赵坡煤矿薄煤层炮采工作面短壁快速注水技术实践.pdf

赵坡煤矿薄煤层炮采工作面短壁快速注水技术实践 李志强 1 ,孙启发 2 ,王修利 1 1. 山东丰源煤电股份有限公司赵坡煤矿,山东 滕州 277518;2.枣庄市峄城区煤炭工业局,山东 枣庄 277000 摘 要 为抑制炮采工作面采煤时煤尘的产生、 飞扬,针对赵坡煤矿煤层的特点进行了工作面短壁快速高压注水技术的实践,介绍了工作面短 壁快速高压注水工艺、 参数,以及在防治煤尘与安全方面所取得的成效。 关键词 短壁快速注水 工艺参数 改善环境 中图分类号TD743 文献标识码 A 赵坡煤矿开采的16煤,煤层平均厚度1.14m,煤种 属气肥煤,低瓦斯,煤尘爆炸性很强,煤尘爆炸指数46. 07 ,开采工艺采用传统的炮采工艺。 1 煤层注水及预湿煤体防尘原理 煤层注水防尘是在采掘之前,利用钻孔向煤层注 入压力水,使其沿着煤层的层理、 节理和裂隙向四周扩 散,然后渗入到煤的孔隙中去,使煤体预先得到湿润, 减少采掘时浮游煤尘的产生量。预湿煤体防尘原理 1湿润了煤体的原生煤尘。在煤体内部的各类 裂隙中都存在着原生煤尘,它们随煤体被破碎而飞扬 于空气中,水进入裂隙后,将其中的原生煤尘预先湿 润,使其失去飞扬能力,从而消除这一尘源。 2有效地包裹了煤体的每一个细小部分。水进 入煤体空隙后不仅在较大的构造裂隙,层理、 节理中有 水存在,而且极细微的孔隙中都有水注入。这使整个 煤体有效地被水包裹起来。当煤体在开采过程中受到 破碎时,因绝大多数的破碎面均有水存在,从而抑制了 细粒的煤尘飞扬。即使煤体破碎极细,渗入细微孔隙 的水也都能使之预先湿润,达到预防浮游煤尘的目的。 3改变了煤体的物理力学性质。水进入煤体后, 被湿润了的煤的塑性增强,脆性减弱。当煤体受到外 力作用时,脆性破坏变为塑性变形,因而减少了煤被破 碎为尘粒的可能,降低了煤尘的产生量。 2 工作面概况 16302工作面位于矿井东翼163采区西部,163采 区运输平巷西部,工作面北侧东部为16303工作面未 采实体、 西部为井田边界;北与休城矿相邻;工作面南 侧西部为黄坡村保护煤柱边界、 东部为16301工作面 采空区;工作面上方为123采空区。倾斜长壁对拉面 开采,工作面宽度平均为225m,倾斜长为1350 m。 3 收稿日期2007 - 10 - 26 作者简介李志强1972 - ,男,山西省平遥县人,工业工程硕士, 工程师,1997年毕业于河北建筑科技学院采矿工程专业,现任山东丰 源煤电股份有限公司赵坡煤矿副总工程师。 3 短壁快速注水 3.1 短壁快速注水适用性分析 短壁快速注水即在工作面煤层中部打注水孔向煤 体注水。钻孔垂直煤壁或与煤壁成一定角度,孔的长 度为循环进度,每个循环注水一次,注水工序在工作面 打装药炮眼前完成,短壁快速注水对地质条件适应性 强,注水设备、 工艺、 技术均简单,并且16煤底板为 6.18m厚砂质泥岩,其上部为砂泥岩,采用长孔注水对 底板破坏性大,影响工作面的支护系统;根据分析,短 壁注水钻孔正好处在卸压带,此范围内次生裂隙很发 育,透水性变强,要求的注水压力较低。因此本工作面 选用短壁快速注水。如图1所示。 图1 短壁快速注水示意图 3.2 注水工艺 在工作面内沿煤壁方向每间隔3m施工一个注水 钻孔,钻孔长度1.4m,孔径42 mm,钻孔仰角5 ～7,使 用煤层注水封孔器直插孔内注水。注水泵采用乳化泵 RB80/ 200清水系统,工作面分三段进行注水,每一 封孔注水器负责工作面长度的1/ 3。用高压水管将钻 孔中的煤层注水封孔器与工作面高压供水管连接起 来,其间装有截止阀,乳化泵调定注水压力10MPa。煤 层注水封孔器型号为ZFⅡ22型,注水封孔器直径 35mm,煤层注水封孔器带封孔功能,球型阀控制,供压 力水后注水封孔器膨胀封住注水孔,随水压的上升注 水封孔器孔口单向阀打开开始注水,待到煤体渗水时 关闭球型截止阀停止注水。 3.3 短壁快速注水参数的选取下转第49页 74 2008年第1期 山东煤炭科技 3.4 在复杂地质构造时采取的有效措施 1断层。