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(zhǎng)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(rùn),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 煤層注水在煤礦安全中的作用機(jī)理及效果
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(rùn)煤體內(nèi)的原生煤塵,使其失去飛揚(yáng)的能力;
(2)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);
(3)水的濕潤(rùn)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)樗苄孕巫儯蚨罅繙p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
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(rùn)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(rùn)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(rùn)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%。