超化煤矿沿底掘巷注水防瓦斯防煤尘技术研究.pdf

★ 科技创新 ★ 超化煤矿沿底掘巷注水防瓦斯防煤尘技术研究 李永 刚 郑煤集 团公 司生产技 术部 ，河南省新 密市，4 5 2 3 7 1 摘 要 介 绍 了郑煤 集 团超化 煤矿 在三 软厚煤 层 高 瓦斯掘 进 面采 用注 水方 法进 行 瓦斯和 煤尘防治的过程 ，包括 注水参数设计和工艺过程，并进行了效果分析，证明是掘进面防治瓦 斯 和煤 尘的有效 方 法 。 关键 词 掘进 工作 面 注水 瓦斯 煤 尘 治理 大断面沿煤层底板沿空掘进的 “ 三软”煤层煤 巷，因煤质松软、强度低 ，易破碎冒落，并受邻近 采空区矿压影响 ，掘进迎头顶部煤体极易垮落 ，从 而引起瓦斯超限。掘进迎头煤体钻孔注水后取得的 效果是通过煤体 内水分的增加，使煤体湿润 ，从 而达到主动减少掘进时煤尘产生量的 目的；另外， 注水后水分 占据着煤体内部分空间 ，减少了煤孔隙 的有效容积 ，导致透气性能降低。由于水形成的薄 膜覆盖在孔隙内表面上 ，封闭了瓦斯排放 ，煤层瓦 斯排放量减少，使注水湿润后的煤体比干煤 的瓦斯 放散速度小 、放散瓦斯量少 ，从而起到注水对煤层 瓦斯涌出的抑制作用。同时 ，注水后顶部煤体的整 体稳定 性增 强 ，煤 的坚 固性相对 增 加 ，可 降低 掘进 巷道迎头顶煤片帮 、冒顶发生的机率，消除因顶煤 冒落 造成 的瓦斯超 限 。 1 试 验 区概 况 试验在郑煤集 团公司超化煤矿 2 2 o 6 1综采工作 面上副巷沿底煤巷掘进工作面进行 ，该巷道采用综 掘机进行掘进 ，巷道净断面 l O ． 5 m。 。掘进工作面 上邻 2 2 0 4 1采空 区 ，煤 层 倾 角 8 。 ～ 1 7 。 ，煤 层 平 均 厚度 7 ． 9 m，煤体呈黑色粉末状，煤质属 中灰、低 硫、高发热量，硬度低，煤层 硬度 系数 厂一0 ． 1 ～ 0 ． 3 ，极 易破 碎 。直 接顶 、底 板 均 为 砂 质 泥 岩 ，其 直接顶 厚度 1 ． 8 8 m，直接底 厚度 为 6 ． 2 8 m。掘进 工 作面存在高瓦斯区，瓦斯涌出量 1 ． 3 ～3 ． 6 m。 ／ mi n 。 2注水参 数设计 2 ． 1 注 水 压 力 超化 煤 矿 沿 底 掘巷 注水 防 瓦 斯 防 煤 尘 技术 研 究 注水压 力大 小直 接关系 到透水 半径 、注水 时 间 和注水效果 。二 煤具有松软 、强度低、易破碎及 透水性差的特点 。所以注水压力过高，不利于迎头 煤壁管理和煤壁的养护；注水压力小，有效渗水半 径小 ，所需注水时间长，注水效果差。通过现场试 验，注 水 压 力 超 过 4 MP a ，煤 壁 易 片 帮 ，低 于 2 MP a ，润湿半径太小，注水效果不好。因此 ，注 水 压 力选定 在 2 ～4 MP a之 间 。 2 ． 2注水 孔布 置 巷道掘 进采 用 U 型钢 挂 塑 料 编 织 网支 护 ，巷 道 净 断 面 积 1 0 ． 5 m。 。根 据 现 场 试 验 ，水 压 在 3 MP a 时 ，水 的润湿半 径 达 3 ～ 4 m， 因此 全 断 面 注 水孔采用两组 ，共 6 个孔布置，由于使用的封孔器 长度为 1 ～1 ． 5 m，要保证一定量的润湿面积 ，注水 孔 深 度必须 大 于 2 m，且越深 润湿 面积越 大 。然而 ， 注水孔 过深 会影 响打孔 效率 ，且 注水孔 超过卸 压 区 后，裂隙减少 ，达不到预期效果。受上述两条件制 约，根据实际 ，注水孔长度选定 为 5 m。第一组 3 个孔 ，距巷道轮廓线 下 0 ． 