高瓦斯矿井特厚开采煤层注水技术研究与应用

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1、高瓦斯矿井特厚开采煤层注水技术研究与应用摘要：随着煤炭开采深度的延深，瓦斯、煤尘、冲击地压、煤与瓦斯突出、地温等自然灾害危害程度不断升级，灾害事故严重，迫切需要采取行之有效的灾害防治技术，解决煤炭开采中的安全问题。国内外科研工作者对煤层注水技术进行了大量研究，证明煤层注水能有效治理煤尘、瓦斯、煤层自燃、冲击地压、地温等自然灾害。关键词：高瓦斯特厚煤层注水技术应用1概况亭南矿井位于彬长矿区中部，紧靠312国道，地理位置优越，交通便利。井田面积33.82km2，主采侏罗系8#煤层，煤层平均厚度8.29

2、m，可采储量190Mt，煤质为中灰、特低硫、低磷、中高发热量的优质烟煤，属不粘煤31号，煤层倾角2～10°。矿井核定生产能力3Mt/a。根据煤炭科学总院抚顺分院对矿井8#煤层的煤尘爆炸性和自燃倾向性鉴定结果：8#煤层煤尘爆炸指数30.06～30.86％，其火焰长度为300mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为50%，煤尘具有爆炸性；8#煤层吸氧量0.46～0.51mg/g干煤，自燃倾向等级二类，属自燃煤层。根据西安科技大学提供的《亭南煤样自然发火实验报告》，8#煤最短自然发火期为39～46天。矿井采用中

3、央并列抽出式通风，主井、副井进风，回风井回风。该矿2008年度瓦斯鉴定结果，矿井相对瓦斯涌出量为9.789m3/t，瓦斯绝对涌出量为52.585m3/min，定为高瓦斯矿井。亭南矿井煤体强度高，顶煤不易跨落，同时在割煤期间粉尘多，瓦斯涌出量大，严重制约回采工作面安全高效生产，煤层注水主要用途就是为了使顶煤得到充分破坏而及时垮落，提高煤炭产量和生产效率，杜绝瓦斯煤尘事故，改善劳动环境。2煤层注水技术方案及工艺为了合理确定煤层注水技术方案，在充分调研工作面煤层、构造、结构及瓦斯基本情况的基础上，确定了

4、工作面煤尘注水技术方案。并根据注水技术方案编制了实施煤层注水的安全技术措施，从技术源头上保证了煤层注水工作的实施和成功。2.1注水参数及工艺的确定经过近一个月的反复试验和摸索，形成了一套适合113综放面短孔高压注水挤排瓦斯和防尘技术参数，具体如下：2.1.1钻孔位置：在113回风顺槽超前支护以外20m处，靠生产煤壁侧布置第一个钻孔，然后依次往外每隔10m均匀布置钻孔。2.1.2钻孔布置：在每个钻场内，钻孔垂直巷道，方位角为55°，仰角为5°-10°。2.1.3钻孔结构：用Ф94mm钻头钻进至终孔。

5、2.1.4开孔位置：在8煤层中，从巷道底板起1.5m处，终孔位置：在8煤层顶板处。2.1.5终孔深度：注水孔深度预计为61m-90m之间。2.1.6钻机型号：使用MK-4钻机和MK-5钻机。2.2注水工艺2.2.1封孔采用橡胶快速封孔器封孔，封孔器长1.5m。封孔深度1.5m以上。2.2.2静水压力：注水压力控制在3.5Mpa左右，使煤壁出现一定程度的渗水。2.2.3单孔注水时间：工作面采至离注水孔3m左右时，或以实际操作煤壁明显出水，可停止注水，撤出设备。2.2.4注水系统由压力表、安全阀、溢流

6、阀、高压钢丝胶管、双功能高压水表、高压橡胶自动封孔器组成。3综放工作面煤层高压注水效果3.1采高变化煤体强度高，在回采过程中采高为8m，有2m左右顶煤跨落不下来，通过煤层注水破坏了煤层的原有结合力，使顶煤及时垮落，经测定煤层注水后，采高为10m。3.2煤体水份变化煤层注水后的水份增量，经过打钻取样测定，煤体的原始水份为1.89-2.20%，平均2.12%。距注水孔1m处曾测得钻屑的最高水份达到28.93%，距注水孔3m处的煤体水份平均为4.48%，水份增量达2.36个百分点。3.3降尘效果为了考察

7、和评价113综放面高压注水的降尘效果。设点对采煤机司机工作位置、割煤机下风侧10m处、割煤机上风侧10m处、移架工移架位置处、移架点下风侧5m处、割煤时在工作面下端口向外10m处、割煤时在工作面上端口向外10m处等固定地点分别在煤尘注水前后进行了采样，各固定地点降尘情况高压注水的降尘效果较为明显。7个测尘点的降尘率在41～60%之间，平均50.71%。尤其是对采煤机割煤时的降尘效果最为显著，降尘率达50%。由于煤层高压注水有效地增加了煤体的内水份，使得采落后的煤炭在整个运输过程中的产尘量都有所降低

8、，从工作面下端口向外10m处和割煤机上风侧的测尘结果来看，煤层注水对煤炭运输过程中的降尘效果较为明显。另外，在高压水的作用下，一部分水渗入到了煤层的顶板裂隙中，使得在移架时的产尘量也大大降低，移架处的降尘率达53%。3.4注水湿润半径注水湿润半径根据初步考察结果，可达到3m以上。但由于煤层裂隙发育情况的不均一性，注水湿润半径在整个工作面存在差异，有待今后进一步考察。3.5挤排瓦斯效果3.5.1注水对瓦斯的挤排效果为了摸清高压注水对瓦斯的挤排效果，我们特地于3月19日和21日两个中班