短臂注水在薄煤层掘进工作面中的应用实践与探讨

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1、短臂注水技术在薄煤层掘进工作面中的应用摘要：本文针对短壁煤体注水的适应条件、注水工艺进行了全面阐述，并根据实践对掘进工作面煤体注水效果进行了分析，提供了合理的检查方法，对进一步落实薄煤层掘进工作面煤体短壁注水具有一定的指导意义。关键词：薄煤层短壁注水注水工艺注水参数注水效果公司目前开采的煤层为12下煤，其煤尘爆炸指数为44.29%，具有煤尘爆炸危险性。12下煤结构简单，节理发育，煤层硬度f=1.5，原煤水份为0.77～2～19%，平均1.64%。为遏制煤尘爆炸事故的发生，公司从源头抓起，对掘进工作面采用煤层短臂注水，进行湿润煤体达到减少产尘量，杜绝了煤尘事故的发

2、生，收到了较好的效果1．煤层注水防尘机理及可注条件分析煤层注水防尘是通过钻孔利用水的压力注入即将回采的煤层中，增加煤层的水分，使煤体得到湿润降低掘进时煤体产生浮游煤尘的能力。煤层的裂隙性和孔隙性是水通过钻孔能进入煤体的先决条件。注入煤层的水，能沿着阻力小的大裂隙流动，然后再进入阻力较大的小裂隙流动，同时或其后通过煤的孔隙向煤体内部渗透并储存于孔隙和裂隙之中。12下煤层位于太原组的中部，上距3下煤层92.10m～107.10m,平均99.86m。下距16煤层46.70m～56.52m，平均51.61m，煤层本身具有裂隙和孔隙，这是煤的结构特征。2．煤层注水方式的选

3、择由于12下煤平均厚度在0.8m左右，沉积不稳定，掘进工作面煤层倾角变化较大，可预计性差。为达到方便、快捷、实用的目的，选择短臂注水方式，利用煤层注水泵通过钻孔对工作面前方煤壁实施动压注水，达到湿润煤体，减小产尘量的目的，其优点是①注水时间短、湿润均匀②可以直取防尘管路中清洁水。3．注水工艺3.1注水钻孔参数设计4①钻孔孔径：Φ42mm，其依据为采用的橡胶封孔器封孔直径。②钻孔孔深为超出最深炮眼的眼深（淘槽眼）200m左右。③钻孔倾角：垂直煤壁。④钻孔开孔位置在巷道断面煤层厚度的中心布置，倾向与煤层一致。⑤注水方式：采用单向动压注水。⑦注水泵类型：采用5BZ-2

4、/16型煤层注水泵。3.2注水参数选取①注水系统：设计采用单向动压注水；煤层注水压力取8MPa，注水泵采用5BZ-2/16型煤层注水泵。②根据现场实际操作实验得出实践数据，注水孔的注水扩散半径均在1.8～1.9m以上，最后确定煤层注水孔的间距选择为小于1.5m。3.3注水系数选择①注水压力：根据煤层透水性强弱与煤层裂隙的发育程度，选用单向动压注水系统，注水压力压力8MPa。②注水流量：5BZ-2/16型煤层注水泵水压为8MPa时平均流量为2m3/h。③单孔注水量可根据公式计算：Q=L·B·M·W·q式中Q—单个钻孔的注水量（m3）L—钻孔长度mB—注水巷道的宽度

5、mM—掘进煤层的厚度mW—煤的容量，W=1.35t/m3q—吨煤注水量，q取0.015m3/t3.4注水效果检查注水后煤体内全水份应大于4%或注水前、后煤体增水率大于1%，注水效果可通过4井下采集煤样进水份分析的方法进行测定，或在距注水孔最远点观测孔，以最远点出现渗水时为准。3．4封孔①煤层注水封孔器工作原理导入体前段便于将封孔器装入钻好的孔内，中心是喷头出水口，当顺序阀开启后为向煤层注水提供通道，顺序阀的功能是：当压力水注入时，封闭喷水口，使膨胀管构成的膨胀腔内压力迅速上升封孔器迅速膨胀（管体直径变大，长度变短）使其外径紧压在煤层钻好的孔壁内，将封孔器牢固的锁

6、于孔内，腔内压力继续升高，当压力大于顺序阀调定值时，顺序阀开启通过喷头向煤层注水，注水作业完成后，切断水源，封孔器膨胀体直径缩小，长度变长，封孔器便可以从煤层中抽出，整理后以备再用。②封孔器选择采用橡胶封孔器封孔型号，封孔深度依据现场生产实践对裂隙发育的煤层封孔应深一些，反之应浅一些，以能在最短的时间内完成规定的注水量，使既定范围内应湿润的煤体得到充分湿润，而钻孔前端的煤体被湿润的深度尽可能小，为合理的封孔深度。钻孔长度小于2m时，封孔深度可取1m左右，钻孔长度大于2m时，封孔深度可取1.5m左右。③封孔方法钻孔注水采用水力膨胀式封孔器较为理想，我们采用ZF-A

7、型水力膨胀式封孔器，注水时将封孔器与注水管路连接起来送至预定的封孔位置，通过高压胶管与水泵或静压水管连通，供水后，供水后压力水进入封孔器膨胀胶管，从喷嘴流出，并产生压力降，膨胀胶管在水压作用下膨胀封住钻孔。注水结束后，关闭截止阀，打开卸压阀，膨胀器将随压力下降和消失而恢复原状。将封孔器从钻孔中拔出，依次对逐个钻孔注水，封孔器之所以能封住钻孔而且不被钻孔内的压力水的推力推出，是靠胶管膨胀对钻孔壁产生的压力，压力越大，封孔器在钻孔内的静摩擦力越大，固定的越牢固。3.5动压注水系统利用三通、Φ19mm高压胶管把巷道内的防尘用水引入煤层注水泵，将水压升高，在泵体的出水口

8、再通过Φ19mm高压胶管