注水防治急倾斜煤层冲击矿压的应用基础研究.pdf

第 1 1卷 第6期 总第 7 3期 2 0 0 6年 1 2月 煤 矿 开 采 C o a l Mi n i n g T e c h n o l o g y Vo 1 ． 1 1 No ． 6 S e r i e s No ． 7 3 D e c e mb e r 2 o o 6 注水防治急倾斜 煤层冲击矿 压的应用基础研 究 阎海鹏，潘一山，李宗翔 辽 宁_T程技术大学 职业技术学院 ，辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0 [ 摘要] 冲击矿压是当前我国煤矿深部开采出现的一种特殊的矿山压力现象，它严重威胁井 下安全生产。结合大台井急倾斜煤层提 出了相应的切合实际的防治措施，如防治冲击矿压的钻孔布 置、注水设备的选择、注水工艺参数的确定等，收到了较好的实效。阐述了对渗透性 、吸水性和湿润 性较差的煤层进行注水时应采取的措施。实际注水表明，对该类煤层进行高压注水，能有效地防止冲 击矿压的发生。保证煤矿的安全生产。 [ 关键词] 急倾斜煤层；高压注水；冲击矿压 [ 中图分类号]T D 3 2 4 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 0 6 0 6 4 3 0 1 1 - 0 3 Ap pl i c a t i o n Re s e a r c h o f Pr e v e n t i ng Ro c k- b ur s t i ng wi t h W a t e r - p o ur i n g i n St e e pl y I n c l i n e d Co a l S e a m YAN Ha i p e n g ，P AN Y i s h a n，L I Z o n g x i a n g V o c a t i o n a l T e c h n i q u e C o l l e g e ， L i a o n i n g E n g i n e e r i n g＆ T e c h n o l o g y Un i v e r s i t y ， F u x i n 1 2 3 0 0 0，C h i n a Ab s t r a c t R o c k b u r s t i n g i s a s p e c i a l u n d e r g r o u n d p r e s s u r e b e h a v i o r i n d e e p mi n i n g i n C h i n a c u r r e n t l y a n d i t i n t i mi d a t e s s e ri o u s l y t h e s a f e mi n i n g ．Ai me d a t t h e s t e e p l y i n c l i n e d c o a l s e a m o f Da t a i Mi n e，p r a c t i c a b l e p r e v e n t i o n me a s u r e s a r e p u t f o r wa r d a n d b e t t e r e f f e e t i v e i s o b t a i n e d ．T h e s e me a s u r e s i n c l u d e t h e l a y o u t o f b o r e s ，s e l e c t i o n o f w a t e r - p o u r i n g e q u i p me n t s a n d c o n fi r ma t i o n o f w a t e r p o u rin g p a r a me t e rs，e t a 1 ． r h e me a s u r e s t h a t s h o u l d b e a d o p t e d i n w a t e r p o u rin g for c o a l s e a m w i t h w o r s e p e n e t r a b i l i t y ，h y g r o s c o p i c i t y a n d we t - t a b i l i t y a r e e x p o u n d e d．P r a c t i c e s h o w s t h a t wa t e r - p o u r i n g w i t h h i g h p r e s s u r e for t h i s k i n d o f c o a l s e a m c a n p r e v e n t r o c k - b u r s t i n g a n d e n s u r e s a f e mi n i n g ． Ke y wo r d s s t e e p l y i n c l i n e d c o a l s e a m ；wa t e r - p o u ri n g w i t h h i g h p r e s s u r e ；r o c k - b u r s t i n g 北京吴华能源有限公司木城涧矿大台井，近几 年来相继发生几 次冲击矿压 。