综采工作面煤层动压注水降尘技术作用分析.pdf

工 授 综采工作面煤层动压注水降尘技术作用分析 马建明 山西焦煤西山煤电集团公司屯兰矿 山西古交0 3 0 2 0 6 【 摘要】结合我国轻型放顶煤开采实践过程， 采用煤层注水技术降 低煤炭开采过程中 煤尘产生的浓度， 有效改善煤炭开采过程的危险系数。 合理选择煤层注水钻孔施工工艺， 优化煤层注水参数， 并通过封孔技术手 段 的改革和优 化 ， 控制注水量与煤层、 煤 尘的合理 结合， 对封孔长度、 专控 间距等主要数据进行分析探讨， 为今后煤层注水降尘技术提供科学依据。 【 关键词】 煤层注水； 综采； -,N - L 技术； 降尘效果 一 ．引曹 煤层注水是回踩工作面最重要的降尘措施之一， 在煤层回采工作 进行之前， 选择煤层中适当的地点和位置进行若干钻孔施工， 利用钻孔 技术， 将压力水注入钻孔， 使其深入到煤体内部， 使煤层中煤炭水分增 加， 从而极大的减少了煤炭开采过程中由于煤层爆破或开采儿产生的 大量粉尘或煤尘。 煤层注水防尘技术的实质是， 预先在煤层中钻孔， 然 后向钻孔中注入压力水， 钻孔中的压力水通过煤层、 煤体中的裂缝进行 渗透、 压细、 毛细和分子扩散运动， 之后扩散的水分渗透并存储与煤体 的裂缝之中， 对煤体进行预先的湿润， 从而减少煤体开采时产生的浮游 粉尘 另外， 针对不同性质情况的煤层， 注水量需要与之相适应， 否则无 法取得 最佳 效果 。 注水参数及粉尘观测结果分析 注水量的多少直接影响防尘是否达到最佳效果， 所以不同性质情 况的煤层在注水时， 注水量的大小十分重要。 注水量的计算需要涉及 到一些重要参数， 以单孔注水来说， 单孔注水量的计算可以利用以下 公式 Q KL B HY q ， 其中Q 是指单孔注水量， 单位为m ， K 为系数， 一 般取l 1 ， L 为钻孔长度， B 为钻孔间距， H为煤层厚度， v 为没得密度， q 为吨煤注水量。 另外注水时间按照公式t Q ／ V 来计算， V 为单孔注水流 量 ， 单位 为m ／ h。 在实行注水防尘技术后， 根据矿井粉尘观测结果显示， 注水后， 粉 尘含量大幅减小， 煤粉浓度明显减低， 详见图l 。 有图可以看出， 当工作 面推进到实验区前一定距离时， 回风巷内的粉尘含量明显呈现明显下 降趋势， 之后趋于稳定。 随着工作面的推荐， 对比无注水和注水煤层的 煤尘产生浓度可以得出结论， 在目前的条件下， 注水降尘效果是很明显 的。 三． 煤层注水作用及效果 、 ＼ ∞ ＼ 蛹 图1回风巷内位置一粉尘■曲线图 1 ． 防尘效果。 当压水进入煤层后， 煤层均含水分增加， 对减少采煤 各环节的粉尘起很大作用。 其一， 煤层缝隙中原存在的煤尘、 粉尘经过 注水的湿润， 在开采时失去了飞扬的能力， 从根本上上消除了粉尘的源 头。 其二， 注水进入煤层后， 水分会均匀的分布在煤体中， 当煤体在开 采过程中出现破碎时， 其破碎形成的煤粉由于附着水分， 同样失去飞扬 能力。 其三， 水进入煤体后使其塑性增强， 脆性减弱， 改变了煤体的物理 力学性质。 当煤体受外界因素影响破碎后， 脆性破碎变为塑性变形， 从 而减少了煤尘量的产生， 据统计， 水进入煤体后平均降尘率达8 8 ％。 2 2 6 l 一 一 一⋯ 一 ⋯ ⋯⋯ h 2 ． 降低工作面瓦斯涌出量。 