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2 0 0 6 年1 O 月 矿 业安全 与环保 第3 3 卷第5 期 煤层注水降尘效果探讨 刘新河 ， 刘 波 1 ． 河北工程大学。 河北 邯郸 0 5 6 0 3 8 ； 2 ． 中圆矿业大学 北京 。 北京 l o o o s 3 摘要 结合我国轻型放顶煤开采的实践， 对轻型放顶煤工作面煤层进行了注水， 并通过封孔技术 的改革， 注水量的控制， 以及降尘效果研究， 给出了封孔的长度、 钻孔的间距、 每个钻孔的注水量等主要 数据， 为今后煤层注水降尘提供了科学的依据。 关键词 煤层注水； 注水量； 封孔技术； 降尘效果 中圈分类号 T D 7 1 4 ． 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 4 4 9 5 2 o 5 0 0 8 1 0 2 申家庄煤矿 2 2 O 4 轻型支架放顶煤综采工作面 开采2 号煤层， 该煤层平均厚度 4 ． 5 m ， 其它煤层均 不可采。煤层直接顶板以中细粒砂岩为主， 厚度 3 ． 8 一l 2 ． 3 m， 平均厚度 9 ． 7 4 m， 局部为粉砂岩或砂 质页岩伪顶， 厚度可达 2 ． 5 m ， 随采随冒落。煤层老 顶为中粒砂岩， 厚度 1 0 m， 以灰白色石英、 长石、 云母 为主， 钙质胶结， 岩层埋藏深度在4 5 0 m左右。 工作面现采用轻型支架放顶煤开采 ， 采用倾斜 长壁一次采全高放顶煤采煤法， 工作面倾斜长度 1 0 0 m， 煤层倾角一般为 l 8 。 ， 最大达 2 5 o 。 2 号煤层属于低含水的煤层， 煤层节理裂隙发 育， 采煤时产生大量粉尘， 主要产尘源为割煤、 放顶 煤、 移架等工序。经测定， 工作面 回风巷距工作面 1 0 Il设 ， 风流中的综合含尘量为 l 0 3 5 Il lg ， m 3 ； 在采煤 机后5 1 5 m处综合含尘量为4 0 5 0 I llg ， ， 严重超 出 煤矿安全规程 所规定的标准。给工作面安全生 产带来严重的隐患， 并且对工人的健康造成非常不 利的影响。为此， 进行了煤层注水降尘的试验， 在工 作面回风巷 1 ． 6 m ． 高度布置注水钻孔， 沿巷道 2 0 m 布置一个钻孔， 通过对注水设计和现场观测， 并对降 尘效果进行分析， 效果是明显的。 1 钻孔参数 1 ． 1‘ 钻孔 I径 钻孔直径必须依据煤层硬度、 封孔方法及钻孔 设备等因素来确定。大直径钻孔， 其内表面积大， 有 收稿日期 2 0 0 I5 1 21 5 ； 2 0 0 6 0 4 2 0 修 回 作者简介 刘新河 1 ， 男。 河北邯郸人。 教授级高 工。 现从事采矿工程专业的教学与科研工作。E m a il l l u x i n h e k 即 ． e d u． c n o 利于水向煤体中渗透， 但孔壁承受压力相对增大， 容 易塌孔。所以， 对于像 2 煤层这样煤质较硬的煤层 来说， 不宜采用很小直径钻孔， 本设计钻孔直径为 5 0 mmo 1 ． 2 扩孔直径 在 5 o m m的钻孔完成后 ， 将封孔段长度 为 l 0 ． 5 m ， 扩成 9 0 m m的钻孔， 封孔段的钻孔孔壁光 滑， 易于封孔。但是为了避免在扩孔时偏心， 需将扩 孔钻头焊接导向棒， 焊接导向棒的钻头如图 l 所示。 采用水泥浆封孔， 在封孔段长度 l 0 ． 5 m内将从里至 外依次封孔 ， 直至封严为止。 连 图 1 扩孔钻头结构示意图 2 钻孔设备与间距 2 ． 1 钻孔设备及问距 钻机选用 Z Y 1 0 01 5 0型全 液压钻 机， 钻杆 4 2 m m , 每根长 l 一 2 m 。钻头采用 5 0 m m钻头， 扩孔钻头采用成孔直径为 9 0 m m的自制扩孔钻头 见图 1 。 合理的钻孔间距等于 2倍的钻孔润湿半径， 该 值只有通过试验才能确定。根据周围矿井的经验， 静压注水时的钻孔间距为 2 0 m 。 2 ． 2 钻孔角度 原则上要求钻孔方向平行于煤层底板， 但钻机 在钻进过程中， 因重力和振动造成下垂偏移。