从发生 冲击 的地点 看，采、掘工作面均有发生；从冲击强度看，由弱 冲击到强冲击；从破坏程度看，最强的一次冲击发 生在 6 1 8 1 1 工作面，冲击时煤量达 4 0 t ，冲出2 5 m 远，上部5～ 6 m巷道被堵严，将悬挂的风筒吹下 十多米远。 随着煤矿开采深度的增加，以及地质条件复 杂，冲击矿压发生的情况会越来越严重。现场实践 证明，煤层注水是防治冲击矿压的有效措施。 章梦涛、潘一山、关杰、朱月明等对冲击矿压 进行了较深入地研究 ，取得了显著成果，但迄今为 止这方面的研究大都围绕近水平煤层或缓倾斜煤 层， 对于防治急倾斜煤层冲击矿压的注水方法尚有 许多问题需要研究。为研究急倾斜煤层注水方法， 在该矿发生冲击矿压的 8槽煤进行了煤层注水试 验，本文根据实验结果探索急倾斜煤层注水的工艺 过程及注水效果，为确定急倾斜煤层冲击矿压防治 方案提供 了依据。 1 注水工作面概况 6 1 7 8掘 进工作面位 于 一2 1 0 m水平 十七石 门， 开采北八槽煤。该煤层顶底板均为粉砂岩；煤层最 大厚度为 1 ． 6 3 r a ，最小厚度 为 1 ． O m，平均厚度 为 1 ． 1 13 1 ；煤层倾角平均为 6 5 。 ，倾向 N W；煤层比较 干燥 ，原始含水率为0 ． 1 ％；在开采过程中极容易 产生大量煤尘，具有冲击倾向。 由于煤层倾角较大，采煤工作面回采巷道采用 沿煤层伪斜布置。由于该煤层具有冲击危险，因 此，在巷道掘进时要进行煤层注水。注水试验的掘 进巷道坡度为 2 2～2 5 。 。 2 钻孔及注水设备选择 2 ． 1钻孔设备 钻机选用洛阳风动工具 厂生产 的 K H Y D 4 0 D L A 型矿用电动岩石电钻 。 2 ． 2注水设备 为了节省材料，使用方便，注水设备及注水管 [ 收稿 日期 】2 0 0 6一 O 7一O 6 [ 作者简介】闫海鹏 1 9 5 7 一 ，男 辽宁喀左县人 ， 副教授，主要从事冲击矿压的研究工作。 1 1 维普资讯 总第7 3期 煤 矿 开 采 2 0 0 6年第6期 路采用矿用乳化液泵及液压管路 注水时乳化液 泵箱内不添加乳化油 。 2 ． 3 封孔 封孔采用长度为 1 ． 5 m的橡胶封孔器。 钻孔及注水设备的技术参数见表 1 所示。 表 1 钻孔及注水设备技术参数 3 钻孔布置与注水工艺参数的确定 注水工作是在掘进 之前先在工作面煤壁上钻 孔，然后注入压力水，使水渗入煤体内无数原生的 细微裂隙中，高压水可使细微裂隙扩大，破坏煤体 原生结构，使煤体软化，避免冲击矿压的发生。 3 ． 1 注水孔布置 1 注水孔直径 根据封孔器的规格及使用 要求，确定注水孔的直径为4 2 ～ 4 5 m m； 2 注水孔倾 角 由于巷道坡度为 2 2～2 5 。 ， 因此，注水孔的角度应与掘进巷道坡度基本相同， 即为 2 2～ 2 5 。 ，见图 l 所示。 图 1 注水孔布置 3 注水孔位置 由于煤层较薄，平均厚度 为 1 ． 1 m，采用单孑 L 注水。注水孔在掘进工作面中 心偏上的位置，根据顶底板变化情况调整左右位 置，以保证钻孔不穿顶底板。 4 钻孔长度 由钻机施钻条件和煤层赋存 条件确定，大台井 6 1 7 8 工作面北 8 槽煤受煤层厚 度变化大 ，实际的成孔情况在 2 03 0 m之间。 3 ． 2 注水参数 根据数值模拟计算分析，钻孔布置与注水参数 确定存在密切的动态关系，如图 2所示。通过 回归 1 2 分析，得到注水6 0 h时注水压力P ． 与0 ． 5 ％湿润半 径关 系为 尺 0 5 ％ p 1 54 ． 8 4 7 3 e 枷” 脚‘ p l 1 5 M P a ， 其中回归相关系数为0 ． 9 9 9 9 8 ，结果非常 显著 图 3 。 图2 不同注水压力时湿润范围与注水时间变化 量 搿 赠 I I l 图3 注水压力与湿润范围的关系 1 注水时间 掘进 注水时间与掘进进度和 钻孔长度三者也有密切关系，在时间上存在如下的 限制 ≤ L - 一 Lo 一 ￡ 。 t 1 I 式中 ， 为钻孔 长度 ，m； 为掘 进进度 ，m ／ d ； t 。 为注水准备时间 架钻机、施钻、封孔、接管 等 ，d ；t 。 为提高防冲效果预留的煤体吸附空隙 水的时间，d ；L 。 为掘进面前方应保留的安全煤体 湿润范围，m。 2 注水压力及流量 北 8槽煤渗透能力很 小，根据现有注水泵的能力，注水能够维持较高的 注水压力。数值模拟分析表明，注水压力在试验压 力7 M P a 以上仍有较大的提高空间，为确保不发生 泄水， 且有一定的湿润压力比，合理的压力在 9～ 1 2 MP a 之间。 根据 6 1 7 8 掘进工作面具体条件，湿润范围可 达 1 2 ． 