掘進工作面淺孔動壓注水

1、朱莊煤礦煤壁淺孔高壓注水技術(shù)在掘進工作面的研究與應用朱莊礦通風區(qū)2006.9朱莊礦煤壁淺孔高壓注水技術(shù)的研究與應用項目組主要研究人員許庭教朱莊礦總工程師聶敏忠朱莊礦通風副總李強通風區(qū)副區(qū)長李俊民通風區(qū)副區(qū)長郭忠通風區(qū)技術(shù)主管車彩飛通風區(qū)技術(shù)員李仲科通風區(qū)技術(shù)員淺孔高壓注水在掘進工作面中的應用瓦斯和煤塵是制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素，煤塵是煤礦在煤炭生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的細微顆粒，在打眼、割煤、運輸?shù)雀魃a(chǎn)工余都產(chǎn)生煤塵，煤塵的危害是多方面的，不僅嚴重惡化作業(yè)環(huán)境還對職工的身體健康和礦井安全生產(chǎn)帶來嚴重的威脅。掘進工作面的瓦斯是在掘進過程中受到采動和地壓影響不斷向外界涌出，給煤礦安全生產(chǎn)帶來了嚴重的威

2、脅。朱莊煤礦在總結(jié)以往治理瓦斯和煤塵的經(jīng)驗基礎上，試驗采用掘進工作面淺孔動壓注水措施，以減少落煤過程中的煤塵產(chǎn)出量，以及掘進過程中瓦斯的涌出量，使作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)都取得了良好效果。1 試驗區(qū)概況淮北礦區(qū)朱莊煤礦位于蘇魯豫皖交界地區(qū)，井田主采煤層為下石盒子組四、五煤層、山西組六煤層，平均總厚度6.94米。開采深度80450m，傾角0°20°，以貧煤、貧瘦煤為主，煤層普氏系數(shù)0.61.0，直接頂為沙質(zhì)泥巖，老頂為細、中砂巖；直接底為泥巖或沙質(zhì)泥巖，老頂為細砂巖，氣體封閉條件較好，有利于瓦斯貯存。四煤層高瓦斯區(qū)局部瓦斯含量5m3/t10m3/t。試驗區(qū)所選的35412機巷（綜掘

3、工作面）巷道性質(zhì)為五層煤煤巷。煤塵爆炸指數(shù)22。2 淺孔高壓注水防治瓦斯和煤塵措施2.1 注水防治瓦斯機理在采煤工作面和煤巷掘進工作面，由于受采動影響，前方煤體應力重新分布。煤體支撐的上覆巖層自重應力向周圍煤體轉(zhuǎn)移，使其發(fā)生流變破壞，靠近工作面一定范圍形成只承受自重應力的卸壓帶。卸壓帶內(nèi)煤體所含瓦斯及時得到釋放，卸壓帶以里煤體受到壓縮，地應力和瓦斯壓力較高，煤層透氣性下降，瓦斯難以釋放，大量瓦斯貯存在這一帶。采取淺孔動壓注水措施，利用較高的壓力水濕潤工作面前方58m煤體，一方面使工作面前方煤體應力重新分布，超前壓力向深部轉(zhuǎn)移，形成較寬的卸壓帶，有利于煤體內(nèi)瓦斯的釋放，另一方面，利用高壓水占據(jù)卸

4、壓帶煤體裂隙的空間，將其中大量的瓦斯排擠出來，由于注水工作需要一個過程，瓦斯較為均勻地涌出，避免了割煤或放炮期間瓦斯集中涌出以至超限。2.2 注水防治煤塵機理采取淺孔動壓注水措施，利用較高的壓力在煤體內(nèi)形成液態(tài)水濕潤工作面前方58m煤體，孔內(nèi)的高壓液態(tài)水在工作面前方煤體在應力重新分布的情況下,由高壓泵超前壓力向深部轉(zhuǎn)移，使得注入的高壓水能隨著應力的方向向四周擴散，從而達到濕潤煤體中的原生煤塵的作用，經(jīng)過采取的煤樣分析，煤體的水分有原來的2%提高到了5%。注入煤體的高壓水包裹煤的細小顆粒,在掘進時能有效避免煤塵飛揚,水注入煤體后,煤水瓦斯共同形成一種固液氣三相耦合狀態(tài),致使煤體的塑造性強、脆性降

