煤层注水在煤矿安全中的应用及效果浅析

煤层注水在煤矿安全中的应用及效果浅

析

摘要：采煤前压力水进入煤体内部，即煤层注水。因此，有必要在注水前做

好充分准备。最明显的就是提前打孔。钻孔数量不确定，可根据煤矿现状确定。

注入加压水需要钻孔的帮助。煤-瓦斯两相系统在原有基础上保持平衡。由于压

力水的深层影响，形成三相体系。各种介质的相互作用是导致煤的各种性质发生

变化的因素之一，这些性质是物理化学性质、力学性质和热力学性质。注水时可

分为深孔出水和浅孔注水两种。

关键词：煤矿安全；应用效果；煤层注水；

现阶段，作为世界上防治煤矿煤尘爆炸事故的有效措施，煤层注水作用重大。经过注水的煤层在生产流程全过程、工作面及回采等方面都能够连续防尘。同时，煤层注水的有效实施，一方面能够将煤尘事故的发生进行有效的扼制，另一方面，对于矽肺病的产生也具有十分重要的抑制作用。

一、对煤层进行注水

现阶段主要利用深孔注水以及浅孔注水两种方法开展煤层注水工作。这是按

照钻孔深度划分注水工作后取得的结果。进风巷或回风巷沿煤煤层是开展深孔注

水工作的主要范围。该种打孔方式需要倾斜平行于工作面，并在回采工作开展前

进行。相对于工作面斜长来说，孔深一般可达到2/3，孔径最大为100mm，最小

为75mm。作业完成后，需要进行严密的封孔，封孔一般借助水泥浆或者橡胶封孔

器进行。封孔完成后，即可开展注水作业。在成本以及打钻难度方面，深孔注水

远远高于浅孔注水，因此，一般会在中厚煤层或者厚煤层中，利用深孔注水开展

施工作业。湿润范围较大以及可以充分湿润，是在利用深孔注水开展作业后取得

的明显效果，并不会对周围采煤工作的顺利开展造成破坏影响。通过对部分矿区

进行分析后可以发现。煤层注水工作会因为煤层没有受到破坏而增加难度，注水

量相对较小。

二、在煤矿安全中，煤层注水起到的作用和效果

1.防尘作用。在开采煤矿过程中会产生大量的灰尘，长期在此种环境下工作，会对开采人员身体健康造成威胁，因此需要利用恰当措施防尘，最为普遍的方法

就是煤层注水。可从以下几个方面分析水的除尘机理。（1）原生煤尘原本就带

有一定的飞扬能力，需要利用湿润煤体的方法制约其飞扬能力。（2）煤体在开

采过程中会涉及到较多的细小部分，可利用注水方式包裹每个细小部分，即便煤

层被开采破碎，煤体以及细粒煤尘也不会出现过度飞扬的问题。（3）在水的湿

润作用影响下，煤体塑性会在原有基础上有所加强，最大限度降低其脆性。脆性

破碎是煤体受到外力作用后表现出的直观形式。因水的湿润作用影响，上述破碎

会逐渐向塑性形变转变。所以可将煤体破碎为尘粒的可能性控制在最小范围。煤

尘产生量得到真正的控制。

2.如何预防煤与瓦斯突出。考察表明，注水湿润煤体，可使煤的力学性质发

生明显变化，煤的弹性和强度减小，塑性增大，从而使巷道前方的压力分布发生

变化，即高压力向煤体深部转移，压力集中系数减小。煤体湿润后，其透气性也

将成百上千倍的降低，水对瓦斯的运动起到明显的阻碍效应，煤中瓦斯涌出量和

涌出速度都有大幅度下降。上述的各种变化，都表明注水湿润煤体，可以消除或

降低煤层的突出危险。

3.减小瓦斯浓度。煤层注水对治理瓦斯的作用，不仅表现在预防煤与瓦斯突出，而且也表现在减小工作面生产时回风流中瓦斯浓度，其原因有2个。（1）

湿润煤体中的水分对瓦斯的运动起阻碍作用，使一部分瓦斯在煤体破坏后不涌入

采掘空间而是随煤体被运出工作面。（2）打孔破坏了煤体内原有的煤-瓦斯体系

的平衡，注水前后则形成了新的煤-瓦斯-水三相体系，体系的这些变化都会导致

瓦斯的涌出。某煤炭工业集团公司煤矿的25031工作面在浅孔注水工作中，注水

前干孔孔口瓦斯浓度可达2%以上，注水后的湿孔孔口瓦斯浓度则可超过4%，该

工作面注水之后生产过程中瓦斯超限次数明显减少。某煤电股份有限公司625采

煤工作面进行煤壁注水以后，瓦斯绝对涌出量降低幅度在29.4%-33.3%之间。

4.防治冲击地压的策略。煤层注水防治冲击地压的机理是：高压注水改变了

煤体的裂隙结构，使煤体脆性减弱，塑性增强。促使煤壁前方塑性变形区(卸压带)加宽，使集中压力区(弹塑性变形区)向煤壁深处移动并加宽，减弱了压力集

中程度，缓和了煤体压力潜能的积聚，从而预防冲击地压的发生或使其强度减弱。

5.温度的防止和火的预防。在利用分层进行的放法对特厚或厚的具有较强燃

烧性的煤层进行开采时，进行放顶工作后，要将水向开采空白的区域注入；在进

行放顶工作前，也可以在放顶工作具有的步距条带内部用水遍洒，从而使防火作

用得以发挥。这是由于煤体注水后，其热容量和导热系数容易增大，从而使煤体

自身的温度难以升高。对于泥质岩石顶板，该方法具有更佳的效果，洒水或注水后，将会使冒落的矸石得以不断湿润，并利用膨胀作为对各种具有再生性质的顶

板进行产生，在将浮煤进行不断包裹的过程中，使泄风的情况得以有效避免，从

而使采空区存在的浮煤氧化现象得以抑制。

三、强化煤体注水成效的对策

对于部分注水机械设备和煤层独特条件来说，可以在注水操作工艺等方面对

措施进行采取，从而使煤层内部的注水量得以增大，注水工作速度得以快速提高

的基础上，进而使注水工作得以获得更加良好的效果。

1.注水工作的间歇性。在对煤层内部进行注水工作时，压力水朝着煤体内部

裂隙中进行的快速流入，往往使其气泡包裹着裂隙表面，从而使水自身具有的湿

润功能受到阻碍。运用间或歇息并不断反复的方法进行注水工作，能够将这一缺

陷进行有效消除。同时，利用这一注水方法能够使煤体形成可以变化的裂隙，从

而使第一次进行注水工作时暴露出的部分区域不一定在第二次注水工作中继续进

行泄水，因而使注水量得以增加。

2.透水性的提高。为使注水速度得以充分有效的提高，需要在将药装在注水

孔内进行注水前震动爆破工作。对于具有稍弱透水能力的煤层，我国一些区域的

矿务局通常运用在孔内进行震动爆破等工作方法对煤层的注水流量进行提高。在

实际工作中的具体方法为：在打好的孔洞内将水盛满，再将专供矿区使用的安全

炸药放置在防水套中，将其制作为爆破筒，然后向钻孔内进行送入，最后将两个