8 m，前方煤体处于 2 ％以上湿润的区域，远 高于0 ． 7 5 ％要求，防冲效果明显提高。 3 注水量以注水到煤壁 “ 出汗”为止。 维普资讯 阎海鹏等注水防治急倾斜煤层冲击矿压的应用基础研究 2 0 0 6年第6期 4 注水效果分析 实验室测得煤样的吸水率最大为 1 ． 3 4 ，为难 注水煤层。注水后在注水钻孔左侧和下侧分别打钻 取屑，测得吸水率为左孑 L 2 ． 5 ％ ，下孔 3 ． 2 ％。 从现场注水试验结果分析，煤层注水不但能有 效地防止冲击矿压的发生，而且还能降低煤尘的发 生量 ，有利于安全生产。 4 ． 1 降低煤层应力 在注水过程中有明显的煤体爆裂声 。说明注水 软化了煤体，改变 ， 煤体的结构和物理力学性质， 增大了煤体的塑性，使煤体中聚集的弹性能在注水 过程 中得 以释放。 在随后的掘进中发现煤体较湿润，没有冲击矿 压发生，说明注水降低了煤层应力。 4 ． 2降低煤尘发生量 由于该煤层煤质较软，又较干燥，在生产中产 生的大量煤尘在巷道 中飞扬。 对煤体注水时，注入的水沿着煤的裂隙向被裂 隙分割的的煤块渗透并储存于裂隙与孑 L 隙之中， 增 加煤体的水分，使煤体得到预先湿润，减少了在掘 进中产生浮游煤尘量。 注水后的煤层，掘进时煤体比较湿润，煤尘的 产生鼍大大降低 。这不但有效地减少人体患尘肺病 的几率 ，而且减少了由于煤尘飞扬带来的安全隐 患 ，保证 了安全生产。 4 ． 3 应注意的问题 由于急倾斜煤层的巷道呈折线布置，因此，在 重新开 口注水时 ，要注意注水巷道与其下方巷道之 间的距离至少在 5 m以上，否则会使注水时在注水 压力的作用下形成的裂隙与下方巷道连通，形成泄 水通道 ，致使注水孔过早泄水 ，达不到预想的注水 效果 。 在注水时要 不断地 调整注 水压 力。开始注水 时，注水压力可大些，因为较大的注水压力可将煤 层的层 、 节理打开，以利于水的渗透；随之降低注 水压力，使注入的高压水能缓慢地、均匀地注入煤 体，使煤层得到较充分的湿润，达到降低煤层应 力，降低产尘量，防止冲击矿压发生的目的。 5 结论 通过对大台井的急倾斜煤层注水情况分析可 知，虽然该煤层属于难注水煤层，但实际注水效果 较理想，从注水后掘进时发现，煤层比较湿润，没 有发生冲击矿压。实际注水证明，煤层注水不但有 效地防止冲击矿压的发生，而且还能减少煤尘的产 生量 ，为保证工人的身体健康和安全生产提供了可 靠的保障。因此，该矿煤层注水是一种行之有效的 方法 。 [ 参考文 献] [ 1 ]李宗翔， 潘 山。张智慧 ． 预防冲击地压煤层掘进洼水钻孔 布置与参数的确定 [ J ]．煤炭学报，2 0 0 4 ，2 9 6 6 8 4 6 8 8 ． [ 2 ]李宗翔 ． 注水煤体应 力能 V f 转化 一 释放机理研究 [ J ]．中 国地质灾害与防治学报， 2 0 0 5 ，1 6 2 6 7 - 7 0 ． [ 3 ]朱月明．急倾斜煤层冲击地压防治的可行性研究 [ J J．辽宁 工程技术大学学报， 2 0 0 3 ， 2 2 6 0 3 3 2 - 0 2 ． [ 4 ]章梦涛，宋维源，潘一山． 煤层注水预防冲击地压的研究 [ J ] ． 中国安全科学学报． 2 0 0 3 ，1 3 1 0 6 9 -7 2 ． [ 5 ] 关杰 ， 孙可叫， 朱月明．急倾斜煤层开采解放层防治冲击地 压数值模拟 [ J ]． 辽宁工程技术大学学报，2 0 0 2 ，2 1 4 4l 1 41 3． [ 6 ] 邓利民，张芳 ，于华． 倾斜煤层冲击地压危险状况的数值 模拟研究 [ J ]．辽宁工程技术大学学 报 自然科学版 。 2 0 0 1 ，2 0 4 4 5 5 - 4 5 6 ． [ 责任编辑 毛德兵 】 电 电 电 电 电 电 七 电 々 电 七 电 电 电 电 电 电 电 电 电 电 电 电 电 七 电 专 电 电 电 七 七 七 七 七 七 七 七 上接 5 2页 接后，溜槽与液压支架连接距离偏差过大，将影响 输送机滑动的液压支架连接头暂时摘掉，根据推移 千斤顶与溜槽连接位置偏差距离和方向， 工作面边 调斜推进，边用单体支柱配合人工调整液压支架， 使摘掉的液压支架连接头与溜槽全部连接到位。 4 结束语 综采工作面台阶式多切眼对接技术与传统方法 相比，一次性直接对接，既安全高效，又提高了工 作面对接质量。同时 ，可节约大量生产时间 、减少 对接成本。将液压支架 、溜槽提前安装布置到位， 保证了工作面安装工期和生产接续。采用控制和调 整液压支架对接位置间距 、缩短刮板输送机机尾总 长度的技术 ，确保 了工作面安全 、稳定 、快速对 接，是综采工作面对接技术的创新。2 1 0 9综采工 作面台阶式多切眼对接技术的成功应用 ，延长了该 工作面生产服务时间，缓解了综采工作面生产接替 的紧张局面，多回收煤炭 6 0 k t ，直接创造经济效益 1 4 0 0多万元。另外，综采工作面台阶式多切眼对 接技术在2 1 0 9 综采工作面成功应用 ，还将给同类 型综采工作面提供宝贵的实践资料，具有很好的推 广应用价值 。 [ 责任编辑崔德仁] 1 3 维普资讯