煤层注水技术应用与效果

煤层注水技术应用与效果

摘要:本文重点介绍了煤层注水技术的应用和实施步骤,分析了煤层注水的效果,结合实际提出了实施过程的注意事项。

关键词:煤矿煤层注水技术应用效果

引言

永安煤业苏桥煤矿属于薄煤层中小型煤矿,煤层赋存条件复杂,厚度为0.8～1.5m左右,煤层倾角大,硬度高,煤层原始水分(Mt%)4%以下,采用短壁推采,炮采工艺。开采过程具有粉尘大、打眼困难,材料消耗大的特点。2011年1月份以来,煤层注水技术,在三个薄煤层工作面应用,经过实践表明,煤层注水技术具有减少开采粉尘,降低工作面温度,减少火工品消耗等明显效果。

1 煤层注水技术应用

1.1 注水原理

煤层注水是回采前在煤层中预先钻孔,将高压水(水压约8～15MPa)注入煤层,增加煤层水分,从而改变其物理力学性质及热力学性质,以达到减少回采过程中粉尘的产生,降低煤层开采温度和有害气体的释放,预防煤矿井下灾害的发生。

1.2 注水系统

注水系统由矿井防尘管路、作业地点注水泵、高压管路、封孔器及相关的高压管路连接附件、开关、水表等组成。

1.3 注水设备

注水设备主要由电煤钻、煤层注水泵(5BZ-33/15型,额定工作压力为15Mpa)、封孔器(ZFII-42)、分流器、高压管、压力表及水表等。其中:注水泵的作用是将矿井防尘水加压到8-15Mpa,产生高压水源;封孔器作用是在注水后膨胀,将注水孔眼口段封堵,阻止高压水外流,同时还装有单向阀,保证高压水向煤层注入。封孔器可循环使用。

2 煤层注水工艺实施步骤

注水工艺在采煤工作面形成后,由上而下施工长钻孔进行煤层注水,一次可同时向5个钻孔进行注水。具体步骤如下:

2.1 注水眼的施工

注水孔可采用强力电煤钻施工,利用可连接煤钻杆进行打眼,打眼深度依工作面煤层情况而定,一般深度在10～30m。对于薄煤层及倾向变化比较复杂的煤层,打眼深度一般在10m以内,每个孔距顶板0.5 m左右,间距6～8m。靠近眼口2m,采用直径45mm的大钻头进行扩孔,以便安装封孔器。要求注水眼要尽量直、顺,特别是安装封孔器的这一段,煤层应比较结实,封堵效果将会更好。

2.2 封孔器的安装与连接

煤层专用注水封孔器的规格一般为直径42mm、长度1.2m的水力膨胀式封孔器。将封孔器安装到已扩好孔内,埋入的深度不于1.2m,确保封堵质量。经快速变径三通截止阀与高压供水软管连接。一般一次安装连接五个封孔器。

2.3 煤层注水

首先检查确认注水泵电源已接入,且安全可靠,接着打开注水泵进水阀门及排气管阀门,将泵内空气排出,待排气管出水后,关闭排气管阀门。接着便可启动注水泵,打开出水管阀门,便可向煤层注水,一次可向多个钻孔同时注水(通常为五个)。注水时,封孔器要有专人负责控制,掌握注水情况。注意观察压力表,当压力上升至8Mpa以上时,便进入保压阶段。保压的时间应根据注水孔的深度、煤层的硬度及密度而定,一般需要1～2h。当工作面煤壁有“出汗”现象(煤壁大面积渗出水珠)或孔内水压与静压一致时(计量水表停止记数),即可关闭本组注水孔开关,进行下一组注水孔的注水。

3 煤层注水效果

我矿从2011年1月份开始,对一采区±0水平C26Ｎ、C30Ｓ及+35水平C30S等三个薄煤层采煤工作面实施注水技术应用,经过实践总

结,具有良好的效果。下面以一采区±0水平C30S工作面为例,就注水前后的有关数据进行比较,分析效果。

(1)降低工作面粉尘:该工作面的二氧化硅含量为8.7%,实施注水前,总粉尘浓度32mg/m3;呼吸性粉尘浓度8.9mg/m3;注水后,总粉尘浓度8.6mg/m3,呼吸性粉尘浓度2.9mg/m3。总粉尘浓度降低了73.1%,呼吸性粉尘浓度降低了67.4%,降尘效果十分明显。

(2)降低工作面温度:注水前该工作面作业点的温度为26℃,注水后工作面的温度为23℃。通常能降低工作面温度3～4℃,有效改善作业环境的温度。

(3)增加了煤炭水份:注水前采集的煤样水份小于4%,注水后煤样的水份为5.5～6%。吨煤可吸收水分约为0.01～0.02t。

(4)减少火工品消耗:由于煤层经注水后,煤炭吸水,煤层相对变软,实施炮采工艺时可减少打眼个数及装药量,放炮出煤效果好,吨煤降低炸药消耗0.02kg。

(5)减少煤钻头消耗:由于原来煤质较硬,每施工一个中深孔要更换2～3个煤钻头,注水后只需一个钻头便可完成一个中深孔眼的施工。同时,打眼时间缩短:注水后煤质较松软,打眼时间由原来的10分钟/眼(包括中途更换钻头的时间)减少到6分钟/眼,节约打眼时间40%,也提高了劳动工效。

(6)减少了有害气体释出:煤层注水后,水份增加,减少了煤层空隙,部分有害气体被水溶解,因而减少了煤炭开采过程有害气体的释出量,有利于预防井下灾害的发生。

4 煤层注水应用的注意事项

(1)合理控制注水量。煤层注水量与煤层厚度、硬度,注水眼间距、深度等有关。应根据不同的工作面现场,合理控制注水量。如果过量注水,则容易造成煤层吸水过多甚至跨落。

(2)加强采煤工作面顶板管理。由于注水后煤层吸水而变松软,煤层顶底板受压增加。要对煤层注水区域周边顶板支护进行必要加固,适当缩短支护间距。如缩短单体支柱间距或增加木支护的柱径等措施,以保障顶板安全。同时,应随时观察顶底板来压情况,防范煤层跨落。

(3)需经培训专人操作。注水过程中,应由经培训,熟悉注水设备操作规程的人员进行操作。

(4)对于含水较高或松软煤层,不适合注水开采作业。

5 结语

煤层注水技术是一项技术成熟,投资少,操作简单,效果好的采煤

新工艺,适合于煤层坚硬、水份低的薄煤层或中厚煤层,特别适用于中小型煤矿的炮采工作面。对于采煤工作面降低粉尘,减少材料消耗,改善作业环境,提高劳动工效等都有显著成效。煤层注水技术值得推广应用。

参考文献

[1]煤矿开采技术.山西人民出版社.2010.

[2]5BZ-33/15型煤层注水泵使用说明书.

[3]韩晋平,等．煤层注水研究现状及影响因素分析[J]．科技创新导报,2010,3．

[4]张旭,等．煤层注水防尘研究[J]．科技创新导报,2011,29．