高地压采煤面煤层注水封孔技术工艺研究.pdf

2 0 1 4年第 5期 总第 1 0 4期 缸 ； 夏 - 蓦 ； 芋 j } 圭 E N E R G Y A N D E N E R G Y C O N S E R V A T 1 0 N 2 0 1 4年 5月 高地压采煤面煤层注水封孔技术工艺研究 刘 旭 明 山煤集团凌志达煤业有限公司，山西 长子 0 4 6 6 0 6 摘要 针对高地压煤层煤壁破碎、封孔不严导致跑水问题 ，采用理论分析、实验研究及现场应用相结合的方法，对 高地压采煤面煤层注水封孔技术工艺进行研究，根据高地压对注水效果的影响分析及聚氨酯压注法实验结果，提出聚氨 酯压注法是一种有效的封孔方法，并在凌志达煤业 1 5 1 0 1工作面进行了现场应用，取得了良好的效果。 关键词 高地压；封孔；跑水；聚氨酯压注法 中图分类号 T D 8 2 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 0 8 0 2 一 2 0 1 4 0 5 0 1 9 0 0 3 Re s e a r c h o f Ho l e S e a l i n g Te c h n o l o g y f o r Co a l S e a m o f M i n i n g F a c e wi t h Hi g h Gr o u n d Pr e s s u r e L I U Xu mi n g L in g z h i d a C o a l I n d u s t r y Co ． ， L t d ． o f S h a n me i Gr o u p ， Z h a n g z i 0 4 6 6 0 6 ， S h a n x i ， Ch i n a ’ Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e p r o b l e m o f wa t e r l o s s d u e t o t h e b r o k e n c o a l wa l l a n d l a x h o l e s e a l i n g o f c o a l s e a m wi t h h i g h g r o u n d p r e s s u r e ，t h r o u g h t h e me t h o d o f t h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，e x p e r i me n t a l s t u d y a n d a p p l i c a t i o n o n- s p o t ，s t u d i e s t h e h o l e s e a l i n g t e c h n o l o g y f o r c o a l s e a m o f m i n i n g f a c e w i t h h i g h g r o u n d p r e s s u r e ， p r o p o s e s t h a t p o l y u r e t h a n e p r e s s u r e i n j e c t i o n i s a n e f f e c t i v e m e t h o d o f h o l e s e a l i n g a c c o r d i n g t o t h e a n a l y s i s o f t h e e f f e c t o f h i g h g r o u n d p r e s s u r e o n w a t e r i n j e c t i o n a n d e x p e r i me n t a l r e s u l t s o f p o l y u r e t h a n e p r e s s u r e i n j e c t i o n ， w h i c h h a s b e e n a p p l i e d i n 1 5 1 0 1 w o r k i n g f a c e o f L i n g z h i d ／ C o a l I n d u s t a n d a c h i e v e d g o o d a p p l i c a t i o n e f f e c t ． Ke y wo r d s h i g h g r o u n d p r e s s u r e ；h o l e s e a l i n g ；w a t e r l o s s ；p o l y u r e t h a n e p r e s s u r e i n j e c t i o n 0 引言 随着工矿企业职业健康意识的提高，矿井粉尘防 治越来越受到人们的重视。研究表明[1J ，开采前向煤 体中注水是一种十分有效的降低井下粉尘浓度的措 施，然而由于煤层注水受诸多因素的影响，其效果并 不理想。尤其是在高地压煤层中，由于煤体受到深井 重力场 ，构造应力场及采动应力场 的多重应力作用 ， 造成巷道松动圈范围扩展 ，以致在注水过程 中，水还 没有进入煤体深处，就从松动圈裂隙中流出，跑水严 重，严重制约着煤层注水效果【2 】。因此，找到一种有 效的封孔技术工艺对于防止跑水，提高煤层注水效 果，进而降低井下粉尘浓度，保证井下工作人员的身 心健康和矿区和谐稳定具有重要的现实意义。 1 工作面概 况 凌志达煤业 1 5 1 0 1 综放工作面位于七采区中部， 所采煤层为山西组 3 煤，以亮煤为主，含镜煤条带， 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 2 1 作者简介刘旭明，1 9 6 5 年生，男，山西长子人，1 9 8 8年毕业 于长治煤炭工业学校采煤专业，工程师。 