煤層注水在煤礦安全中的應(yīng)用及效果淺析
1 煤層注水及方法
煤層注水是在回采前預(yù)先在煤層打若干鉆孔，通過鉆孔注入壓力水，使其滲入煤體內(nèi)部，破壞煤體內(nèi)原有的煤－瓦斯兩相體系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相體系，體系內(nèi)各個(gè)介質(zhì)相互作用，使煤的物理化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。
煤層注水按鉆孔深度分深孔注水和淺孔注水。深孔注水是在回采工作面前方進(jìn)風(fēng)巷或回風(fēng)巷沿煤層傾斜平行于工作面打孔，孔深一般為工作面斜長的2/3，孔徑75～100mm。用水泥漿或橡膠封孔器封孔后，即可開始注水。與淺孔注水相比，深孔注水成本較高，打鉆較困難，只適用于中厚與厚煤層。優(yōu)點(diǎn)是預(yù)濕范圍大，能充分濕潤，而且不影響采煤工作。但在有些礦區(qū)，由于煤層沒有受到破壞，注水較困難，注水量小。
2.1 防塵
煤層注水是回采工作面最有效的防塵措施。水的除塵機(jī)理包括以下3個(gè)方面：
?。?）濕潤煤體內(nèi)的原生煤塵，使其失去飛揚(yáng)的能力；
?。?）有效地包裹煤體的每個(gè)細(xì)小部分，當(dāng)煤體在開采中破碎時(shí)，避免細(xì)粒煤塵的飛揚(yáng)；
?。?）水的濕潤作用使煤體塑性增強(qiáng)，脆性減弱。當(dāng)煤體受外力作用時(shí)，許多脆性破碎變?yōu)樗苄孕巫?，因而大量減少了煤體被破碎為塵粒的可能性，降低了煤塵的產(chǎn)生量。
新汶孫村礦和本溪彩屯礦實(shí)施煤層注水后，除塵率分別達(dá)到73％和79％。表1是“三軟”綜放工作面通過實(shí)施煤層注水及其他防塵措施后的降塵率。
表1“三軟”綜放工作面降塵率
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位 ?? 置 |
采煤機(jī)司機(jī) |
移架司機(jī) |
放煤司機(jī) |
回風(fēng)巷 |
|
全 ????? 塵 / ％ |
69.1 |
44.2 |
84.1 |
69.4 |
|
呼吸性粉塵 / ％ |
42.3 |
41.2 |
66.9 |
45.3 |
2.2 預(yù)防煤與瓦斯突出
研究和試驗(yàn)考察表明，注水濕潤煤體，可使煤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化，煤的彈性和強(qiáng)度減小，塑性增大，從而使巷道前方的壓力分布發(fā)生變化，即高壓力向煤體深部轉(zhuǎn)移，壓力集中系數(shù)減小。煤體濕潤后，其透氣性也將成百上千倍的降低，水對(duì)瓦斯的運(yùn)動(dòng)起到明顯的阻礙效應(yīng)，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降。上述的各種變化，都表明注水濕潤煤體，可以消除或降低煤層的突出危險(xiǎn)。在陽泉礦區(qū)3號(hào)煤層兩對(duì)突出礦井的6個(gè)具有突出危險(xiǎn)性的綜采工作面使用淺孔煤壁注水后，瓦斯突出和噴出次數(shù)與采用前相比，減少了72.2％，平均突出強(qiáng)度也降低了36.5％。
