煤层注水对矿井深部开采灾害防治的影响

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 煤层注水对矿井深部开采灾害防治 的影响 摘 要煤层注水是在回采前预先 在煤层打若干钻孔，通过钻孔注入压力 水，使其渗入煤体内部，破坏煤体内原 有的煤-瓦斯两相体系的平衡，形成煤- 瓦斯-水三相体系，体系内各个介质相 互作用，使煤的物理化学性质、力学性 质及热力学性质发生变化。 中国论文网 /1/view-12790262.htm 关键词 煤层注水；深部开采 中图分类号：TD714.4 文献标识 码：A 文章编号：1009-914X（2015） 20-0338-01 引言 煤层注水在矿井深部开采灾害的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 防治中发挥着积极作用，煤层注水能够 减少煤尘产生，预防煤与瓦斯突出，防 治冲击地压和煤层自然发火，降低工作 面温度，提高放顶煤效果，改善井下作 业环境。 一、 煤层注水的原理分析 1.1 减少煤尘产生 通过钻孔进行煤层注水，水沿着 煤的裂隙向被裂隙分割的煤体渗透并储 存于裂隙和孔隙中，增加煤体水分，湿 润煤体内的原生煤尘，使其失去飞扬能 力。同时使煤体塑性增强，脆性减弱， 在煤体破碎时，许多脆性破碎变为塑性 形变，降低了煤体被破碎为尘粒的可能 性，减少了煤尘的产生量。 1.2 预防煤与瓦斯突出 煤层注水可使煤的力学性质发生 明显变化，弹性和强度减小，塑性增大， 从而使巷道前方的压力分布发生变化， 即高应力向煤体深部转移，应力集中系 数减小。注水过程中，大部分游离态瓦 斯被高压水挤出煤体提前释放，而部分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 游离态瓦斯受到高压水影响转化为吸附 状态，延长了瓦斯释放时间，两者同时 呈现，减少了采掘时瓦斯的涌出量。同 时，煤体湿润后，水封闭了煤中微孔隙， 故水对瓦斯的运动起到明显的阻碍效应， 煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度 下降，可以消除或降低煤层的突出危险 性。 1.3 防治冲击地压 煤层注水的卸压原理是在高压水 流的冲击作用下，使高压水冲击入煤体 的层理、节理中，使煤体逐渐龟裂，产 生较大裂隙，破坏煤体的整体性，使煤 体脆性减弱，塑性增强，从而改变了煤 体的物理力学性质，使煤体失去了冲击 倾向性。煤体内部结构中注入大量水之 后，煤体在水的浸泡作用下，促使煤体 塑性变形区增加，实现高应力区向未注 水软化的煤体侧转移，降低了煤体的应 力集中程度，从而起到较好的防冲效果。 1.4 防火与降温 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 煤层注水后，煤体的含水量、导 热系数和热容量增大，使得煤体温度不 易升高，水分进入煤的孔隙和裂隙，在 煤体表面形成一层氧化隔离膜，有效阻 碍了氧在浮煤中的扩散，破坏了煤与空 气的接触并降低煤体温度，煤体氧化速 度减缓，从而延长了自然发火期。分层 法开采厚或特厚易燃煤层时，在放顶后， 向采空区注水，或在放顶前用水遍洒放 顶步距条带，能起到防火作用。因为注 水后煤体的导热系数和热容量增大，使 煤体的温度不易升高，如果顶板为泥质 岩石，则此法效果更佳，注水（或洒水） 后，冒落的矸石湿润，膨胀成再生顶板， 覆盖浮煤，减少漏风，从而抑制了采空 区的浮煤氧化。 1.5 提高放顶煤效果 煤层注水后，可有效湿润、软化 和破裂煤体，使煤层硬度降低，单向抗 压强度减小，顶煤可放性提高，煤炭的 采出率提升，具有良好的经济效益。 