专题-煤层注水防尘工艺及其参数选择.doc

1、专题部分煤层注水防尘工艺及其参数选择摘要：本文主要是结合目前国内外的煤层注水的技术研究，分别介绍了煤层注水的注水机理，煤层注水的工艺以及煤层注水的参数，并给出了参数的具体的选择范围和大量的计算公式，为以后煤矿煤层注水防尘、防害的技术的提高提供了科学的依据，并且具有非常重要的意义。在国内外的煤矿的开采生产中，我们要结合各个煤矿的实际地质条件，设备技术等条件从而通过合理的选择煤层注水的施工工艺，进一步的优化煤层注水的参数，使煤层注水时，把那些对煤层注水效果产生影响的因素降低到最低化，使掘进煤巷的掘进过程中和回采工作面的掘进和回采工程中的产生煤尘的量大幅度的降低，和通过对煤层注水后的效果的检测盒观察

2、，煤层注水产生了非常明显的效果。本文又对煤层注水对防尘、防冲击矿压、防瓦斯、防火、降温等灾害防治重要作用进行了论述，为煤矿工人在井下的安全生产提供良好的工作环境并且从源头上杜绝了煤矿事故的产生。关键词：煤层注水 注水工艺 注水参数 防尘 防害 前言：在煤矿井下的的各个生产过环节中，几乎每个环节都会有煤尘的产生。无论是炮采、普采、综采、综放，其采煤工作面都有大量煤尘的产生，在掘进工作面掘进过程中也会产生大量煤尘。煤矿生产中的产尘点多并且分散、产尘量和强度大，导致煤矿对矿井煤尘治理工作困难。在井下的煤矿工人长期在井下高煤尘的环境中工作生产，久而久之会吸入大量的呼吸性粉尘，最终患上了尘肺。随着国内外

3、煤矿生产上机械化水平程度的不断提高，煤炭总需求量的增加，煤矿尘害等问题日益突出严重，一旦煤矿灾害发生，轻则危及工人的健康及设备安全运转，重则使大量煤矿工人的受伤和死亡，使家庭支离破碎和工人残疾不能做力所能及的事情、矿井被迫停产，严重时会摧毁整个矿井生产，损失大量的煤炭资源和增加了矿井重建的费用。因此，如何有效减少粉尘产生成为防止煤尘事故的关键。煤层注水作为煤矿开采的重要防尘措施，在保证煤矿安全生产非常重要煤层注水不但大幅度的减少采煤各个环节中粉尘产生，同时还有以下优点：比如在综放的矿井采煤生产时煤层注水可软化煤层顶板的顶煤大大的降低大块煤煤量，使进行综放开采时放顶更加的容易，提高回采工作面的采

4、出率；煤层注水可软化煤层强度降低机械的截割和破碎能量，减少煤矿开采机械设备的损坏，节能显著；可延长煤层的发火周期，避免采空区火灾的发生；可以降低工作地方的温度；由于煤层注水后对煤体进行了软化，降低了煤体的弹性和媒体的储蓄能量的能力，从而防止了煤矿开采过程中冲击地压的发生和降低煤矿发生冲击地压的强度；煤层注水后也可减少煤层中瓦斯的解吸速度和涌出量，降低工作面瓦斯浓度。综上所述，煤层注水的作用是非常明显的并且具有重要作用。煤层注水会在将来煤矿生产中其主要作用并且煤层注水技术也将越来越先进和成熟。一 煤层注水实质煤矿开采时对煤层进行注水是对采煤工作面产尘和防尘的最重要措施，通过预先向煤体打注水钻孔，

5、通过注水钻孔并利用水的压力将水注入煤层中，依赖于在煤炭的压力，水在煤层中媒体的毛细运动和分子扩散运动，注入煤层水的渗透，并存储在裂纹和裂缝在媒体内部之间流动贮存，煤的间隙增加煤的水分增加，水渗煤体内使煤体提到了预先的湿润，从而减少煤在回采过程中的产尘量。1)水注入煤层中，通过湿润并粘结煤体裂隙内的原生煤尘，从而降低煤尘的产量。煤体内各种裂隙中都存在着大量的原生煤尘，这些原生煤尘随煤体被机械破碎而飞扬于矿井空气中。当注入煤层的水进入孔隙和裂隙中，在煤体的空袭和裂隙中贮存和流动，可将原生煤尘在回采工作面和煤巷掘进面的煤体未破碎前就对先对原煤尘进行了湿润，使其在回采和煤巷掘进时失去了飞扬能力，从而达

