论文部分内容阅读
【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；封孔技术；降尘效果
一、引言
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。
二、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=KLBHγq，其中Q是指单孔注水量，单位为m3，K为系数，一般取1：1，L为钻孔长度，B为钻孔间距，H为煤层厚度，γ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m3/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1。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
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88%。
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響。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2.5MPa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，2008.5
[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（AQ1020-2006）[M].北京：煤炭工业出版社，2007
[3]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，2006.4
[4]单敏杰，郭涛.综采工作面的粉尘分布及治理对策[J].中小企业科技与管理（上旬刊），2008.11
[5]刘新河，刘波.煤层注水降尘效果探讨[J].矿业安全与环保，2006.10
【关键词】煤层注水；综采；封孔技术；降尘效果
一、引言
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。
二、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=KLBHγq，其中Q是指单孔注水量，单位为m3，K为系数，一般取1：1，L为钻孔长度，B为钻孔间距，H为煤层厚度，γ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m3/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1。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
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88%。
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響。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2.5MPa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，2008.5
[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（AQ1020-2006）[M].北京：煤炭工业出版社，2007
[3]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，2006.4
[4]单敏杰，郭涛.综采工作面的粉尘分布及治理对策[J].中小企业科技与管理（上旬刊），2008.11
[5]刘新河，刘波.煤层注水降尘效果探讨[J].矿业安全与环保，2006.10