1 工作面概況及可注性分析

1.1 工作面概況

18306 工作面煤層厚度 3.70~4.20m，煤層傾角3 °～ 7 °，平均 4 °，直接頂為 4.36m 石灰?guī)r，直接底為 2.70m 細砂巖。18306 工 作 面 走 向 長 度 1560m， 工 作 面 長200m，工作面進、回風巷斷面尺寸 4m×3.3m，工作面風量 1677m 3 /min。

1.2 工作面可注性

根據(jù) MT/T 1023-2006《煤層注水可注性鑒定方法》規(guī)定，當原有水分 W ≤ 4%、孔隙率 n ≥ 4%、吸水率 δ ≥ 1% 和堅固性系數(shù) f ≥ 0.4，則該工作面具有可注性。通過對該采煤工作面的煤樣分析，原始自然水分為 1.02%，煤樣孔隙率為 2.92%，煤樣72h 平均吸水率 1.71%，煤樣堅固性系數(shù) 0.49。由于煤樣吸水率較強，且煤質(zhì)較硬，打鉆時可以順利成孔，因此本工作面煤層具有可注性。參照本工作面作業(yè)規(guī)程及其他資料，準備在回風順槽實施單向鉆孔方式煤層注水。

2 分段磁翻柱液位計技術

2.1 分段磁翻柱液位計器的選擇

本文采用 FSFZ38/16 型分段式注水用封孔器具有分段注水、封孔深度大、注水效果好等特點，因此采用分段式封孔注水方案。該方案具有以下特點：

（1） 實 現(xiàn) 高 壓 注 水， 注 水 壓 力 zui 大 達16MPa。

（2）封孔深度深，采用水力膨脹式封孔器封孔深度可達 5m 以上。

（3）封孔器采用特殊結構設計，實現(xiàn)在卸壓帶和應力集中帶分別注水，注水效果好。

（4）水箱具有高低水位自動控制功能，實現(xiàn)高水位自動停水、低水位自動斷電的功能。

（5）封孔器可以重復使用。

（6）通過對系統(tǒng)的設置，可以實現(xiàn)動、靜壓交替注水。封孔器如圖 1 所示。

2.2 磁翻柱液位計技術

本方案采用水力膨脹封孔技術進行封孔，將封孔位置分別設置在煤體卸壓帶和應力集中帶，從而提高注水效果。首先利用分段式磁翻柱液位計器的第一段封孔器在卸壓帶內(nèi)進行封孔注水，使卸壓帶的煤體得到充分的濕潤，關閉第一段封孔器進水閥門，使第一段封孔器仍處于膨脹封孔狀態(tài)；然后利用分段式注水用封孔器的第二段封孔器在應力集中帶內(nèi)進行封孔注水，使完全卸壓帶、卸壓帶和集中應力帶的煤體得到進一步的濕潤，關閉第二段封孔器進水閥門，使第二段封孔器仍處于膨脹封孔狀態(tài)；當注水完成后，在卸載停泵的同時，打開注水用分段式封孔器的第一段封孔器、第二段封孔器的進水閥門和調(diào)壓閥門，注水用分段式封孔器利用鉆孔內(nèi)外壓差，自動彈出鉆孔。

2.3 磁翻柱液位計系統(tǒng)

磁翻柱液位計系統(tǒng)由 BPW-80/31.5 型噴霧泵、自動控制水箱、SGS型雙功能高壓水表，DF-Ⅲ型分流器、單向閥及截止閥等組成。

2.3.1 系統(tǒng)電路

系統(tǒng)需連接 660/1140V 電源，其中 660V 采用三角形連接方式，1140V 采用星形連接方式。系統(tǒng)需要配備電纜和專用電磁啟動開關，泵站和水箱需安置在平板車上。

2.3.2 系統(tǒng)水路

系統(tǒng)水路要求在磁翻柱液位計 20m 范圍內(nèi)有水源，且有 KJ32 的快接出口，如水源離注水地點過遠，則需另外配備水管和短接。

3 注水工藝

3.1 工藝參數(shù)

（1）注水壓力：16MPa；

（2） 單 孔 注 水 總 量： 按 煤 體 水 分 增 量至 少 2% 計 算，5m 間 距 的 注 水 孔 注 水 量 為3.95×5×110×1.35×2% ＞ 60m 3 ；

（3）注水時間：每天動、靜壓交替注水時間總計 22 h（其中磁翻柱液位計不低于每班 2h）。注水流量一般在 0.3m 3 /h~2m 3 /h，由于西曲礦煤質(zhì)滲透性弱，將注水流量暫定為 0.6m 3 /h，磁翻柱液位計流量為80L/min，因此每天的注入水量為 0.6×20+80×10 -3 ×60×2/5=13.92m 3 ，因此總注水時間為 4.3d（以上注水時間為經(jīng)驗數(shù)據(jù)計算時間，實際注水時間以注水總流量達到規(guī)定值）；

