煤层注水原理

概述通过钻孔，将压力水和水溶液注入煤体，增加水分，以改变煤的物理力学性质，可减少煤尘的产生，还可减少冲击地压，煤与煤层气突出和自燃发火煤层注水介绍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一瓦斯两相体系的平衡，形成煤一瓦斯一水三相体系，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。煤层注水种类煤层注水按钻孔深度分深孔注水和浅孔注水。深孔注水是在回采工作面前方进风巷或回风巷沿煤层倾斜平行于工作面打孔，孔深一般为工作面斜长的2/3，孔径75〜100mm。用水泥浆或橡胶封孔器封孔后，即可开始注水。与浅孔注水相比，深孔注水成本较高，打钻较困难，只适用于中厚与厚煤层。优点是预湿范围大，能充分湿润，而且不影响采煤工作。但在有些矿区，由于煤层没有受到破坏，注水较困难，注水量小。煤层注水在煤矿安全中的作用机理及效果1防尘煤层注水是回采工作面最有效的防尘措施。水的除尘机理包括以下 3个方面：(1)湿润煤体内的原生煤尘，使其失去飞扬的能力；有效地包裹煤体的每个细小部分，当煤体在开采中破碎时，避免细粒煤尘的飞扬；水的湿润作用使煤体塑性增强，脆性减弱。当煤体受外力作用时，许多脆性破碎变为塑性形变，因而大量减少了煤体被破碎为尘粒的可能性，降低了煤尘的产生量。2预防煤与瓦斯突出

研究和试验考察表明，注水湿润煤体，可使煤的力学性质发生明显变化，煤的弹性和强度减小，塑性增大，从而使巷道前方的压力分布发生变化，即高压力向煤体深部转移，压力集中系数减小。煤体湿润后，其透气性也将成百上千倍的降低，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。上述的各种变化，都表明注水湿润煤体，可以消除或降低煤层的突出危险。3减小工作面回风流中的瓦斯浓度煤层注水对治理瓦斯的作用，不仅表现在预防煤与瓦斯突出，而且也表现在减小工作面生产时回风流中瓦斯浓度，其原因有2个。（1） 湿润煤体中的水分对瓦斯的运动起阻碍作用，使一部分瓦斯在煤体破坏后不涌入采掘空间而是随煤体被运出工作面。（2） 打孔破坏了煤体内原有的煤一瓦斯体系的平衡，注水前后则形成了新的煤一瓦斯一水三相体系，体系的这些变化都会导致瓦斯的涌出。4防治冲击地压煤层注水防治冲击地压的机理是：高压注水改变了煤体的裂隙结构，使煤体脆性减弱，塑性增强。促使煤壁前方塑性变形区（卸压带）加宽，使集中压力区（弹塑性变形区）向煤壁深处移动并加宽，减弱了压力集中程度，缓和了煤体压力潜能的积聚，从而预防冲击地压的发生或使其强度减弱。5防火与降温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，冒落的砰石湿润，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。陕西崔家沟矿和徐州大黄山矿采用此法防火均取得了良好效果。温度较低的冷水注入煤体后，由于水有较大的比热容和汽化潜热，对高温工作面的降温也是有利的。煤层注水工操作规程一、 钻机司机要持证上岗，遵章作业。二、 钻机下井前，司机首先学习注水作业规程，掌握后再下井，下井前还要详细检查钻机及配件的完好性，不完好时不得运下井作业。

三、安装注水泵及钻机时，首先要检查安装位置处的巷道状态，不安全时不准施工。四、 开钻前要进行试机，发现问题及时处理，然后再开钻作业。五、 应根据作业规程要求布置钻孔的间距、方位、倾角、长度。六、 钻孔时至少两人一同作业，开钻先开水，停钻后停水。七、 打完钻孔封孔前，先用清水冲净孔内煤粉，然后再封孔。八、 采用水泥砂浆或封孔器封孔，封孔长度至少为 1米。九、 无论是用静压注水还是用动压注水，都应用流量表进行测量，掌握每孔注水量，发现钻孔附近煤壁出水及机巷出现水珠时，可停注，隔一段时间后再对该孔注水。十、注水孔超前回采面距离以20-50米为