实践证明煤层注入水可有效降低瓦斯 涌出量， 其原理如下 在对煤体注水时， 高压水必须克服瓦斯压力后才 能注进水， 这样便改变了煤的力学性质， 提高了煤的可塑性， 降低了弹 性模量， 使应力分布均匀化， 弹性释放的速度变小， 降低了释放的功 率， 水进入煤的空隙， 降低了瓦斯的排放。 3 ． 防治冲击地压。 煤层注入水后软化了煤体， 改变了煤体结构， 减 弱煤体脆性， 提高了煤体的可塑性， 促使煤壁前方塑性变性区变宽， 应 力集中地带向煤壁深处移动并变宽， 进而减弱煤体冲击倾向， 有效改善 能量释放过程中的时间稳定性和空间均匀性。 这样便直接防止了冲击 地压现象的发生。 4 ． 可有效避免自 然火灾。 煤体注水后， 增大了煤体的热容量， 提高 了煤体导热系数， 这样便降低了遗留煤体中温度， 从而有效延长了煤体 的自然发火 日期。 5 ． 媒体注水除有以上效果外， 还可有效降低煤的硬度， 降低媒体的 切割和破碎能量， 降低截齿消耗， 从而有效提高生产效率， 实现节能效 果。 四， 影响煤层注水效果的因素 1 ． 煤体孔隙、 裂隙对煤层注水产生直接影响。 煤体裂隙发育越好越 易于注水的完成， 煤体硬度比较高的地方， 则往往会出现回水现象。 但 煤体裂隙过大， 注入的水体容易流失到其他地方， 从而使煤体水分达不 到规定的4 ％， 这样便增大了注水难度。 2 ． 地压的集中程度高低影响着煤层注水的难易。 工作面松软的煤 层， 注水交易， 很容易使煤层全水分在4 ％ 以上。 而在那些强冲击地压倾 向性的工作面， 煤层裂隙发育不完全， 这样必须提高注水压力， 据实验 针对此种煤层， 注水压力不超过2 ． 5 MP a 为宜人， 若过高会让媒体裂隙 增大， 散失水分增多， 反而又降低注水压力， 这样便直接增大工作量， 影 响了工作效率。 3 ． 注水的超前距离是影响注水效果的重要因素， 注水的超前距离 的判定需根据煤层性质和矿山压力显现规律来确定， 距离过大则会造 成煤层透水性差， 难以注水， 距离太小则会使注入的水沿较大的裂缝流 失， 起不到注水防尘效果。 确定合适的超前距离可以在采煤的各个环节 获得较好的效果。 4 ． 煤体的湿润能力取决于水与煤的湿润边角和水的表面张力系数， 当煤体性 质确定时， 降低水表面的张力系数有助于提高煤体的湿润能 力。 另外还需要考虑到煤体内的瓦斯因素的影响， 瓦斯压力是注水的附 加阻力， 所以为了提高煤层的湿润能力， 需要加大注水压力来克服瓦斯 压力以确保煤层湿润效果。 参考文献 【 1 】 陈勇． 煤层短 壁注水在掘进工作 面中的应用【 J 】 ． 山东煤炭科 技 ， 2 0 0 8 ． 5 [ 2 】 国 家安 全 生产 监 督 管 理 总 局 ． 煤矿 井下 粉 尘 防治 技 术 规 范 A Q 1 0 2 0 - 2 0 0 6 [ M 】 ． 北京 煤炭工业出版社， 2 0 0 7 [ 5 】 刘毅 ， 蒋仲安 ， 蔡卫等． 综采工作面粉尘浓度分布的现场实测与 数值模拟[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 0 6 ． 4 [ 4 】 单敏杰， 郭涛． 综采工作 面的粉尘分布及治理对策[ J 1 ． 中小企业 科 技与管理 上 旬刊 ， 2 0 0 8 ． 1 1 [ 5 】 刘新 河， 刘波 ． 煤层 注水降尘 效果探讨 [ J 】 ． 矿 业安 全与环 保 ． 2 0 0 6 ． 1 0