二、试探讨方案分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 （1）煤壁浅孔注水。在工作面 回采过程中，利用检修班在工作面煤壁 每隔 6m 施工 1 个注水钻孔，注水钻孔 深 58m，钻孔 50mm，仰角 525 ， 分别进行钻孔施工和注水工作，注水钻 孔间距 6m，34 个检修班完成煤壁注 水的 1 个循环。1 个注水作业循环中湿 润煤体长度能满足该注水循环时间段内 的工作面割煤推进度（超前 2m） 。随着 采煤循环推进，循环进行注水孔施工、 注水。 （2）交臂钻孔深孔高压注水。 交臂钻孔布置在回采工作面两巷内，根 据工作面切眼长度、煤层厚度设定钻孔 的深度。例如工作面切眼长度为 150m，就分别从两巷各打 80m 深注水 钻孔，以保证两巷注水钻孔形成“交臂” 。 通过对注水孔周围不同距离的煤体进行 含水率测定以确定注水孔布置间距，对 比分析注水前后不同距离煤体含水率的 变化，确定出千秋煤矿地质条件下高压 注水的渗透半径为 10m，从而确定了深 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 孔高压注水孔间距为 20m，既保证了压 力水渗透整个煤层，不留空白带，同时 也最大限度地减少了钻孔施工量。 三、关于煤层注水效果 3.1 防尘 工作面煤壁每天施工浅孔注水孔 20 个，工作面自回采以来施工浅孔注水 孔 5460 个，钻孔工程量 27230m，注水 量 2055m3，采用煤层注水后煤体水分 增加 1.8%左右。 3.2 防火 在水中添加阻化剂，通过喷洒、 压注或雾化的形式，将其输运到采空区 或煤体中，在煤表面形成一层含水液膜， 以惰化煤体表面活性结构，阻止煤和氧 的接触，起到阻化作用。同时，吸水性 很强的药剂使煤处于潮湿状态，水吸热 降低煤体表面温度，从而在一定程度上 抑制了煤的自热和自燃。注水后煤体内 在水分增加 1.5%以上，由于毛细作用， 水分进入煤的孔隙和裂隙，在煤体表面 形成一层氧化隔离膜，这就阻碍了氧在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 浮煤中的扩散，破坏了煤与空气的接触 并降低煤体温度，氧化速度减缓，防治 煤层自然发火效果明显。 3.3 防治瓦斯 注水后，水对煤及岩石有明显的 破碎作用，煤层透气性增加，钻孔抽放 瓦斯浓度提高，抽放量明显增加，释放 采掘空间瓦斯减少；水进到煤体后可起 到排挤煤中瓦斯作用，同时也封闭了煤 中微孔隙，使瓦斯由游离状态变为吸附 状态更为困难；煤层注水使煤体自身力 学性质发生变化，而且能使工作面应力 向煤体深部转移，使煤体瓦斯均匀释放， 工作面风流中平均瓦斯浓度降低 0.15% 以上，杜绝了因响煤炮而引起的瞬间瓦 斯超限现象。 3.4 防治冲击地压 对 KBD-5、KBD-7 电磁辐射仪 以及微震系统所测数据，钻屑法取样数 据和煤层注水前后水分测定结果进行分 析得知，注水过程中，煤体不断破裂， 应力不断释放，应力集中区域的应力得 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 以解除，煤体含水率增大，这些使得煤 层中释放冲击地压和解除局部应力集中 的效果得到显现，起到了防治冲击地压 的作用。 3.5 其他效果 煤层注水后，对高温工作面起到 了明显的降温作用，工作面平均温度降 低 1.5左右，有效改善了工作面的劳 动环境。煤层注水能够有效湿润和软化 煤体，减少综掘机机组故障，大幅度降 低截齿损耗，提高工作面可见度，也大 大减轻工人的劳动强度。 结语 近年来，随着社会对煤炭资源需 求量的日益增加以及开采强度的不断提 高，矿井进入深部开采已经成为必然趋 势。深部开采不仅提高了采矿成本，而