3 m 处左 右拱及 拱顶开 孔，为保证注水控制巷道顶煤不小 于 2 m，孔 仰角 2 5 。 向顶煤 注水 ；第 二 组 3个 孔 ，距 巷底 l m 布 置 ， 孔间距 1 ． 5 m，钻孔沿水平方向掘进面前方注水。 3 注水工 艺 3．1 打 孔 打钻工 艺对保 证钻 孔质量 ，进 而提 高封孔 质量 十分重 要 。 由于钻 孔 在 掘 进面 施 工 ，钻 孔深 度 浅 ， 采用矿用隔爆型煤电钻配合轻型可接麻花钻杆 即能 满 足 打钻需 要 。 55 维普资讯 3 ． 2 封 孔 封孔工艺是煤体注水 的一项主要技术环节 ，目 前 ，国内有 泥沙浆封 孔 和封 孔器封 孔两 种方法 。经 多方比较 ，采用 B i mb a r 一1型橡胶 封孔器封孔是 软煤层最佳封孔方法 ，使用方便 ，操作简单 ，在加 压后能实现封孔器与钻孔壁的无缝结合。 3 ． 3 注 水 流 程 超化矿 井 下 防 尘 用 水 压 力 3 ～4 MP a ，这 一 压 力完全能满足注水压力需要 ，因此利用掘进巷道内 敷设的防尘管路供水。工艺流程是 打孔一连接管 道一安装封孔器一注水 。注水工艺融合到掘进面生 产工艺之 中，每个掘进班前 3 0 mi n先进行煤体注 水 ，全断面分两组注水 ，每组 3 个孔 ，每组注水时 间约需 1 0 mi n ，全断面完成注水工艺需 2 0 mi n ，以 后每掘进 5 m再重复上述注水工艺 。 4 效 果分 析 1 掘进期间迎头顶煤易于控制 ，松散干燥的 嘲 丑 2 耀 g 藿 E． 。1 注水前掘进巷道 内瓦斯绝对涌出量曲线 煤体注水后增强 了顶煤及煤壁的整体性、稳定性 ， 片帮 、冒顶得到了有效控制 。 2 巷道 内瓦斯 涌出量 明显减少 ，平均减少 0 ． 6 m。 ／ mi n ，瓦斯超限问题得到了有效控制 。注水 前后巷道掘进时风流中最高瓦斯绝对涌 出量统计 比 较情况 见 图 1 。 3 通过对掘进工作面正常掘进生产时期掘 进巷道内回风流 中煤尘浓度的测定统计情况分析 见图 2 ，采取注水措施掘进巷道风流中的煤尘浓 度平均降低约 3 2 mg ／ m。 ，实现 了巷道风流 中煤尘 浓度基本保证在 1 0 mg ／ m。以内，符合煤矿安全规 程的有关规定 ，有利于改善作业环境条件和保障作 业人员的身体健康。 4 通过注水前后掘进进度数据的统计 比较， 采取注 水措 施后 掘进 进 度 比注水 前 平均 提 高 了 2 ． 4 m／ 班，一个机掘面仅 出煤一项 ，年创经济效益 为 4 1 5万元 。 图 1 注水前后掘巷道 内瓦斯绝对涌出量 曲线对 比图 咖1 丑 耀 靛 图 2 注水前后掘进巷道 回风流煤尘浓度测定曲线 对 比图 6 结论 1 “ 三 软” 厚煤 层 沿 底大 断 面掘 进巷 道 采取 迎 头煤壁 注 水工 艺 防 瓦 斯 、防 煤 尘 ，技 术 上 可行 、 操 作简便 、维 护简单 、安 全可 靠 。 2 在保 证掘 进进度 有所 提高 的前提 下 ，掘进 面迎头煤壁注水防瓦斯、防煤尘效果明显 ，是类似 条件下煤巷掘进工作面瓦斯 、煤尘综合防治的有效 5 6 措 施之一 。 3 注水安排在交接班时问和掘进面简单检修 期 间 ，基 本不 占用 正常 掘进 时间 。 4 结合超化矿掘进工作面实际情况和供水管 路静压水压力情况 ，掘进面迎头煤壁注水可直接采 用 供水 管路静 压水 压力来 代替 常规 注水泵 ，并取得 了 良好 的防治 瓦斯 和煤 尘效果 。 责任 编辑孔晋 华 中 国煤 炭 第 3 3卷 第 8期 2 0 0 7年 8月 维普资讯