5、低、在煤體破碎過程中，煤塵的產(chǎn)生量將有大幅度的降低。2.3注水鉆孔布置及參數(shù)掘進工作面在中上部布置一個孔即可，注水孔孔深5m6m（不小于一個循環(huán)進度），孔徑42mm，使用鄭州市峰泰機械制造有限公司生產(chǎn)的MZF4015型封孔器（材質(zhì)為鋼絲橡膠）封孔，每循環(huán)推進度不得超過孔深。用節(jié)流閥將取自液壓支架片閥的帶壓乳化液調(diào)節(jié)到1015Mpa,注水時間以工作面煤壁被壓裂出水為止，一般在35分鐘之間。掘進工作面的注水孔布置如圖所示。丄丨m/3.6m7圖一1掘進工作面注水鉆孔布置圖3 具體操作過程如下：3.1首先檢查各連接部位是否牢固、可靠并將注水泵上的雜物、灰塵清除干凈。3.2 水箱水位、油位是否符合規(guī)定，

6、水質(zhì)、油質(zhì)是否符合規(guī)定。要求水箱內(nèi)配置25kg專用乳化劑。3.3備齊油壺、油桶、管接頭、U型銷、乳化油、32#機油等。3.4 各放水閥、截止閥、安全閥、壓力表、控制按鈕是否齊全、完好、可靠3.5 開機之前手動盤轉(zhuǎn)兩泵組，打開手動控制閥，然后發(fā)出開泵信號，送電啟動電機，排凈空氣后再關閉手動控制閥，在空載下試運轉(zhuǎn)，若無異常響聲及阻滯現(xiàn)象，即可進行正常供水。正常供水時，其泵頭管件溫度要底于700C。3.6打眼、注水前，先將掘進機撤至距迎頭35米的地點，并將掘進機的操作按鈕打到支護模式，注水期間要安排專人停送電，并聽從現(xiàn)場負責人的指揮。3.7在距頂板0.81米左右巷道中間位置打注水孔，深度5米。偏差不

7、能超過0.2米。3.8孔打好后將高壓管封孔連接牢固，然后將封孔放入注水孔。封孔器尾端要設入注水孔至少600mm。3.9注水前，首先必須把液壓泵站壓力緩慢加壓到1015Mpa，3.10注水期間，不得隨意調(diào)節(jié)液壓泵的壓力，任何人不得站在正對鉆孔的方向。3.11每孔注水時間視鉆孔出水情況以及煤壁濕潤情況而定，一般在35min。3.12 注水結(jié)束后，只有當開泵人員將液壓泵關掉后，煤壁作業(yè)人員方可取出注水器并將注水工具全部撤離迎頭。3.13 注水泵要安置在無淋水、頂板支護完好的地點，注水泵距幫保持一定距離，電纜要吊掛整齊。工作中發(fā)現(xiàn)泵或系統(tǒng)其它部位有液體滲漏或出現(xiàn)異常情況，應停機并及時向通風區(qū)匯報。3.

8、14注水泵要始終保持離綜掘機4050米距離。4.注水措施防止煤塵效果檢驗通過現(xiàn)場觀察，注水孔孔深5m。綜掘工作面每孔注水時間一般在35分鐘之間。采用煤壁高壓注水技術(shù)后，掘進工作面的粉塵濃度大為降低，工作面作業(yè)環(huán)境大為改善。下面以掘進工作面注水前后煤塵濃度大小比較說明注水效果。在綜掘機噴霧正常開啟情況下測得注水前后全煤塵、呼吸性煤塵分別在割煤時、運輸時、回風流中的變化如表一所示。注水前注水后煤體水分含量2%5%全煤塵mg/m3割煤101.189運輸71.856.5回風50.232呼吸性煤塵mg/m3割煤30.25.5運輸23.719.6回風20.310.9表1工作面注水參數(shù)表從表一可以看出，在注

