煤层注水在煤矿安全中的应用效果分析

煤层注水在煤矿安全中的应用效果分析

目前，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。文章通过对煤层注水方法进行介绍，提出了对其应用在煤矿安全中的效果分析。

标签：煤矿安全；应用效果；煤层注水

所谓煤层注水是指在进行回采工作前，预先将若干个钻孔在煤层上打好，通过将压力水向钻孔中注入，在引导其向煤体内部渗透的过程中，使煤体内原有的瓦斯-煤两相体系具有的平衡得以破坏，从而使煤具有的热力学特性、力学特性及物理化学特性等都能够产生变化。

1 对煤层进行注水

根据钻孔本身具有的深度，可以将煤层注水分为浅层次注水及深层次注水两种。其中，深层次注水是指对开展回采工作区域的前方，处于回风口或进风口的位置，要沿着煤层按照倾斜平行的方法对工作面进行打孔，孔洞的深度通常保持在2/3的工作面斜长，孔径则保持在75～100mm之间，然后用橡胶或水泥浆封孔器将孔洞进行密封后，就可以开始注水工作。相较于浅孔注水，深孔注水往往具有较高的成本，在打钻方面也具有较大困难，因此只能在厚煤层或中厚煤层中使用。但是，深孔注水也具有较大的预湿范围，能够保持充分湿润。另一方面，尽管深孔注水不会对开采煤的活动形成影响。但是，在我国的部分矿区，由于矿区内部的煤层还没有遭受破坏，因而在开展注水活动时，相对较为困难，同时其数量相对较小。

2 作用原理及其具体应用成效

2.1 除尘

作为在回采工作面活动中具有相对有效性的防尘措施，在对煤层进行注水工作时，水具有的除尘原理主要表现在以下几点：

2.1.1 将煤体内各个细小环节进行有效的覆盖，从而使开采工作进行中，一旦煤体发生破碎，使颗粒较小的煤尘不断飘飞的现象得以避免。

2.1.2 使煤体内原生煤尘保持湿润，从而使其飞扬能力得以失去。

2.1.3 水具有的湿润性通常能够使煤体具有较强的塑性和较弱的脆性，在受到外力冲击时，煤体的较多脆性发生破碎并不断向塑性形体变化进行转变，从而使煤体产生破碎而转变为尘粒的可能得以大量减少，进而使煤尘的生成量得以降

低。

2.2 瓦斯和煤突出的预防

通过对试验进行考察和研究可知，通过注水的方式使煤体保持湿润状态，能够将煤具有的力学特性进行较为明显的改变，在减小的煤体内部强度和弹性，增大的煤体内部塑性中，使在巷道前方进行分布的相关压力得以产生变化。也就是说将高压产生的力转移到煤体层面深部去，从而使压力集中具有的相关系数得以减小。在湿润煤体后，使其透气性也得以有效减小，对于瓦斯存在的运动现象，水也保持明显的阻碍效应，煤体中向外涌出瓦斯的速度和数量等都得以大幅度下降。这些变化都显示着注水使煤体湿润，能够将煤层的突出危险进行有效减小或快速排除。

2.3 工作面回风流中具有的瓦斯浓度的减小

煤层注水工作在对瓦斯突出现象进行治理方面的作用，一方面主要通过对瓦斯与煤突出的预防方面进行表现，另一方面也通过对工作面生产过程中回风流具有的瓦斯浓度进行减小表现。

2.3.1 使煤体中具有的水分保持湿润现象能够对瓦斯的运动进行阻碍，也使煤体在不断遭受破坏后，促使部分瓦斯不朝着采掘空间进行涌入，而是随着煤体向工作面运出。

2.3.2 打孔使煤体现有的瓦斯-煤等固有的体系平衡现状不断受到破坏，然后在进行注水工作前后对新的水-瓦斯-煤三相体系逐渐进行形成，在这一系列变化中，促使瓦斯的突出得以获得推动。

2.4 影响地压现象的防止

将煤层注水工作中对地压造成的冲击进行有效防止的原理为：利用高压进行注水工作使煤体现有的裂隙结构受到变化，并减弱了煤体自身具有的脆性，增强了其具有的塑性，并为煤壁前方位于塑性变形区的价款发挥了促进作用，使弹塑性变形区（即集中压力区）不断移动到煤体具有的壁的深处，并逐步将宽度进行加大，在对压力具有的高集中程度进行减弱的过程中，也使煤体长期累积的各项压力潜能得以缓和，从而使地压冲击的形成得以进行预防，进而使其具有的强度得以不断减弱。

2.5 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。

3 强化煤体注水成效的具体措施

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。

3.1 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。

3.2 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，最后将两个具有起爆作用的雷管放置在爆破筒内进行引爆，在敞开孔口时，开展水封爆破工作。在结束爆破工作后，开始封孔注水。这一方法中，在孔内进行爆破主要是对爆破行为形成的高压进行有效利用，通过将其认定为初始注水压力，在煤层具有的裂隙中进行打开，在对爆破产生的部分震动进行合理利用的基础上，使煤体得以松动，从而使正常注水工作获得条件支持。

3.3 湿润剂的使用

目前，煤的湿润边界角通常处于60～80度之间，难以与清水进行很好的湿润。为使煤层注水的应用效果得以提高，可以将湿润剂加入水中，从而使湿润范围和湿润速度得以提高。比如：我国某煤矿在煤层注水工作中，将浓度为0.5%的常用洗衣粉向水中进行加入，从而使注水工作的速度得以获得24%的增加。目前，我国各地区现存的注水矿井中，对各种湿润剂的有效使用尚不多，因此需要对湿润剂的开发、效果和种类等进行探讨和研究。

4 结束语

根据实践经验，从源头上对煤尘进行治理，煤层注水属于较为有效的方法。