所以 81 维普资讯 2 O O 6 年1 O 月 矿 业安 全与环保 第3 3 卷第5 期 钻孔倾角应给予调整， 钻孔倾角按下式计算 卢 00一1 ． 0 5一1 ． 0 5 。 ， ． ， 式中 钻孔角度， 。 ； 施工处的煤层平均倾角， 。 ； 钻杆的最大下沉角， 根据实验室试 验。 取 1 ． 0 5 。 。 所以， 在钻孔施工的过程中， 应使钻孔开口方向 向上偏斜 1 ． 0 5 。 。 3注水参数设计 3 ． 1 单孔注水量 单孔注水量 Q按下式计算 Q K L B H y q 式中 Q 单孔注水量， ； K -_一 系数 包括漏水及孔前方煤体吸水 ， 取 1 ． 1 ； L 钻孔长度， 取 L7 0 m； 钻孔间距 润湿煤体的宽度 ， 2 0 m ； ～ 卜煤层厚度， 取 H 4 ． 5 m； 煤的密度， y1 ． 4 t ， m 3 ； g 吨煤注水量， 取 q0 ． 0 2 I t 。 计算得 Q1 9 4 ． 0 4 m 3 。 3 ． 2 单孔注水时间 注水时间 t Il1 按 t Q ／ v 计算 ， 取单孔注水流 量 V0 ． 5 m 3 ／ h 。 将 Q， V代人得 t3 8 8 ． 0 8 h 。 以每天 2 4 h 计算， 需连续注水 l 6 ． 1 7 d 。考虑到 注水期间的种种困难 ， 注水时间可能超过 l 6 ． 1 7 d 。 从理论上讲， 以高压力小流量长时间的注水效果最 佳。待注水量达到计算注水量或待巷道煤壁上挂汗 后即可认为达到最佳注水量。 4 粉尘观测及结果分析 根据粉尘观测方案， 在距 2 孔 4 0 的位置， 在 回风巷内测得粉尘浓度为 l 0 3 5 n m 3 这个数据可 以被视为煤层注水前回风巷内粉尘浓度的基础数 据。随着采煤工作面的推进 ， 在距 2 。 孔 8 m的位 置，回 风 巷 内 的 粉 尘 浓 度 大 幅 度 降 低， 为 1 8 2 ． 5 rI lg ， ， 如图2 所示， 在采煤机后 5 1 5 m的位 置测得粉尘浓度降为4 0 7 ． 5 r Ilg ， m 3 。 8 2 量 2 - 孔 3 ’ 孔 4 - 孔 回风巷 ／ m 图2 回风巷内位置一粉尘量曲线图 从图2 可以直观地看出， 当工作面推进至距 2 注水孔 8 m的位置时。 工作面采煤后测得回风巷内 的粉尘含量， 由距 2 注水孔 4 0 m位置的l 0 3 5 rI lg ， m 3 急剧下降至 1 8 2 ． 5 r 1g ， 。之后综合粉尘量趋于 稳定 。 采煤工作面采煤机后的粉尘含量， 从距 2 。 注水 孔 8 m的位置至距5 注水孔 1 9 m的位置 ， 共计有2 0 个测点， 测点的平均粉尘含量为 7 0 3 ． 4 rI lg ， ， 比注 水前的4 0 5 0 rI lg ， m 3 下降了3 3 4 6 ． 6 r Ilg ， m 3 ， 是注水前 的 1 7 ． 3 7 ％。 回风巷内的粉尘含量， 从距 2 注水孔 8 m的位 置至距 5 注水孔 1 9 m的位置， 共计有 2 0 个测点， 测 点的平均粉尘含量为 2 7 5 rI lg ， m 3 ， 比注水前的 l 0 3 5 rI lg ， m 3 下降了7 6 0 rI lg ， ， 是注水前的 2 6 ． 5 7 ％。 由此可知， 在目前的注水条件下， 注水降尘效果 是很明显 的。 5 结论 1 在钻孔封孔长度为 l 0 ． 5 m的条件下， 每个注 水钻孔注水过程中， 当注水压力为 3 M P a ， 注水量达 到7 5 左右时， 巷道帮壁即开始渗水 ， 并且渗水速 度随着注水量的增加而加快。 2 由于煤层的节理裂隙比较发育， 注水钻孔的 封孔长度不宜小 于 1 0 ． 5 m 。从注水过程看。 在注水 时， 钻孔封孔后的孔壁基本没有渗水现象， 只是个别 钻孔有少量的滴水现象； 另外从揭露的封孔段看， 水 泥浆在钻孔中充填密实， 水泥浆与孔壁结合紧密。 3 从回风巷道粉尘量和工作面采煤机后粉尘量 观测结果可以得出结论， 注水钻孔的注水渗透半径 为 8 m左右， 即注水钻孔的间距取 1 6 m左右为宜。 责任编辑 吕晋英 维普资讯