9、水前煤體的含水量僅為2%，而采取高壓注水后煤體的水分含量增加到了5%?，F(xiàn)在根據(jù)現(xiàn)場所測數(shù)據(jù)現(xiàn)用曲線的形式來分析說明煤塵在掘進機割煤時、運輸時、回風流中的變化情況對比。4.1全煤塵注水前后曲線比較圖,Ymg/m3割煤運輸圖2回風10X4.2呼吸性煤塵注水前后曲線比較圖3在綜掘機噴霧正常開啟的條件下，經(jīng)過曲線對比分析，在注水前煤體的含水量2%增加到了5%。在注水后全煤塵降低了12%。呼吸性煤塵降低了82%。通過現(xiàn)場所測數(shù)據(jù)分析可以看出煤體注水對于防治效果十分顯著。5注水措施防止瓦斯效果檢驗5.1綜掘工作面每孔注水時間需要35分鐘左右，孔深5m,注水過程中工作面煤壁附近出現(xiàn)一個150mm厚的瓦斯帶。

10、對注水前后的風排瓦斯涌出量進行了測算，如表2所示。35412機巷注水前注水后瓦斯涌出量288m3/min132丄丿厶m3/min表2通過表2可以看出，五煤高瓦斯掘進工作面注水后正常掘進期間瓦斯涌出量減少54%，煤層注水一方面驅(qū)趕了大量的游離瓦斯，另一方面封閉了煤體微孔裂隙內(nèi)的吸附瓦斯，同時水分的增加阻礙了吸附瓦斯向游離瓦斯的轉(zhuǎn)化，大大減少了掘進落煤期間的瓦斯涌出量。6有效地防止掘進工作面片幫、漏頂由于煤層注水加寬了煤壁前方卸壓帶，并且粘結(jié)煤層頂板，能夠有效防止片幫、漏頂，對工作面煤壁和頂板管理十分有利，35412機巷在掘進前期沒有實施煤壁淺孔高壓注水，煤壁片幫比較嚴重，影響了掘進面的進尺速度，

11、經(jīng)煤壁淺孔高壓注水后，煤壁片幫現(xiàn)象得到了有效的截制，從而保證了掘進工作面順利進尺。7社會與經(jīng)濟效益分析從以上分析可以看出，采取煤壁淺孔高壓注水技術(shù)，不但可以有效地降低作業(yè)場所的粉塵濃度，改善作業(yè)環(huán)境，減少矽肺病、煤矽病等病狀的發(fā)病率，保護職工身心健康，有效防止煤塵爆炸事故；而且可以有效地防止瓦斯涌出，減小工作面瓦斯涌出速度，提前釋放煤體中的瓦斯，減小了掘進時瓦斯的濃度，增加了工作面的安全系數(shù)，提高了質(zhì)量標準化水平，保證安全生產(chǎn)，可以帶來非常巨大的社會效益。8關于注水泵的管理制度現(xiàn)使用的注水泵是由宿洲新園科貿(mào)有限責任公司生產(chǎn)的BZZS35/7（1.08/16）型鉆機。封孔器是使用鄭州市峰泰機械制

12、造有限公司生產(chǎn)的MZF4015型封孔器（材質(zhì)為鋼絲橡膠）封孔。鉆桿是淮北生產(chǎn)的騰馬少42mmX1M型鉆桿。工作面注水泵有現(xiàn)場施工單位班隊長負責，并要建立相關的管理牌板，管理內(nèi)容有當班注水壓力、注水時間、水箱內(nèi)水量以及鉆桿、封孔器使用情況等，并要如實記錄現(xiàn)場使用時的數(shù)據(jù)。如果使用單位未按正規(guī)操作程序使用而致使注水泵不能正常使用或造成損壞的由當班承包責任人承擔一切責任。9主要研究結(jié)論和實踐本項目在實踐與技術(shù)理論相結(jié)合的總體研究方法指導下，結(jié)合工作面煤層注水特點的實際應用，初步得出了以下結(jié)論：9.1煤層注水是朱莊礦落實科學發(fā)展觀，切實降低作業(yè)場所粉塵濃度，改善作業(yè)環(huán)境，保護職工身心健康，杜絕煤塵和瓦斯爆炸事故，減少矽肺病、煤矽病等職業(yè)病的發(fā)病率的一項重大措施。9.2 針對四煤、五煤層的透水性等特點，通過研究和現(xiàn)場實踐操作過程中所得到的