1 9 0 属半亮型煤，普氏硬度 2 -3 。该工作面面长 1 6 0 0 m，工作面推进长度为 9 4 9 ．5 IT I 。煤层厚度一般在8 ． 1 2 m一 9 ． 7 1 m，平 均 8 ． 5 0 m， 工 作 面 煤 层 倾 角 3 。 ～ 1 0 。 ，平均 7 o 。1 5 1 0 1 工作面采用综合机械化放顶煤开 采技术回采，产尘量大，开采深度 4 0 0 m余，局部应 力集中对回采影响较大。主采的 3 煤层孔隙率仅为 2 ． 4 8 ％一 3 ． 2 6 ％，导水性很差 ，单位吸水量约 0 ．0 1 5 3 6 c m ／ M P a s ，属难注水煤层， 采用传统的水泥砂浆封 孔 ，效果差 ，跑水严重。 2 高地压对注水的影响分析 2 ． 1 高地压煤层对钻孔的影响分析 研究发现，注人煤体的水，一般有以下几种泄露 形式a 水通过钻孔密封段的煤体向外泄露 ；b 水 通过钻孔周围的裂隙或封孔材料之间裂隙流出；C 水 通过巷道松动圈裂隙向外泄露[31 。而第j种泄露是煤 层注水跑水 的主要形式。 高地压煤层处于深井重力、构造应力及采动应力 三重应力作用下，会使煤体都发生破碎 使巷道松动 圈向煤体内部移动，增大松动圈深度，因此，只有钻 孔的封孔长度足够长，使其脱离巷道松动圈的影响范 2 0 1 4 年 第 5 期 } j } 占 钍 2 0 1 4 年 5 月 在 1 5 1 0 1 运输顺槽聚氨酯压注实验。设计在 1 5 1 0 1 运 输顺槽钻设 1 0 个钻孔进行注水，其中 1 一 5 钻孔进行 水泥砂浆封孔，6 1 0 采用聚氨酯压注法封孔，钻孑 L 长度 8 0 m，间距 1 5 m。 根据理论研究以及借鉴大量先进煤矿的实践经 验 ，用水泥砂浆灌注法封孔时，封孔长度约 6 m一 8 m 较为合适。先将高压胶管置于钻孔内 1 0 m左右位置， 在距离孑 L 口6 m ～ 8 m左右的位置处在高压胶管上缠 绕适量的棉纱，防止砂浆溢人钻孔，注水管露出煤壁 0 - 3 m 。注水管固定后，将 1 2 3 的水泥砂浆灌人 钻孔，即完成封孔。水泥砂浆封孔前，先用压风通过 预留管吹出孔外的水体，提高砂浆的封孔效果。封孔 时在砂浆中添加少量速凝剂或水玻璃，以加速凝固。 按照上述管路布置方法对 C - 1 0 孔进行布置，并连接 好管路 ，封孔时，将黑白料按 1 1 比例分布灌混合 罐后 ，快速进行封孔。 4 ． 2 应用效果考察 利用注水系统 中每个钻孑 L 的注水流量表记 录工作 面实施注水后水分的增加量，进行统计分析，研究注 水效果。截止 2 0 1 3 年 5 月 6日，累计完成 l 0 个注水 钻孔的煤层高压注水试验工作。钻孔注水情况如表 1 所示。 由上表可以看出，使用水泥砂浆封孔时，1 一 5 孑 L 都在 0 ． 5 h左右开始漏水 ，湿润范围小于 2 ． 5 m，时 间最长的 3 注水孔 0 ． 8 h后开始漏水 ，注水量仅为 2 ． 7 1 3 m ，时间最短的不到 0 ． 5 h ，注水量小于 l m ， 跑水严重，注水效果很差。使用聚氨酯压注法封孔 时 ，封孔效果有明显改善 ，注水时间 、注水量及湿润 半径较水泥砂浆封孑 L 时均有较大提高。其中 6 9 注 水孔注水时间都在 5 h 以上开始出现注水孔周围煤壁 渗出水 ，且煤壁未出现水从锚杆孔外泄现象 ，注水效 果较好 。其中 1 0 “ 注水孔 现水从注水孔周 围 4 m ～ 5 m范围内煤壁渗 出现象 ，这是由于 1 0 注水孑 L 距工 作面距离较近 ，受工作面采动影响较大。 5 结语 通过分析高地压对煤层注水的影响分析得出，地 压越高，煤层注水越困难，同时，高地压造成巷道松 l 警 I 竺 I 注 水 时 间 j注 量 } 备 注 I 方 式 I 编 号 I h l m l ⋯ f l 『 o ．s I 1_4 26 注 水 孑 锚 杆 l{ s s s 孑 锚 杆 I 6 l s．s l ．。47 l水 从 注 曩 星 6 m 范 I { 7 l ．。 I-4． 2 水 从 注 曩 7 m 范 I l s l 7 ．s l -s．6 s9 l水 从 注 曩 基 6 m 范 I l l 6 ．s l s ．9 s6 I水 从 注 异 7 m 范 ●0● ●0● ●C ● C ●o●, o - ● ●- o , ● ●0●0●0● ●o●-C ●o●- o , ● o●◇●o●． o - ●● -◇● ●0● ●0●0●0●o●0●o●0I o● t 0 ● o● 0●-● ●● ●- 0 ● ● 上接 1 5 3页 类电气设备的日常使用和检查维修等制度 ，加大 日常 检查力度，只有这样才能保证安全生产的顺利进行。 参考文献 [ 1 ] 朱相东． 浅析矿山电气安全管理与技术【 j ] ． 四J 1 1 有色金属， 2 0 0 9 2 2 3 - 2 4 ． [ 2 ] 陶明星． 基层安全管理工作者应做到4个了解[ J ] ． 安全、 健 康和环境， 2 0 0 2 7 3 4 3 6 ． 】 9 2 [ 3 ] 邱明晓， 刘桂礼， 李 东． 符合 I E C 6 1 0 1 0标准的泄漏电流测 试技术[ M] ． 北京机械工业学院学报 ， 2 0 0 5 1 1 0 l 一 1 0 2 ． [ 4 ] 陈学勤， 刘禄恺． 井下移动变电站保护接地电阻的设置[ J ] ． 矿业安全与环保 ， 2 0 0 6 1 1 3 - 4 ． [ 5 ] 刘凡非． 保护接地网预防瓦斯爆炸作用原理及其完好性监 视技术[ J ] ．矿冶， 2 0 0 7 2 1 2 1 4 ． 责任编辑高志凤