16223煤层注水工艺技术研究

1930平峒16223综采工作面煤层注水工艺技术研究

实施方案

一、项目实施的意义及必要性

煤层注水预湿煤体是降低煤层开采时煤尘产生量最根本、最有效的防尘手段,可使煤体在回采前达到较好的湿润状态，降低煤的产尘能力，以此显著减少煤层开采时的粉尘产生量，这对改善作业场所的劳动卫生条件、保护工人身体健康、防止瓦斯煤尘爆炸将起到重要作用。在综放工作面，煤层注水还能起到软化媒体，提高放煤效率和顶煤回收率的作用。同时，煤层注水也能有效抑制煤体氧化，降低工作面温度，预防或降低冲击地压的危害，减少瓦斯的解吸及涌出量，降低工作面的瓦斯浓度，预防煤与瓦斯突出。可见，煤层注水对保障煤矿安全生产起着非常重要的作用。在当前煤矿安全生产形势依然严峻，煤矿企业贯彻落实矿山“安全第一，预防为主，综合治理，整体推进”安全生产方针的紧迫形势下，该项目的研究，对煤矿企业科学开展煤层注水，保障矿井安全生产具有极其重要的意义。

该项目通过对肥煤公司16223工作面煤层注水试验研究，总结出普遍适合于肥煤公司6号煤层的注水工艺技术及装备，对解决肥煤公司16223工作面及肥煤公司6号煤层开采时的粉尘问题具有重要意义。

二、试验工作面概况

16223综采工作面位于肥煤公司1930平峒，现有走向长度670多米，回风巷标高+1870米，运输巷标高+1836米，工作面长130m，煤层倾角为20°左右。该工作面开采煤层为6号煤，采用走向长壁后退式综采回采工艺，煤层厚度为3.2米。煤层的基本参数见表1。

表1 煤层的基本参数

三、煤层可注性试验

按国标GB482-95《煤层采样采取方法》的要求在肥煤公司16223工作面采样，对采集煤样在实验室进行试样制备，然后对其进行可注性试验。

其试验内容包括：

①孔隙率测定。包括煤孔隙率及孔隙分布测定。本项目采用密度法通过测定煤的真密度和视密度，计算出煤的孔隙率；孔隙分布采用压汞法测定。

②煤原有自然水分测定。煤原有自然水分采用GB/T211—1996《煤中全水分的测定方法》标准中的方法B，即空气干燥法进行测定。

③煤吸水性测定。模拟试验工作面水压，采用自制实验装置进行常压吸水试验与加压吸水试验。

④添加剂溶液对煤吸水性影响的试验。在水中添加表面活性剂溶液，重复煤吸水性试验。

通过试验，对取的实验数据进行分析处理，得出不同试验条件下煤饱和水分增量与吸湿时间的关系。这对确定试验煤层的实际注水工艺、预测注水的水分损益具有极其重要的指导意义。

四、注水钻孔布置方式及参数设计

㈠钻孔的布置方式

钻孔的布置方式根据采煤方法、工作面长度、煤层的透水性及注水的具体条件加以选用。钻孔的开孔位置对于煤层的湿润效果有重要关系。此外还要考虑煤层的硬度和围岩性质等，必要时作适当改变。考虑到钻孔倾角对封孔及注水的影响，确定采用在回风巷平行于工作

面顺层布置单向钻孔,如图1所示。

图1 钻孔布置方式及参数设计示意图

㈡钻孔参数

(1)钻孔深度

单向钻孔注水时，孔深一般为采面倾斜长度的1/2～2/3，即为65～87m，试验取90m.

