煤层注水技术在采煤工作面防尘中的应用

煤层注水技术在采煤工作面防尘中的应用

发表时间：2018-07-12T09:42:36.397Z 来源：《新材料.新装饰》2018年2月上作者：李剑[导读] 文章以开滦集团范各庄煤矿2323SX回采工作面作为工程背景，运用煤层注水方式，降低回采工作面现场环境的粉尘含量，并设计相关钻孔参数及布置方式，对注水前后的数据进行对比，（开滦股份范各庄矿业分公司，063108）

摘要：文章以开滦集团范各庄煤矿2323SX回采工作面作为工程背景，运用煤层注水方式，降低回采工作面现场环境的粉尘含量，并设计相关钻孔参数及布置方式，对注水前后的数据进行对比，说明针对于回采工作面，煤层断壁注水是有效的采煤工作面防尘手段之一，相关参数为以后的采面煤层注水参数及布置提供依据。关键词：矿井防尘煤层注水钻孔参数布置

前言

矿井防尘主要目的在于防治煤矿井下产生的煤尘及岩尘，其中矿井中产生煤尘最高的低点主要集中在采煤及掘进工作面，矿井粉尘的危害对现场操作员工身体健康问题、现场操作环境及矿井的安全生产都会有重大的威胁。因此采取有效的措施进行矿井的防尘工作，对于矿井安全有重要意义。

矿井回采工作面是矿尘产生的主要地点，而针对于回采煤工作面，煤层注水是回采工作面最有效的防尘措施。

一、矿尘的危害及防尘措施

（一）矿井粉尘的危害主要有三个方面： 1.对人体健康的危害，长期从事采掘一线工作的操作员工，容易产生尘肺病的职业病，职业危害较大。2.采煤及掘进工作面，是矿井粉尘产生的主要地点，而且也是矿井井下人员集中地点，现场操作复杂，若现场环境中粉尘浓度较高会影响到员工操作，甚至可能发生危害人身安全的事故。3.矿井粉尘中大部分为煤尘，并且煤尘一般觉有爆炸性，会给矿井安全带来威胁。（二）防尘措施：煤层注水是回采工作面最有效的防尘措施。水的除尘机理包括以下3个方面:(1)湿润煤体内的原生煤尘，使其失去飞扬的能力;(2)有效地包裹煤体的每个细小部分，当煤体在开采中破碎时，避免细粒煤尘的飞扬;(3)水的湿润作用使煤体塑性增强，脆性减弱。当煤体受外力作用时，许多脆性破碎变为塑性形变，因而大量减少了煤体被破碎为尘粒的可能性，降低了煤尘的产生量。

二、煤层注水设计：

（一）2323SX回采工作面概况：

工作面走向长度：1018m；工作面倾斜长度：174.8m；煤层厚度：平均1.86m；煤层倾角：10°；可采诸量：41.4734万吨；煤层含水量：2.73%；煤体硬度系数：0.8～1.2；容重：1.38t/m3；回采率：95%。本工作面煤层厚度较稳定，变化不大，煤层最厚2.5米，最薄1.3米，平均厚度1.86米，工作面内煤层倾角变化较大，最大13°，最小7°，平均倾角10°。

（二）2323SX工作面注水钻孔设计：

1.本工作面采用短壁注水方式，在回采工作面垂直煤壁施工钻孔注水。

2.钻孔施工与布置：（1）打钻注水设备及工具：①打钻注水设备及工具：钻机选用ZQSJ-140/4.1型架柱支撑气动手持式钻机，配Φ42mm螺旋钻杆、Φ42mm复合片钻头，最大钻深30米，钻孔数量以及布置方式见图。②钻孔：孔径42mm，孔深6m，孔间距15m。③钻孔布置及施工：钻孔布置在工作面煤层的中部，垂直煤层施工，为方便排钻屑，钻孔应有3-5°仰角。

3.注水设计

（1）单孔注水量

Q=k×M×lj×l×ρ×δ

式中：Q——单孔注水量，m3；

k——钻孔前方煤体湿润系数，1.1～1.3；本工作面取1.1；M——开采厚度，m；取1.86m；

lj——钻孔间距，m；取15m；（通过进行注水实验并取样分析含水量，在规定的注水时间内，确定现场该回采工作面煤体的湿润半径为10米）

l——钻孔长度，m；取6m；（现场每天采面推进为4.2m,满足现场需求）ρ——煤的密度，t/m3；取1.38t/m3；

δ——吨煤注水量，m3/t，取0.04m3/t。

将相关参数代入式（1）得：

单孔注水量：Q＝1.1×1.86×15×6×1.38×0.04≈10.2m3

单孔注水流量

由于注水流量与注水压力及煤的特性有关。

注水压力：选用采煤工作面的静压水经加压泵加压注水方式，注水压力控制在4-5MPa。本工作面注水流量设计时取6.0m3/h。（2）注水时间

T=Q/q（2）

式中：T——注水时间，h；

q——单孔注水流量，m3/h；本工作面设计时取6.0m3/h。Q——单孔注水量，m3，

注水时间：T=10.2/6.0=1.7h

注：如果在实际注水时，注水流量达不到注水要求，则注水时间要延长，在湿润半径范围内的煤壁出现均匀“出汗”(渗出水珠)的现象，作为判断方法确定煤体是否全面湿润。

（3）封孔方法

本工作面选用MZJ-111型自动封孔器封孔注水，封孔深度一般为1～2m；

1、封孔器的结构组成： 封孔器主要由高压橡胶膨胀胶管、芯管、单向开启阀、螺纹接头等组成。封孔器是利用膨胀胶管作为密封件的封孔装置。

2、封孔器的工作原理： 液体经过封孔器芯管流出，随着胶管内的压力升高，促使胶管长度变短，直径膨胀变大，直到与钻孔的孔壁完全贴紧为止，实现了封住钻孔的目的，当压力达到一定数值时，顶开压力控制阀片，开始注水。

三、煤层注水效果验证：

通过对采煤工作面粉尘浓度较高的地点，采煤机回风侧及回风道内选点进行粉尘浓度的测量工作，前后对比的结果见表3-1所示，降尘效率可以达到80%左右，降尘效果明显。

表3-12323SX采面注水前后粉尘测定数据对比表

四、结论：

通过煤层注水技术在回采工作面的应用，结果使回采工作面的粉尘浓度大幅度降低，对人员的身体健康及现场操作环境的安全提供了保证，降尘效率达到80%左右，通过相关理论及参数设置，在以后的矿井回采工作面防尘工作中提供依据。参考文献

[1]杨胜强.粉尘防治理论及技术【M】.中国矿业大学出版社