煤层可注水性探讨

煤层可注水性探讨

发表时间：2019-09-11T09:17:28.860Z 来源：《建筑模拟》2019年第31期作者：殷靖

[导读] 煤层注水实质上就是利用煤层的特性，通过钻孔将水注入煤层中去，使水充分充满煤层的间隙，从而达到湿润煤块的效果。目前，煤层注水是较流行的除尘措施。

殷靖

云南煤矿安全技术中心云南省昆明市 650000

摘要：煤层注水实质上就是利用煤层的特性，通过钻孔将水注入煤层中去，使水充分充满煤层的间隙，从而达到湿润煤块的效果。目前，煤层注水是较流行的除尘措施。通过对煤层进行注水处理可以有效的起到防尘效果，可以减少百分之六十至九十的煤层灰尘浓度。本文将以某煤矿为例。对其煤层的吸水效果、煤层的表面张力等进行研究，从而探讨煤层的可惜谁效果，希望可为现场的防尘提供数据参考。

关键词：注水性；煤矿；吸水性；张力；

一、煤间隙分析及其吸水效果

（1）间隙分析

间隙分析及孔分析，其鉴定主要涵盖内孔体积、以及内孔分布等。常用的测定方法有压汞与真假密度鉴定法。这两种方法所测的特性存在一定的区别，真假密度的鉴定方法，其测试结果涵盖了整个全部的孔隙数据，压汞的鉴定方法则有所不同，其主要取得的是孔隙直径在0.0078微米且各个之间有通道联系的孔隙中，因此涉及到：

分空隙率：主要利用压汞法进行鉴定时候，特定孔径以上孔体积占整个煤总的体积的比值。

总孔隙率：主要利用真假密度鉴定法中，全部的孔体积占该单位样品煤的总体积比值。

以上两个表格反应了该矿的总孔隙与分孔隙率及其分布效果，三个区域总的孔隙率分布在6.9%至8.0%之间，平均值在7.5%。而其部分孔隙则主要在2.38%至2.66%之间，平均值在2.53%左右。该值与总的孔隙率相比，仅仅占到前者的33.7%左右。这一数据表明了该矿的孔隙体积在0.0078微米以上的只占了该煤矿的小部分，而体积小于0.0078微米的孔隙则占据了大部分的体积。此外，孔隙在0.1微米及以下的占据了大多数，总值在75%左右，而0.1-1微米的则占到了总的4%左右，剩下的孔隙大于1微米的大概有5%.根据数据参考，孔隙分布在0.1-1微米之间的水会进行渗透，而大于1微米的水可以有效的流动。由此，我们可以了解到概况的总的可注水率仅为0.45%左右。根据以上准则，表二数据反应了该矿在进行充分注水之后，煤层水分将会增加约为0.43%左右。

（2）吸水效果

1. 测试原理

吸水效果主要鉴定数据为吸水性。主要指单位质量的某煤中所能吸收的水分量。本次对于吸水性测试可以通过鉴定自然状态下吸水效果与强制环境下吸水情况两种方案来进行。自然环境下的吸水效果，是在自然不加其它条件作用下，单纯依靠大气压力测试器所能吸收的水分含量。而强制条件下的吸水率情况，测试真空环境下或者高压情况下吸收水分的质量，分别取其吸收水分的质量与原样干燥时的质量的比值。

选取某样放在105-110℃的烘箱中干燥24h后取出，放入干燥器内降至室温，此时的质量为干燥时的质量。将该样放置在容器中，向容器中注水至试件的1/4处，以后每2h注水一次，每次注水量等于试件的1/4，直至液面高出试件1-2cm为止。24h后将试件取出，用湿毛巾擦去表面水分，第一次称重并作记录。称重后仍放回容器内，以后每隔24h称重一次，直至前后两次质量差不超过0.01g为止。最后一次的称重值为完全吸水后的质量。

强制条件下的吸水实验需要利用真空泵进行配合。使用真空泵对环境进行抽真空处理，持续20-30min。打开三通阀，慢慢将水放入容器内，至水面高出试样2-3cm，再继续抽气，当发现试样表面没有出现气泡时，停止抽真空处理。扭转三通阀，使大气和抽气罐相通，真空度保持在0.001MPa。从抽气罐取出试样，放置于水容器内4h后取出。用湿毛巾擦去表面水分，称重。

2. 结果处理

选用自然吸水的方式，可参考公式：

上述公式，自然环境下的吸水率。：吸水之后的所称的的质量。：烘干之后的质量。

利用上述公式求值，最后三次试验的平均值为自然状态下的吸水率。取小数点数后面两位。

选用强制条件下的吸水方式，可以参考公式：

上述公式，强制条件下的吸水率。：吸水之后的所称的的质量。：烘干之后所称的质量。

利用上述公式求值，最后三次的平均值为自然状态下的吸水率。取小数点数后面两位。

采用上述实验方案后，连续进行三次试样实验，最终得出该批试样的自然条件下的吸水率为3.44%左右。其强制条件下的吸水情况则在4.02%。自然条件下的吸水情况略微低于强制条件下的吸水情况。以上数据表明，利用强制条件下的方案进行吸水情况测试，在实验过程中对于存储在细微孔隙中的空气也一并进行抽出，大大提高了试块的吸水效率，由此强制条件下的吸水效果好于自然条件下的吸水情况。二、煤矿井表面水张力及鉴定方法

其主要原理利用全自动张力仪进行。当张力仪的铂金环浸入被测液体中时，因为压力的关系，其表面的膜会被逐渐拉长。根据膜的形变量，可以利用差动变压器将其通过电压的形式进行模拟表现。变化的膜产生了变化了电压，张力仪将变化的电压值转化为张力值，最终显示出来。随着薄膜的长度被拉的越来越长，直至薄膜被整个撕裂，此时得出的数值即为实时情况下的张力值。

利用该方案，采用电脑进行数据实时记录并最终自动绘制张力值曲线，得出结论。表面所测得的张力值越大，表示该试样煤的吸附性就越低。根据表三的测试结果，张力值单位为（mN/m），多次测试后取得的来自矿井内部的矿井水的实测张力平均值为80.9左右。因此，通过对来自矿井内部水的多次取样实验。并对自来水所测得的张力值进行比较，对此比较情况显示来自于矿井内部的矿井水其吸附效果明显高于采自自来水的吸附效果。随后在对煤矿试样进行的媒接触角实验中，液体与煤触角越小其润湿效果越好，从而最终判定采用矿井水进行注水防尘处理。

三、总结

根据以上试验数据表明，试样煤的最终测试结果其吸水情况小于等于1%，矿井内部的水质的附着效果远远高于来自于自来水的吸附力，因此对煤的润湿效果优于自来水，建议选用矿井水进行煤矿注水防尘处理。该案例比较全面的阐述了煤层注水的可行性实验步骤，提供了参考价值。

参考文献：

【1】赵振国，吸附作用应用原理【M】.北京：化学工业出版社，2005；

【2】黄祖洽，丁咢江.表面浸润和浸润相变【M】.上海：上海科技学术出版社，1994；

【3】秦文贵，王振江，赵中玲.较难注水煤层的注水工艺及参数【J】.工业安全与防尘；15-18，

【4】张磊，长沟峪煤矿煤层注水技术与试验研究【D】，辽宁工程技术大学，2009；

【5】王翔丙，王赶跃，成庄煤矿层可注水性探究【J】，现代矿业.2013；