(2)钻孔直径

6#号煤层硬度较大，不易垮孔。试验钻孔孔径选用75mm。

(3)钻孔间距

为了找出合理的钻孔间距，分三种钻孔间距试验，分别是：5m （8个孔）、10m（8个孔）、15m（8个孔）。

(4)钻孔角度及开孔高度

钻孔平行工作面沿煤层倾斜方向打孔，开孔高度为：距回风顺槽底板1m～1.5m。

五、注水钻孔封孔工艺技术及装备

煤层注水时，封孔质量的好坏对注水效果的影响极大。通过对具体煤层封孔工艺技术影响因素的综合分析，确定其封孔工艺。由于煤层注水对封孔质量及封孔深度的要求较高，该项目拟采用水泥稠浆加膨胀剂作为封孔材料，采用KFB型矿用封孔泵进行封孔，以保证封孔深度和封孔质量。水泥稠浆水灰比为水泥∶水=1∶0.4，其密度约为2T/m3。封孔深度按10m考虑，并根据实际注水情况予以修正。水泥稠浆类封孔设备及封孔工艺如图2所示。

图2 水泥浆封孔系统示意图

六、注水工艺技术及参数优化

煤层注水工艺参数的确定，应能保证在该工艺参数条件下，注水钻孔所承担X围的煤层得到最大可能均匀、充分的湿润。

针对16223工作面煤层湿润性及工作面的具体条件，该项目在可注性研究基础上，考虑在16223工作面常压带采用一般动压注水或脉冲动压注水分别进行试验。

㈠注水系统

注水系统由煤层高压注水泵或脉冲注水泵、自动控制水箱、SGS 型双功能高压水表，DF-3型分流器及截止阀等组成,注水系统如图3

所示。

图3 煤层注水系统示意图

1-注水钻孔；2-注水管；3-压力表；4-高压胶管；5-高压闸阀；

6-分流器；7-单向阀；8-多功能水表；9-注水泵；10-自控水箱

㈡注水参数

①单孔注水量Q

单孔注水量Q按下式计算：

Q=KLBHγq

式中：Q—单孔注水量，m3

K—系数（包括漏水及钻孔前方煤体吸水），取1.1；

L—钻孔长度，取L=80m；

B—钻孔间距（湿润煤体的宽度），B=5m,10m,15m；

H—煤层厚度，取底层采高H=5m；

γ—煤的密度，γ=1.4t/m3;

q—吨煤注水量，取q=0.01m3/t。

根据钻孔参数分别计算得出的钻孔间距为5m、10m、15m时，注水量分别为：30.8 m3、61.3m3和92.6 m3。

②单孔注水流量V

根据国内外经验，肥煤16223综采工作面煤层孔隙率低、透水性差的特点，采取小流量长时间注水方法才能使煤体得到充分湿润。

取单孔注水流量为V=0.6m3/h，通过分流器控制每个钻孔的流量，使各注水钻孔的注水量基本相等。

③.注水压力

注水压力反映了钻孔的注水阻力，其影响因素较多，主要与煤层的透水性及瓦斯压力有关。为了提高煤层注水的湿润效果，采用常压带动压注水。在所取的注水流量条件下造成的注水压力是否符合该煤层的注水要求，需通过注水实践来确定。一般情况下注水压力应满足以下条件：

（1.2～1.5）Pw≤P≤Pr

式中：P——注水压力，Mpa；

Pw——煤层中瓦斯压力，Mpa；

Pr——上覆岩层压力，Mpa。

拟定煤层注水泵最高压力可达15Mpa，能够满足该项目单向长钻孔动压注水的需要。

④.注水时间T

单孔注水时间T（小时，h）取决于钻孔单孔注水量和单孔注水流量，按T=Q/V计算.

实际按每天两班注水，每天注水时间不少于16小时计算，得出注水的天数：

T d=T/16

计算得出该矿在钻孔间距为5m、10m、15m时的注水时间为：

3.2天、6.4天和9.6天。同时注水的钻孔数量为4个。

⑤.注水超前工作面的距离X

X= T d·s＋x

式中：s—工作面日推进进度为3.6m；

x—停止注水时钻孔距工作面的距离，取70～80m。

计算得出注水超前工作面的最短距离为105～115m，实际试验按120m考虑。

七、注水效果考察

工作面实施煤层注水后，对煤层水分、工作面的粉尘浓度进行测