根据两巷揭露和地质资料分析,该工作 面大部分断层属于走向断层,且为正断层,其处理方法 如下当断层落差大于采高,破碎带宽度大,顶底板坚 硬,断层延展范围大,在生产实践中采取了局部开切眼 的方法;当断层落差小于采高时采取强推硬过的方法。 当工作面为倾向断层时,应根据工作面现状和生产任 务的需要,采取平推硬过的方法;在断层落差大于采高 的1Π3区域,实行打眼放炮的方法通过;在断层落差小 于采高的1Π3区域处,因断失煤层在工作面推进方向 的上方,向前推进时,一般采取断层面处使采高达到最 大,向上漂刀,抬高支架,逐步推过断层,向上抬高支架 时要做好防倒防滑的准备。 总之,在通过断层时,尽量减少底煤留量,争取最 大限度的提高原煤采出率。 2复合顶板和顶板破碎区域。拉好超前架,在确 保安全的情况下,放好后部煤。放煤时,一定要控制好 放煤量,防止支架出现顶空现象。 3.5 采用两端头剪网放煤 端头割网放煤方法是采用在工作面里支架后部放 煤的同时,两端头支架后部割网放煤的方法。在端头 支架拉过之后,用支架后插板插击后部连网,直接撕网 放煤。当插板无法撕网时,采用人工割网放煤。放煤 时,采用端头支架后尾梁来回升高和降低,使支架顶部 的煤炭在后尾梁升降时全部落下,进入后部运输机,从 而使端头支架顶部的煤炭得到采出。 3.6 建立有效的奖罚和监督制度 实行3上507工作面原煤采出率与经济手段相结 合的奖励机制。对各系统中影响原煤生产的单位或个 人视其影响的程度,进行适当的处罚;采煤工人的收入 同原煤采出率挂钩,每天评出采出率最高的班组对其 奖励;对工作面的生产管理、 开采顺序,采出情况等环 节进行监督。严格煤巷掘进工程质量,使采出顺槽按 工程质量规定施工,保证煤垛尺寸一致、 规范;从技术 上加强三角煤的采出,巷道布置合理,对边角煤、 三角 煤应采用补掘巷道的手段开采;加强生产管理,对开采 顺序等,从严管理、 严格制度。 4 经济技术效果分析 3上507工作面2006年3月～12月生产原煤210万 t ,而设计的工业储量为2052958t ,实际 采 出 率 为 102.29 。提高了经济效益。 上接第47页 1钻孔直径d 根据煤的硬度、 注水流量及钻具 条件,孔径d取42mm。 2钻孔长度L 一般取LLd 0. 25 ,Ld为工作 面循环推进度,m。考虑与采煤互不影响,工作面循环 推进度为1.1m,因此钻孔长度取1.4m。 3封孔长度L1 通常根据钻孔长度确定,16302 工作面注水孔封孔长度取0.6m。 4钻孔间距B 一般取B L ,因16302工作面采 用炮采工艺,循环注水,注水孔每循环实行交叉布置方 式,通过现场实践,钻孔间距选取3 m适宜,既能保证 注水效果又不过多影响作业循环。 5注水压力 注水压力保持在10MPa。 6注水速度v v 30L/ min 7单孔注水量q qKnVc103 1.22 1.431.141000 114.9 式中q 单孔注水量,L ; K 漏水系数,取K 1.2 ; n 湿润系数,取n 2 ; Vc 湿润体积,VcLBM,m3; L 钻孔长度,m; B 钻孔间距,m; M 煤层平均厚度,m。 8每孔注水时间t tqΠv 114.9Π30 3.83 16302工作面注水情况详见表1。 表1 注水参数 工作面单面 长度/ m 单面注水 时间Πmin 注水压力 / MPa 单孔注水 量Πm3 单面循环注 水孔数/个 11045100.1134 4 煤层注水的综合效果 16302工作面采取短壁快速注水后煤层水分平均 增加1.4 ,降尘率达到65 以上,效果十分理想。 煤层注水预湿煤体除了能减尘外,还有以下作用 ① 水分进入煤体,释放部分瓦斯,有效降低煤体瓦斯含 量;② 注水后工作面温度显著降低,改善了作业环境; ③ 注水后减少了煤壁炸帮现象;④注水后改变了煤体 的物理特性,减少了火工品的消耗。 5 结语 短壁快速注水工艺能够有效的降低回采期间的煤 尘浓度,有效的防止煤尘事故的发生;充分保障职工的 身体健康,减少尘肺病的发生,为矿井安全生产提供良 好的作业环境。 94 2008年第1期 山东煤炭科技