煤矿注水

煤层高压注水的目的和意义及泵的选型

煤层是指顶底岩石之间所夹的一套煤及其矸石层。煤层是煤系的主要组成部分，煤层层数、厚度及其变化是评价煤田经济价值的主要因素。

根据煤层的结构，可将煤层的厚度分为总厚度，有益厚度，可采厚度三种。

1 、总厚度：是指顶底板之间各分层和夹石层厚度的总和。

2 、有益厚度：是指煤层顶底板之间各煤分层厚度的总和。

3 、可采厚度：是指达到国家规定的最低可采厚度以上的煤层或煤分层厚度之和。

高压注水的作用：

煤层注水是在采掘工作前，对煤层进行压力注水。注水一般是在已掘好的回采巷道或临近的巷道内进行。目的是通过压力水的物理化学作用，改变煤的物理力学性质，降低煤层冲击倾向性。实施煤体高压注水卸压，即从改变煤体的物理机械特性入手，对煤体进行高压注水达到卸压的目的。压力水进入煤体后沿弱面流动，起到压裂和冲刷作用，以及水对裂隙尖端的楔入作用（水楔作用），使煤体扩大了原由裂隙，产生了新的裂隙，破坏了煤体的整体性，降低了强度。它不仅能消除或减缓冲击地压威胁，还可起到消尘、降温、改善劳动条件的作用。

煤体注水过程一般都是开始阶段泵压持续上升，当上升到一定值后（ 10-20MPa 左右），突然下降（ 5-10MPa ），并相对稳定在某个泵压上，这表明煤体被压裂，裂隙开始扩展。泵压最初上升到的最高值称破裂压力。

水合某些含阳离子的溶液具有降低煤岩颗粒间表面能的能力。对于煤体中的一些软弱结构面水起着润滑剂的作用，使煤体的抗剪强度降低。实验室的浸水试验表明，压力饱水煤样以剪切形式破坏为主，而没有浸水的自然状态煤样，则以劈裂破坏形式为主。

水对煤岩体内的某些矿物有溶解作用，矿物溶解后形成裂隙，压力水又可沿裂隙楔入，形成新的裂隙，循环往复，使煤岩强度降低。此外，煤和某些软岩吸水后会膨胀，崩解。吸水量越多，体积膨胀量越大，表面变形量显著增加。这种膨胀力是作为一种附加应力作用于煤岩体上的，使其变形以至破坏。

煤层压力注水后，经过水力压裂和长时间的湿润作用，煤体性质发生了变化，冲击倾向性降低，而且起到消尘、降温和改善劳动条件的作用。

当煤层较厚，煤质坚硬或煤层顶板较坚硬时，可通过钻孔向煤层或顶板注压力水，使坚硬的煤层或顶板改变其物理力学性质，成为可垮落煤层或顶板。

压力水对煤层或顶板主要有压裂与软化两方面的作用，压裂作用包括使煤岩体增加裂隙，扩展裂缝，使层理分离，减小缝隙间粘结力等。

煤层通过钻孔高压注水使煤体裂缝增加，可使煤体湿润，开采时减少煤尘量。

注水方式：

煤层注水方式是指钻孔的长度，位置和方向的概念，一般为长孔、短孔、深孔和巷道注水等四种注水方式。其中长孔，深孔、巷道注水适合高压注水。

长孔注水的优缺点及适用条件：

优点：

① 一个钻孔能湿润较大区域的煤体

② 注水时间长，湿润均匀

③ 预注水时，注水与生产无干扰

④ 经济

缺点：

① 打钻技术复杂

② 对地质条件的变化适应性差，易穿顶底板，不仅难以达到设计长度，而且还影响正常注水。

③ 封孔较复杂

适用条件：长孔注水是最先进的注水方式，选择时应优先考虑，特别是回采强度大（如综机采煤时）和地质条件好的中厚和厚煤层更宜采用长孔，但在地质条件变化大的煤层，本方式受到较大的限制。

深孔注水的优缺点：

优点：

①具有短孔注水的很多优点

②更能适应围岩的吸水膨胀性质

③ 较“短孔”钻孔少，湿润范围大而均匀

缺点：

① 因压力要求高，故设备，技术复杂

② 较“长孔”钻数量大，封孔工序也较频繁巷道注水优缺点及适用条件。

优点：

① 钻孔少，湿润范围大

② 湿润效果较好

缺点：

① 岩石钻孔量大

② 不够经济

③ 有时因邻近层巷道损坏而影响注水工作的正常进行。

适用条件：

采用巷道钻孔注水的条件是在注水煤层的上、下部有现成的巷道，其它条件适宜时。

2 、注水方式选择

① 选择原则

注水工艺简单，使用设备、人工尽可能少，湿润效果能达到预期目的，有利于推广使用。

② 选择依据

确定煤层注水方式主要根据煤层厚度、倾角、煤体硬度、透水性、用岩性质、井巷布置、采煤方法、工作面推进度、作业方式、注水方式与岩层注水压力的关系选择。

注水压力：

煤层透水性弱时，要求中，高压注水，我国注水经验，一般动压注水可达到 5 ～ 20MPa 左右。

注水量计算：

①钻孔注水量（按水分增加法）

Q = BLMr (W 1 -W 2 ) K

式中：

Q—一个钻孔注水量 m 3

B —孔间距 m

L —工作面长度 Pm

M —煤层厚度 m

r —煤容重 t/m 3

w 1 —注水后要求达到的水分， % ；一般取 4%

w 2 —煤层原有水份， %

k —考虑围岩吸收水份，水的漏失和注水不均匀系数，一般取 1.5 ～ 2.0

②钻孔注水量（按吨煤注水量计算）

Q = LBmrq

式中 q —吨煤注水量，它应根据注水时的水分流失率，煤的孔隙率及注水实践中的经验确定，一般按 0.03m 3 考虑。

注水时间：

T = Q/V

式中：

T —注水时间 h

Q —钻孔注水量 m 3

V —注水流速 m 3 /h

动压注水时间一般为十数小时至数天，总的说来，注水时间越长，湿润效果越好。

煤层注水后的效果：

1 、防尘效果显著，国内一般长孔注水降尘率为 60% ～ 90% ，而短孔注水为 40% ～ 90% 。

2 、使坚硬的厚煤层顶煤容易冒落及充分放顶。

3 、煤层注水后能抑制瓦斯的涌出。

4 、煤层注水后能降低采煤工作面的温度，大同和抚顺的一些矿井采面温度平均下降 1 ～3 ℃ 。

5 、煤层注水后减轻了煤壁的片帮现象。

6 、煤层注水后降低了煤的硬度，从而降低了采煤时的炸药，雷管和采煤机截齿消耗，同时还降低了采煤机的电。

7 、煤层的注水缓和了冲击地压的发生。

8 、在某些条件下，煤层的注水对防止煤与瓦斯突出能起一定作用。

泵的选型：

煤安证号：MBC070002

BZW250/25 BZW315/20

ZW400/16 等

该产品是引进美国技术生产的大流量柱塞泵

配防暴电机75至200KW，可输送水及乳化液，用以煤矿喷雾降尘，煤层注水，液压支护，破岩落煤，配用高压喷嘴可清洗各种采掘设备外表面及管道，也可用以管道打压。更适合大流量注水可以一泵多孔同时注水