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采掘工作面煤壁浅孔动压注水在治理瓦斯中的应用 李俊民 淮北矿业集团公司 朱庄煤矿,安徽 淮北235047 摘 要朱庄煤矿结合该矿机械化程度较高的有利条件,利用现有综采机组的液压系统,试验采用煤壁浅孔动压注 水治理瓦斯,有效地解决了常规方法利用边采掘边抽治理瓦斯的设备和专业认伍投入等一系列问题,取得了良 好的经济和社会效益。 关键词采掘工作面;浅孔动压注水;治理瓦斯 中图分类号TD712 文献标识码B 文章编号1008 - 8725200612 - 0063 - 02 Application of Dynamic Pressure Water Injection with Coalwall Shallow Holes in Mining and Driving Face in G as Management LI Jun - min Zhuzhuang Coal Mine , Huaibei Mining Industry Group Comp. ,Huaibei 235047 ,China Abstract Combining with the advantageous conditions of high mechanized degree , the existing hydraulic pres2 sure system of the fully mechanized mining group is applied. The of dynamic pressure water injection with shallow holes is applied for gas management. A series of problems are solved. The better economic and social benefits are obtained. Key wordsmining and driving face ; dynamic pressure water injection with shallow holes; gas management 0 前言 随着采场向深部转移,瓦斯涌出量也随之增加, 严重制约着矿井安全生产。过去一些传统的防治瓦 斯措施的局限性也日益暴露出来,或者治理效果不 够理想,或者需要大量的设备和人员投入,效率较 低,成本较高。朱庄煤矿在总结以往治理瓦斯经验 的基础上,试验采用采掘工作面浅孔动压注水措施, 以减少落煤过程中的瓦斯涌出量,保证正常生产,收 到了良好效果。 1 试验区概况 淮北矿区朱庄煤矿位于苏鲁豫皖交界地区,井 田主采煤层为下石盒子组四、 五煤层、 山西组六煤 层,平均总厚度6.94 m。开采深度80～450 m ,倾角 0～20,贫煤、 贫瘦煤为主,煤层普氏系数0. 6～1. 0 , 直接顶为砂质泥岩,老顶为细、 中砂岩;直接底为泥 岩或砂质泥岩,老顶为细砂岩,气体封闭条件较好, 有利于瓦斯贮存。四煤层高瓦斯区局部瓦斯含量5 ～10 m 3/ t ,五煤层高瓦斯区局部瓦斯含量 2～5 m 3/ t ,六煤层瓦斯含量较小。煤尘爆炸指数18. 3 ～ 23.86 。 试验区所选的3426综采工作面、3426改造机巷 炮掘工作面、35412机巷综掘工作面均在高瓦 斯区。 2 浅孔动压注水防治瓦斯措施 2.1 注水防治瓦斯机理 在采煤工作面和煤巷掘进工作面,由于受采动 影响,前方煤体应力重新分布。煤体支撑的上覆岩 层自重应力向周围煤体转移,使其发生流变破坏,靠 近工作面一定范围形成只承受自重应力的卸压带。 卸压带内煤体所含瓦斯及时得到释放,卸压带以里 煤体受到压缩,地应力和瓦斯压力较高,煤层透气性 下降,瓦斯难以释放,大量瓦斯贮存在这一带。 