冀中能源峰峰集团邯郸宝峰矿业有限公司九龙矿 河北邯郸 056200
摘要：煤矿开采过程中存在着诸多的安全隐患，影响工作人员的人身安全，亦对开采效益产生直接性的影响，其中煤尘问题不容忽视。深孔煤层注水技术是解决煤尘问题的有效措施之一，该技术的应用能够在减少煤尘的前提下，提高抽放效果，严防煤与瓦斯的不安全问题。以下就采煤工作面深孔煤层注水技术进行具体的分析探究。
关键词：采煤工作面；深孔煤层注水；技术参数
随着采煤工作的不断发展，采煤过程中的相关技术应用问题日渐受到重视。煤层注水的应用对采煤工作面的安全生产有着重要意义，是从根本上综合解决放顶煤工作面煤尘、自然发火、工作面瓦斯超限和坚硬顶煤的破碎等安全问题的行之有效的办法。在实际应用中，我们要力求结合具体的工程实际，进一步确定钻孔布置方式、封孔长度、注水压力，注水量与注水时间等工艺参数，为煤层深孔注水提供技术保证，为全面开展煤层注水奠定坚实的基础。
1 采煤工作面深孔煤层注水技术的机理分析
煤层深孔注水是通过顺层钻孔向回采工作面前方煤体进行高压注水，依靠压力水改变煤体的力学特性、渗透特性以及应力状态，从而改变煤层突出的条件回。注水前，煤体孔隙或裂隙中充满了瓦斯等气体。注水后，在煤体的孔隙、裂隙中形成了水与瓦斯的界面。煤层注水的过程就是高压水逐渐从钻孔内向外扩散、驱赶瓦斯的过程。采煤工作面煤体注水软化利用高压水对原始状态下煤体进行冲击湿润，进而对煤体产生以下几方面的作用：
1.1 煤层注水产生水流压裂作用
煤体在高压水流的作用下，逐渐龟裂，产生裂隙使煤的整体性遭到破坏。压力水注入煤层之后，当注入的水量大于煤体的滤失量时，煤层内的水压（自由水）就会逐渐升高，当升至水压大于煤层的垂直应力和水平应力时，煤层便会产生新的裂隙，从而破坏了煤层的原始结构，降低了煤层的强度。
1.2 煤层注水产生软化浸润作用
水在高压的作用下，以小流量的浸润到煤体内部结构中，使煤体间吸收大量的水，煤体吸收饱和水分以后，开始膨胀，从而使煤质变的松软，达到煤体软化的目的。压力水在注入煤层后，由于扩大了水与煤体的接触面，从而促进了煤体的软化，具体可从四个方面认识：
（1）吸附和浸润作用。由于煤体中含有大量的粘土矿物，且其粒径非常小，所以它的比表面积很大，故能吸收大量的水分子，而且能以强烈的结合力将水吸入粘土矿物的层间结构中，形成结晶水、层间结合水、自由水，使粘土矿物的强度随吸水量的增加而降低，因而破坏了粘土矿物的胶结作用，降低了煤层的强度。
（2）水合作用。在水溶液中，由于粘土矿物微粒表面都具有负电性，在水中可以形成带电的水合分子，致使微粒中间相互排斥，粘结力受到破坏，因而煤层强度会大大降低。
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（3）楔入作用。煤层和矿物中有原生的及由于机械作用而后生的大量裂隙、显微裂隙和层理弱面，这些裂隙和弱面对水除了有吸附作用和浸润作用外，水对裂隙尚有楔入作用，尤其是在高压水的作用下更为突出，这样就扩大了裂隙、层理的范围，并逐渐使煤体遭到破坏。因此节理裂隙和层理弱面的发育程度，对煤层注水的作用影响很大。在井下宏观就可以经常清楚地看到沿节理裂隙破坏的煤块和沿层理弱面破坏的薄层状煤块。
（4）溶解作用。由于煤层中的黄铁矿等矿物质能和矿井水发生氧化水解作用而产生硫酸，因而促进了碳酸钙和碳酸镁等的溶解作用，使煤层受到破坏。
2 采煤工作面深孔煤层注水技术的参数设置
深孔煤层注水的孔深通常情况下在十米左右，由于地压相比原始压力要高出一到三倍，再加上次生裂隙没有大量形成，所以注水压力较大，这样才能确保水不流失。要想提高深孔煤层注水的应用实效，就要优化该技术的参数设置，具体可从如下几方面入手。
2.1 深孔煤层注水的钻孔参数设置
煤层厚度决定着钻孔的布置，如果采高低于一点八米时，可以采用单排眼，如果煤层厚度较大，则采用三花眼。钻孔长度通常情况下要比循环进度长出一点才可以，每一个钻孔的湿润半径决定着注水孔间距。在实际的注水中，注水钻孔的间距要依据煤层的变化灵活地做出调整，一般来说在两米到八米之间变动，此外钻孔直径和炮眼直径一致，如果注水后，孔内仍然有积水时，则不可以作为炮眼。
2.2 深孔煤层注水的注水参数设置
注水压力、注水时间及注水流量是注水的主要参数，注水压力、注水流量及注水时间是相互制约相互影响的，通常情况下，注水压力越大，相应的注水时间越短，注水流量则越大，一般来说，注水压力有一个最大值和最小值，注水压力的最大值就是要确保煤体不漏水跑水及不破坏顶板与底板，注水压力的最小值就是要确保在特定的时间内输入规定的水量。管网静压注水与专用泵加压注水是注水压力供给的两种主要方式。其中管网静压注水是通过地面或者水池，借助固定供水管网向钻孔注水，而专用泵加压注水则是通过注水专用泵向各钻孔注水。在深孔煤层注水时，注水量要使湿润范围之内的煤体水分增值达到1%到2}o，单孔注水流量一般情况下不应当超过20L/min，且注水时间保持在15min之内，总的注水时间控制在3h-5h之内。
总的来说，深孔煤层注水整个过程是一个脉动的注压过程，当注水开始以后，注水流量随着注水压力增大而增大，几分钟后，进入附近的煤体裂隙中的水充满后，注水流量迅速下降，且注水压力增大。当注水压力达到特定值时，煤体流量再一次上升，当水再一次充满压开的裂隙通路后，水压又上升，而流量则下降，这样反复进行。
2.3 深孔煤层注水的封孔参数设置
一般来说，科学的封孔深度应当确保孔口附近的煤壁不漏水。从某种程度上来说，煤壁承受的注水压力与封孔深度有着十分密切的关系，如果封孔深度过深的话，煤体水分则会集中在深部，煤壁则会相对较十燥，如果要湿润煤壁，则需要延长注水时间，这对深孔煤层注水带来很多困难，所以封孔深度一方面要确保不漏水，同时要尽可能地加大孔壁渗水面积，避免出现里湿外干。实践表明，深孔煤层注水封孔深度一般是孔深的30%。
3 结语
综上，深孔煤层注水技术的有效应用是减少煤尘、提高采煤工作安全性及采煤整体效益的有效策略。在以后的工作中，我们要进一步利用深孔煤层注水机理，增加煤体裂隙，进而使得注水孔附近本煤层的透气性得以提高，提升抽采实效。
参考文献
[1]谢文强，陈珂，李焕.含瓦斯煤层深孔水力致裂增透与浅孔抽采消突技术研究[J].中国煤炭，2016，38（11）：85-89.
论文作者:许峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/25
标签：煤层论文; 裂隙论文; 工作面论文; 钻孔论文; 压力论文; 作用论文; 煤尘论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;