉆進(jìn)1.5m 后取樣進(jìn)行含水率分析，以此判定鉆孔注水后的煤層潤濕效果。9號(hào)鉆孔注水壓力2.6～3.2MPa，注水時(shí)間60min。具體取樣得到的煤層含水率情況見表2。

圖4 考察鉆孔布置示意圖

表2 考察鉆孔取樣點(diǎn)煤層含水率

從表中可以看出，隨著考察孔與注水孔距離的增加，取樣得到的煤樣內(nèi)水分含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。考察孔與注水孔間距超過1.2m 以后，煤樣中的含水率在2%左右，與原始含水率接近。因此，可以判定在2.6～3.2MPa 注水壓力、1.0h 時(shí)間內(nèi)注水浸潤半徑在0.9～1.2m。

3 注水降塵效果分析

3.1 粉塵濃度測(cè)點(diǎn)確定

根據(jù)掘進(jìn)工作面粉塵來源，布置5 個(gè)粉塵濃度測(cè)點(diǎn)，具體如圖5 所示。在綜掘機(jī)司機(jī)操作位置以及鉆孔施工位置處粉塵濃度一般較大，因此，在距掘進(jìn)工作面迎頭5m 處布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)（5 號(hào)測(cè)點(diǎn)），在噴霧降塵水幕前5m、后10m 處布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別為4 號(hào)、3 號(hào)，在皮帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)后方2m布置2 號(hào)測(cè)點(diǎn)，在回風(fēng)巷中布置1 號(hào)測(cè)點(diǎn)[4-5]。

圖5 粉塵濃度測(cè)點(diǎn)位置示意圖

3.2 注水后煤層含水率

對(duì)掘進(jìn)前方煤層注水完畢后，掘進(jìn)進(jìn)尺1.6m后開始在圖3 中標(biāo)注的取樣點(diǎn)位置取樣，進(jìn)行含水率分析，判定煤層注水效果。具體不同取樣位置得到的煤層含水率見表3。

表3 掘進(jìn)不同位置處取樣點(diǎn)煤層含水率

從表中分析得出：

（1）采用靜壓注水方式不需要額外采用注水專用泵，注水工作更為便捷，煤層親潤效果顯著。取樣范圍內(nèi)煤層含水率在2.8%～8.2%間，較注水前有較大提升。

（2）隨著注水鉆孔深度增加，煤層內(nèi)含水量呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)。

（3）由于掘進(jìn)工作面前方煤體硬度、裂隙等分布差異，工作面不同位置處的煤層含水率有差異，注水浸潤效果有所不同。

3.3 降塵效果分析

在掘進(jìn)工作面掘進(jìn)機(jī)噴霧降塵系統(tǒng)、巷道噴霧降塵水幕等降塵設(shè)備全部開啟情況下，對(duì)布置在掘進(jìn)巷道內(nèi)的粉塵測(cè)點(diǎn)在煤層注水前后的粉塵濃度進(jìn)行測(cè)試。具體對(duì)比結(jié)果見表4。

表4 煤層注水前后粉塵濃度變化統(tǒng)計(jì)表

3.4 掘進(jìn)巷道沿程粉塵變化情況

為了掌握煤層注水對(duì)掘進(jìn)巷道粉塵濃度影響情況，在關(guān)閉噴霧降塵水幕情況下對(duì)煤層注水前后各掘進(jìn)7.2m 時(shí)的巷道沿程粉塵變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體測(cè)量數(shù)據(jù)如圖6 所示。

圖6 巷道沿程粉塵變化情況

從監(jiān)測(cè)結(jié)果看出，在掘進(jìn)工作面對(duì)煤層注水后掘進(jìn)巷道內(nèi)的全塵、呼吸性粉塵濃度均有所降低，全塵降低較呼吸性粉塵降低更為明顯。注水前粉塵在掘進(jìn)頭后方35m 后趨于穩(wěn)定，而注水后粉塵在掘進(jìn)頭后方25m 處就趨于穩(wěn)定。通過煤層注水不僅可以降低綜掘工作面粉塵產(chǎn)生量，而且還可以降低粉塵擴(kuò)散范圍。

4 結(jié)語

（1）在綜掘工作面距離掘進(jìn)迎頭距離越短，粉塵濃度越高。隨著與掘進(jìn)迎頭距離增大，巷道內(nèi)粉塵濃度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，全塵在距離掘進(jìn)迎頭35m后，呼吸性粉塵在距離掘進(jìn)迎頭30m 后濃度開始趨于穩(wěn)定。因此，在綜掘巷道內(nèi)布置的噴霧降塵水幕在不影響正常掘進(jìn)情況下應(yīng)盡量靠近掘進(jìn)迎頭，且最遠(yuǎn)距離應(yīng)控制在30m 以內(nèi)。隨著綜掘機(jī)的不斷前進(jìn)，噴霧降塵水幕應(yīng)不斷前移。

（2）在2.6～3.2MPa 靜 壓 下，注 水 時(shí) 間 保持60min 時(shí)的掘進(jìn)工作面注水鉆孔水浸潤半徑在0.9～1.2m。取樣測(cè)得注水影響范圍內(nèi)的煤層含水率在2.8%～6.2%，較原始煤層含水率提高38%～195%。煤層含水率隨著注水鉆孔深度增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，主要是由于注水鉆孔內(nèi)阻力較大，導(dǎo)致注水鉆孔深部注水壓力降低，注入到煤層中的水量有所降低。

（3）注水后掘進(jìn)巷道沿程的粉塵濃度均有所降低，注水后全塵在25m 處就趨于穩(wěn)定，因此，在掘進(jìn)巷道煤層注水時(shí)，噴霧降塵水幕與掘進(jìn)迎頭間距離應(yīng)控制在25m 以內(nèi)。在2208 綜掘工作面采用注水降塵措施后，掘進(jìn)巷道內(nèi)的粉塵產(chǎn)生量顯著降低，其中呼吸性粉塵降低率為14.5%，全塵降低率為21.9%，有效改善了掘進(jìn)工作面環(huán)境。