6、到了煤层注水的明显效果。 2)注入煤层的水进入煤体内部使其被均匀的湿润，从而有效地包裹了煤体的每一个细小部分。当工作面进行回采和煤巷掘进时大部分的煤体在切割破坏时切割面都有水的存在，从而消除了煤层中细微煤尘的飞扬，从而防止了煤层开采时这类浮尘的产生。3) 在煤矿的生产中通过对煤层注水，煤层注水后水对煤体的物理力学性质产生了改变。当注入煤层的水进入开采煤层的煤体内使煤体的脆性得到了减弱，媒体的塑性特到了增强，带掘进机和采煤机对煤层进行破坏时对媒体进行的是塑性变形比较多，从而煤尘的产生得以减少，是工作环境得到改良。4)煤层注水后水对煤体进行了软化，软化后的煤体煤体内的冲击压力和煤体的坚硬度都大大的

7、减少，对于煤层放顶煤的实施更加的有力，减少了机械开采所花费的功率，减少了对能量的消耗和对采煤机和掘进机的损耗。提高了设备的工作时间。减少了设备的维修时间，提高了采煤效率。5)对于煤与瓦斯突出的矿井，煤层注水后煤层注入的把游离在煤层裂隙和孔缝当中的瓦斯大部分都带走或者结合在一起，也可以减少吸附在煤层当中的瓦斯的解析速度，降低了瓦斯的浓度和煤层中瓦斯的压力，防治了瓦斯的爆炸和煤与瓦斯突出问题的发生性。 二 煤层注水工艺流程2.1注水工艺流程包括：一、钻孔参照地质勘测所得的数据，正确合理地选定钻孔的位置、孔径、深度，并选用多功能钻孔机完成操作二、密封选择封孔器或者水泥砂浆，要施加足够的压力，是注水钻

8、孔的孔壁和封孔材料得到充分的结合，达到最好的封孔要求。三、注水把适量的水注人煤层中，控制注水的压力，以保证水与煤层充分融合。供水系统煤层注水系统主要分为：注水所需的注水管路、分流器、封孔器、开关、封孔材料、注水流量计、注水压力表、检测时间表等。目前，由于注水技术的改进和发展，高水材料和合成树脂已经应用到煤层注水封孔的工艺中，应为这两种材料可以更好的对其注水钻孔进行封孔是其快速紧密的与孔壁结合。水管-闸门-过滤器-清水桶-高压泵吸水管-注水泵-高压胶管-压力表-流量计-封孔器-钻孔。2.2钻孔布置对目前国内外煤层注水的研究发现，煤层注水有短孔、深孔、长孔三种注水。短、深孔注水是在回采工作面垂直煤

9、壁打钻孔注水(短孔35 m、深孔1025 m)；长孔注水就是在回采工作面回风巷或进风巷中打钻孔的注水方式。目前在综采工作面多用长孔注水方式。2.3打钻注水实施方法1)煤层注水打钻时，当打钻在煤层封孔需要的距离内，钻孔可以采用钻机钻头的高速旋转，使封孔需要的距离内的孔壁光滑，是封孔是封孔器封孔更加简便和封孔材料更加紧密的与孔壁凝固在一起。2)打钻时，打钻产生的粉尘和煤尘要通过钻孔流出来，在钻机向上钻孔时，钻机的注水量可以适当的减少，因为谁往下流，非常容易的就可以把钻孔内的煤尘和粉尘带出来，当向下钻孔时，就需要很大的水量把钻孔内的煤尘和粉尘带出来，钻孔时要求钻孔内不再有煤尘和粉尘。3)当打钻时，很

10、不巧的碰到了这里有断层，断层等钻孔的长度和效果有很大的影响，当遇到断层是，另一面打钻的钻孔尽可能的加深，已达到双面钻孔可以达到煤层注水效果。 4)钻孔要在胶带输送机安装之前就对回采工作面运输巷钻孔完成；回采的轨道巷内钻孔要超前回采工作面40m施工并且注水，运输巷钻孔超前40m注水。5)进行注水实践中，凭借煤层实践是的透水性实时对注水系统改动；在前48h选用注水泵进行动压注水；48h之后改为利用供水管道中的水进行静压注水，控制每昼夜的水流量不小于0.003m3/min2.4煤层注水方式1）注水方式分为长钻孔注水、短钻孔注水和深孔注水和长短孔联合注水四种。1长钻孔注水长孔注水一般是指进风巷或回风巷

11、道超前于采煤工作面。向煤层内打较长的钻孔的注水方式。长孔注水方式主要应用在长壁采煤法，钻孔沿煤层钻孔方向布置，沿煤层倾斜方向。长度大约1025 m。当注水钻孔布置在运输巷道内并倾斜向上打钻的钻孔，称为上向孔：当注水钻孔布置在回风巷道内并倾斜向下打钻的钻孔，称为下向孔。注水钻孔当沿煤层的走向布置的钻孔称为走向孔。在回风巷道和运输巷道内均沿倾斜方向上、下向打钻的钻孔，称为双向钻孔。2短钻孔注水短钻孔注水是指钻孔与开采工作面煤壁垂直或与节理面斜交。短孔注水钻孔深度一般为回采工作面的日推进度再加上0.2m，大约在35 m左右。每天三班注水。l回风巷；2运输巷；3工作面图1单向长孔注水方式示意1回风巷；

