摘要：煤层注水是指在开采之前利用钻孔向煤层注入压力水。预先湿润煤体，可以降低煤尘生成量。将水均匀地注入煤体，其水分达4%以上，可以防止突出发生。水改变了煤的力学性质，使应力分布均匀化，弹性能释放速度变小，功率降低，瓦斯排放速度降低，比初放时可降低90%。文章依据实例，分析了煤层注水的过程及效果，值得推广使用。
关键词：煤层注水；技术；效果
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。深孔注水是在回采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。
1 概况
某矿井属近距离煤层群开采，主采煤层有C13、B11b、B10、B8、B7a、B6、B4、A3、A1共9个槽别，其中B11b、B7a、B6、B4煤层又属大倾角大采高开采，煤层倾角15～35°，煤质松软，f=0.3～1.0。
2006年工作面回采开始使用综采工艺，开采过程中煤壁易片帮、掉顶，人员时常进入煤帮管理维护，制约了工作面的推进速度，职工撇钩延点现象严重，顶板事故时而发生，给安全生产带来了极大的威胁，限制了综采面高产高效的发挥。面对不利的顶板因素，现场主要采取注化学材料固顶处理，但效果一般，主要表现在三个方面：一是化学材料渗透性差，用于固帮固顶时，往往达不到预期效果；二是存在着危险性，化学材料本身具备着自然发火隐患，同时化学反应产生的气体危害职工身体健康；三是化学材料成本较高。
2 煤层注水工艺
2.1 深孔注水
工作面两巷利用顺层抽采钻孔（孔深在80～120m）进行煤层注水，压力为3～5MPa，根据煤体的渗水及膨胀情况适当调整注水压力。煤壁距顺层钻孔15～50m时，将抽采软管去除，并使用加工的套管将注水管连接至抽采管路进行注水。两巷深孔实行24小时循环注水，根据进尺及时向前更替注水孔。
2.2浅孔注水
煤壁施工8～10m的注水孔，煤壁浅孔执行高位注水，注水孔垂直于煤壁施工，开孔位置距顶板1.0～1.5m处的煤体中，并向下略带2～4°水平角，间距3～5m，并且根据煤层产状不断调整注水孔和间距等注水参数。注水使用水力膨胀封孔器，注水前将封孔器插至孔内至少1.5m深处，通过注水压力将注水器橡胶体管壁胀大，实现自动封孔。煤壁浅孔注水根据生产需要，每天可以进行一次或两次，每次3至5小时。
3 注水孔间距的确定
3.1 水分实验
B4原煤含水率为2.0%，垂直煤壁施工一个10m的钻孔进行注水，煤壁浸湿后停止注水，并在1h后沿倾斜距离每隔1m施工1个测试孔，并沿孔深5m范围每隔1m收集煤屑进行全水分实验。
3.2 实验结果
水沿煤层的走向渗透大于倾斜渗透，各测试孔深部2m范围内煤体均得到了有效渗透，含水率达到5.0%左右，并随着倾斜及走向距离的增大，含水率逐步降低，最终接近于原煤含水率，在1～3m深度内的煤体注水渗透效果较好，因而将煤壁注水浅孔间距确定为3～5m。
4 煤层注水效果
煤层注水可以有效提高煤体的粘结力，降低煤的脆性，增加其塑性，起到固结煤壁，减少片帮的作用。水进入煤层后，先沿着阻力小的大裂隙流动，然后再进入阻力较大的裂隙流动，通过煤的孔隙向煤体内部渗透并储存于孔隙或裂隙中，同时将煤层中原生的细尘粘结成较大的尘粒，使之失去飞扬能力。煤层注水是一个水气驱替的过程。通过煤层注水，水由钻孔周边逐步渗入到煤层孔隙、裂隙交界处，驱替其中的瓦斯气体。
4.1 煤层注水效果——防尘
中班割煤期间回风流中的瓦斯气体浓度低于检修班，随着工作面向前推进，煤体深部的瓦斯得到不断防火与降温释放，夜班割煤时的瓦斯气体浓度有所增大，略大于检修班。
4.4 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。
5煤层注水效益评价与发展方向
通过实施煤层注水可以充分发挥综采工作面高产高效的优势，可以有效固结煤帮，相应加大采高，提高了煤炭资源的回收率。其次是可以有效降低了发生片帮、掉顶时人员进入煤帮维护顶帮以及瓦斯超限的安全风险。另外可以有效减少了化学材料及大量坑木费用的投入，高产高效、提高煤炭资源回收率可以降低吨煤成本。
煤层注水方向主要是研究注水水量与水压的具体量化，合理确定最佳注水压力及注水量。
参考文献：
[1]时广奎;;新汶煤矿煤层注水防尘[J];工业安全与环保;1992年09期
[2]王士栋;王书奎;周恩显;岳滨;;三软煤层防煤壁片帮中压深孔注水技术[J];中州煤炭;2011年09期
论文作者:靖 可
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第07期
论文发表时间:2019/7/2
标签：煤层论文; 工作面论文; 瓦斯论文; 钻孔论文; 裂隙论文; 效果论文; 间距论文; 《工程管理前沿》2019年第07期论文;