（4）同時注水鉆孔數(shù)量：5 個鉆孔為一組，間距 5m；

（5）鉆孔位置：回風順槽煤壁中部，距離工作面 110m，封孔器外露不超過 500mm。

3.2 動、靜壓注水工藝的實施

（1）將設備運到固定地點，將設備接好，連通水電。

（2）查看煤壁是否有瓦斯抽放孔或殘孔，有則須用水泥砂漿或聚氨酯進行封孔。

（3）關閉靜壓進水管路，5 個注水孔同時進行磁翻柱液位計，磁翻柱液位計總時間為 2h。zui外側封孔器注水時間和zui里側封孔器注水時間分別規(guī)定為

5~10min 和 110min：

① 進 行 zui 外 側 封 孔 器 注 水， 注 水 壓 力 為16MPa。若所有鉆孔周圍煤壁出現(xiàn)掛汗但未到注水時間，則繼續(xù)注水到規(guī)定時間；若某一鉆孔周壁出現(xiàn)出水現(xiàn)象，而其他鉆孔未出現(xiàn)，則關閉該路壓力水，繼續(xù)進行其他孔的磁翻柱液位計；若所有鉆孔周圍煤壁出現(xiàn)出水現(xiàn)象，立即停止注水（即使注水時間很短），開始進行zui里側封孔器注水。

② 進 行 zui 里 側 封 孔 器 注 水， 注 水 壓 力 為16MPa。若磁翻柱液位計時間未到但所有煤壁已經(jīng)掛汗，則繼續(xù)注水到規(guī)定時間；若某一鉆孔周壁出現(xiàn)出水現(xiàn)象，而其他鉆孔未出現(xiàn)，則關閉該路壓力水，繼續(xù)進行其他孔的磁翻柱液位計；若所有鉆孔周圍煤壁出現(xiàn)出水現(xiàn)象，則停止磁翻柱液位計（即使注水時間很短），直接切換到靜壓注水。記錄磁翻柱液位計時間和每個注水孔在不同注水階段的流量。

③ 關閉水泵電源和泵出水閥門，打開靜壓水管閥門，切換到靜壓注水。

④ 第二天下井記錄靜壓注水時間和流量，切換到磁翻柱液位計方式。以后每天重復進行第二步至第四步注水步驟，直至注水達到規(guī)定時間。

4 注水鉆孔布置及效果檢驗

4.1 注水鉆孔布置方式

本方案在回風順槽進行工作面單向鉆孔布置方式注水。一組注水孔共布置 5 個，注水孔間距為 5m。第一個注水孔距開切眼 100m，鉆孔深度110m，鉆孔直徑為50mm。注水鉆孔布置如圖2所示。

4.2 含水率考察

注水潤濕半徑確定方法如圖 3 所示。在測試孔中每鉆 10m 采集一個煤樣測定含水率。

1 # 鉆孔為注水孔，2 # ～ 6 # 為測試鉆孔，布置間距均為0.5m。不同間距煤體含水率變化如圖4所示。由圖 4 可知，距注水孔水平距離越近，煤體含水率越大。在間距為 2.5m 時，測試孔中煤體含水率接近煤體中的原始含水率，因此可認為注水孔的有效潤濕半徑為 2.5m，鉆孔布置間距為 5m 是合適的。在垂直距離上，隨著與回風巷距離的增加，注水距離增大，在 50m 以后煤體含水率下降幅度較大，但均大于煤體原始含水率。

4.3 降塵效果考察

為了檢驗注水后降塵效果，在工作面推進到注水區(qū)域內(nèi)時，沿工作面回風方向進行測點布置。注水后降塵效果如圖 5 所示。

由圖 5 可以看出，注水后的平均粉塵濃度明顯要低于注水前，煤層注水降塵效果明顯。降塵效率呈現(xiàn)正態(tài)分布的趨勢，在距上隅角 100m 左右的位置降塵效率zui大，此位置正是采煤機割煤的區(qū)域。采煤機區(qū)域粉塵濃度的降低，改善了工作面割煤環(huán)境，提高了工人的勞動效率。

5 結論

（1）采用分段封孔器，將封孔位置分別設置在煤體卸壓帶和應力集中帶，能夠有效提高煤層注水效果。

（2）通過動、靜壓交替來實現(xiàn)煤層深孔高壓注水潤濕，在深孔有效影響半徑范圍內(nèi)均能被潤濕。

（3）注水后工作面整個斷面的降塵效率呈現(xiàn)正態(tài)分布的趨勢，在采煤機切割煤壁的地方降塵效率達到zui高，從而有效地保護了工作環(huán)境。