12、2运输巷；3工作面图2双向长孔注水方式示意1一一回风巷；2运输巷；3工作面图3短孔注水方式示意3深孔钻孔注水具有相同的短孔注水钻孔排列方式，但深孔钻孔的数量比短孔注水数量少，钻孔孔深约为回采工作面的日进度的35个。深孔钻孔注水方式要求煤层的赋存稳定，注射压力较高，因此注水工艺的设备较复杂。在我国的大部分煤矿上基本不采用这种方式进行注水。4长、短孔联合注水方式长短孔联合注水方式是指在回采工作面的回风巷道和运输巷道内将长孔注水方式和短孔注水方式合理的结合起来，发挥出他们的各自的注水优点，是其煤层注水效果达到最佳的注水方式。2 ）按注水压力分类煤层的注水压力指的是在对煤层进行注水工艺时对其已经钻好钻

13、孔进行注水，注水时钻孔孔口的水压。按照煤层注水的注水压力大小可分为以下三类：低压注水：注射压力小于2.5MPa3.0MPa的煤层注水中压注水：是指煤层注水的注水压力范围在3.0MPa10.0MPa 、高压注水：是指煤层注水注水钻孔孔口的压力高于中压注水压力3）按供水方式分类煤层注水供水方式分为静态和动态注水。静压注水方式是利用地下注水压与矿山地面水池差压的使用，通过注水管对煤矿直接向地下钻孔注水。因各个煤矿煤层埋藏深度不定，静压注水压力亦有较大的差别。动压注水是指通过增压设备如水泵或者增压泵等矿山注水机械造成的压差进行向井下煤层中注水的方法。4）长孔、短孔、深孔注水钻孔的优缺点：1.长孔注水优

14、点：长孔注水是一种更先进的注水方式，钻孔长度较长，所以长孔钻孔的一个钻孔能湿润的较大区域煤层，使煤层湿润更加的均匀；预注时，注水工序与煤矿的生产无干扰：经济性能较好。因此长孔钻孔注水方式被广泛的应用在国内外煤矿的生产中。长孔注水的缺点：长孔注水方式钻孔打钻的长度达，向煤层内定向打钻比较困难，难以适应对煤矿地质条件的变化。2.短孔钻孔注水的优点：短孔注水方式可以适应于煤层赋存条件的不稳定性、地质构造复杂的薄煤层中、煤炭产量较低的回采工作面中，或者煤层顶、底板(特别是底板)岩性易吸水膨胀的煤层中。短孔注水压力低，工艺设备简单，具有较大的适应性。短孔钻孔注水的缺点：短孔注水方式钻孔长度短，煤层的湿润

15、范围小：钻孔数量有些多，封孔频繁，并且封孔不易严密易跑水；钻孔注水易与回采作业发生冲突和矛盾。因此，在国内外的大型煤矿的正规工作面很少采用短孔注水方式。3.深孔注水的优点：深孔注水具有短孔注水的大部分优点，其能更好的适应围岩的吸水膨胀性质：湿润范围较大并且均匀。深孔注水的缺点有这些：深孔注水方式注水压力要求高，注水设备和工艺复杂，钻孔数量比长孔钻孔数量多，封孔工序也比较频繁。所以在国内外的大部分煤矿上基本不采用这种方式进行注水。4.长、短孔联合注水方式及煤层注水粉尘治理效果据优点和缺点，以及长孔和短注入孔注入产生的效果，结合煤矿条件，使用长，短孔结合注水的方法的实际孔隙度。首先，面对回风巷道（巷道材料）水孔很长，注入煤层，提前做出的煤的水分增加。从而减少工作面上部短孔注水时间，减少或者避免短孔注水与煤矿生产发生矛盾；起到了从源头治理粉尘的目的。2.5封孔为了使煤层注水的钻孔中的压力水不能从巷帮被压松的大裂隙中跑走，根据各个煤矿的实践结论得出：一般要求钻孔封孔的深度必须要大于矿山压力对煤层产生的压松带的宽度。为了不让各个钻孔间相互串水，钻孔的封孔深度大约一般都在在68 m之间，当采用深封孔技术时有利于是煤层注水防治灾害的效果提高。目前我国常采用的煤层注水封孔方式有封孔器封孔和水泥砂浆封孔两种。水泥砂浆封孔效果较好但用工量大，现一般采用封孔器封孔。水泥砂浆