采取浅孔动压注水措施,利用较高的压力水湿 润工作面前方5～8 m煤体,一方面使工作面前方煤 体应力重新分布,超前压力向深部转移,形成较宽的 卸压带,有利于煤体内瓦斯的释放;另一方面,利用 高压水占据卸压带煤体裂隙的空间,将其中大量的 瓦斯排挤出来。由于注水工作需要一个过程,瓦斯 较为均匀地涌出,避免了割煤或放炮期间瓦斯集中 收稿日期2006 - 09 - 13;修订日期2006 - 10 - 19 作者简介李俊民1974 - ,男,安徽利辛人,工程师,1998年毕业于淮南工业学院通风与安全专业,现在淮北矿业集团朱庄煤 矿从事通风与安全管理工作。 第25卷第12期 2006年12月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol125 ,No112 Dec ,2006 涌出以至超限。 2.2 注水钻孔布置及参数 采煤工作面沿走向每5～8 m布置1个注水孔, 成三花眼见图1 ,掘进工作面在中上部布置1个 孔即可见图2 ,注水孔孔深5～ 6 m 不小于一个循 环进度 , 孔径42 mm ,使用郑州市峰泰机械制造有 限公司生产的MZF - 40 - 15型封孔器材质为钢丝 橡胶封孔,每循环推进度不得超过孔深。用节流阀 将取自液压支架片阀的带压乳化液调节到10～15 MPa ,注水时间以工作面煤壁被压裂出水为止。 图1 3426采煤工作面注水钻孔布冒图 图2 掘进工作面注水钻孔布置图 3 注水措施效果检验 3.1 注水过程中工作面煤壁附近出现条带状的瓦 斯带 通过现场考察,3426作面平均每孔注水时间需 要7 min左右,工作面不出现构造或较厚夹矸时,眼 距5 m效果最佳,注水过程中工作面煤壁附近出现 1个150 mm厚的瓦斯带如图3所示。3426改造 机巷炮掘面每孔注水时间需要8 min左右,孔深5 m ,注水过程中工作面煤壁附近出现1个350 mm厚 的瓦斯带如图4所示。35412机巷综掘面每孔注 水时间需要4 min左右,孔深5 m ,注水过程中工作 面煤壁附近出现一个150 mm厚的瓦斯带。 图3 3426综采面注水时出现的瓦斯带等值线 图4 3426改造机巷炮掘面注水时的瓦斯带等值线 3.2 注水前后工作面瓦斯涌出量的变化 试验期间,分别就2426综采面、3426改造机巷 炮掘面、35412机巷综掘面注水前后的瓦斯涌出量 进行了测算,如表1所示。 表1 注水前后风排瓦斯量以正常落煤速度计对比 3426工作面综采 / m3min- 1 3426改造机巷炮掘 / m3min- 1 35412机巷综掘 / m3min- 1 注水前5.609.452.88 注水后3.201.961.32 通过表1可以看出,四煤、 五煤高瓦斯工作面注 水后正常落煤期间瓦斯涌出量减少42. 90 ～79. 26 ,煤层注水一方面驱赶了大量的游离瓦斯,另一 方面封闭了煤体微孔裂隙内的吸附瓦斯,同时水分 的增加阻碍了吸附瓦斯向游离瓦斯的转化,大大减 少了落煤期间的瓦斯涌出量。 3426改造机巷炮掘面效果尤其明显。该工作 面供风量350 m 3/ min ,开窝 10 m时,一炮两棚 1. 4 m ,最大绝对瓦斯涌出量达到了9.45 m 3/ min。虽然 通过及时制定措施,缩小循环进度,一炮一棚,但是 巷道内瓦斯体积分数仍然超限1. 64 。采取注水 措施后,一炮两棚,放炮时巷道内瓦斯的体积分数降 到0.56 。 4 结束语 以往从防尘角度执行煤层注水制度,分别进行 了工作面浅孔和两巷中、 深孔静压水压3MPa左 右注水,由于水压低,防尘效果甚微。此次从治理 瓦斯角度推行工作面浅孔动压注水,一方面节省了 抽放设备的投资,很好地解决了瓦斯问题,几乎没有 因瓦斯而制约生产;另一方面在很大程度上解决了 煤尘问题。35412综掘工作面注水前后,综掘机司 机位置的煤尘质量浓度平均由144 mg/ m 3 降低到40 mg/ m 3 ,降尘率达72 ,消除了隐患,节约了资金,也 给职工带来了健康,收到了可观的经济效益和良好 的社会效益,为相似条件下经济地治理瓦斯提供了 借鉴的经验。 64 煤 炭 技 术 第25卷