煤層注水

通過鑽孔,將壓力水和水溶液注入煤體,增加水分,以改變煤的物理力學性質,可減少煤塵的產生,還可減少衝擊地壓,煤與煤層氣突出和自燃發火

煤層注水是在回採前預先在煤層打若干鑽孔，通過鑽孔注入壓力水，使其滲入煤體內部，破壞煤體內原有的煤－瓦斯兩相體系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相體系，體系內各個介質相互作用，使煤的物理化學性質、力學性質及熱力學性質發生變化。

煤層注水按鑽孔深度分深孔注水和淺孔注水。

深孔注水是在回採工作面前方進風巷或迴風巷沿煤層傾斜平行於工作面打孔，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後，即可開始注水。與淺孔注水相比，深孔注水成本較高，打鑽較困難，只適用於中厚與厚煤層。優點是預濕範圍大，能充分濕潤，而且不影響採煤工作。但在有些礦區，由於煤層沒有受到破壞，注水較困難，注水量小。

煤層注水是回採工作面最有效的防塵措施。水的除塵機理包括以下3個方面：

（1）濕潤煤體內的原生煤塵，使其失去飛揚的能力；

（2）有效地包裹煤體的每個細小部分，當煤體在開採中破碎時，避免細粒煤塵的飛揚；

（3）水的濕潤作用使煤體塑性增強，脆性減弱。當煤體受外力作用時，許多脆性破碎變為塑性形變，因而大量減少了煤體被破碎為塵粒的可能性，降低了煤塵的產生量。

研究和試驗考察表明，注水濕潤煤體，可使煤的力學性質發生明顯變化，煤的彈性和強度減小，塑性增大，從而使巷道前方的壓力分佈發生變化，即高壓力向煤體深部轉移，壓力集中係數減小。煤體濕潤後，其透氣性也將成百上千倍的降低，水對瓦斯的運動起到明顯的阻礙效應，煤中瓦斯湧出量和湧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。

煤層注水對治理瓦斯的作用，不僅表現在預防煤與瓦斯突出，而且也表現在減小工作面生產時迴風流中瓦斯濃度，其原因有2個。

（1）濕潤煤體中的水分對瓦斯的運動起阻礙作用，使一部分瓦斯在煤體破壞後不湧入採掘空間而是隨煤體被運出工作面。

（2）打孔破壞了煤體內原有的煤－瓦斯體系的平衡，注水前後則形成了新的煤－瓦斯－水三相體系，體系的這些變化都會導致瓦斯的湧出。

煤層注水的卸壓原理是在高壓水流的衝擊作用下，使高壓水衝擊入煤體的層理、節理中，使煤體逐漸龜裂，產生較大裂隙，破壞煤體的整體性，使煤體脆性減弱，塑性增強，從而改變了煤體的物理力學性質，使煤體失去了衝擊傾向性。煤體內部結構中注入大量水之後，煤體在水的浸泡作用下，促使煤體塑性變形區增加，實現高應力區向未注水軟化的煤體側轉移，降低了煤體的應力集中程度，從而起到較好的防衝效果。

分層法開採厚或特厚易燃煤層時，在放頂後，向採空區注水，或在放頂前用水遍灑放頂步距條帶，能起到防火作用。因為注水後煤體的導熱係數和熱容量增大，使煤體的温度不易升高，如果頂板為泥質岩石，則此法效果更佳，注水（或灑水）後，冒落的矸石濕潤，膨脹成再生頂板，覆蓋浮煤，減少漏風，從而抑制了採空區的浮煤氧化。陝西崔家溝礦和徐州大黃山礦採用此法防火均取得了良好效果。温度較低的冷水注入煤體後，由於水有較大的比熱容和汽化潛熱，對高温工作面的降温也是有利的。

一、鑽機司機要持證上崗，遵章作業。

二、鑽機下井前，司機首先學習注水作業規程，掌握後再下井，下井前還要詳細檢查鑽機及配件的完好性，不完好時不得運下井作業。

三、安裝注水泵及鑽機時，首先要檢查安裝位置處的巷道狀態，不安全時不準施工。

四、開鑽前要進行試機，發現問題及時處理，然後再開鑽作業。

五、應根據作業規程要求佈置鑽孔的間距、方位、傾角、長度。

六、鑽孔時至少兩人一同作業，開鑽先開水，停鑽後停水。

七、打完鑽孔封孔前，先用清水衝淨孔內煤粉，然後再封孔。

八、採用水泥砂漿或封孔器封孔，封孔長度至少為1米。

九、無論是用靜壓注水還是用動壓注水，都應用流量表進行測量，掌握每孔注水量，發現鑽孔附近煤壁出水及機巷出現水珠時，可停注，隔一段時間後再對該孔注水。

十、注水孔超前回採面距離以20－50米為宜。

十一、注水工應做好班記錄，內容包括鑽孔鑽進深度，鑽孔直徑，各孔注水時間及注水量等，上井後及時填入注水記錄台帳中。

十二、注水工作告一段落後，要配合工區及時對注水工作進行總結。

在進行煤層注水方式的選擇時，首先，要考慮岩石壓力的影響。長壁工作面採場受地壓作用，在工作面前方形成了卸壓帶、集中應力帶和常壓帶。短孔注水在卸壓帶中進行，深孔注水在集中應力帶中進行，長孑L注水在常壓帶中進行。卸壓帶煤體次生裂隙發育，透水性強，注水壓力要求較低；集中應力帶裂隙不發育，孔隙率低，透水性弱，要求較高的注水壓力；常壓帶煤體未受採動影響，只有原生裂隙和孔隙，注水壓力一般低於深孔注水要求。

其次，要考慮煤層厚度、煤層傾角、有無斷層、圍巖性質及採煤工藝、作業組織方式等。

三種注水方式的適用條件：

(1)短孔注水。對於煤層賦存不穩定、地質構造複雜、煤層薄(小於0．7 m)、產量較低的採煤工作面，或者頂、底板巖性易吸水膨脹而影響頂板控制的工作面，採用短孔注水較合理。這種注水方式要求水壓低，工藝設備簡單；它的缺點是鑽孔數量多、濕潤範圍小、鑽孔長度短、易跑水，且鑽孔注水必須在準備班進行，容易與回採發生矛盾，對生產能力高的工作面不適用，加之注水效果不如另外兩種，所以正規工作面已很少採用。

(2)深孔注水。由於鑽孔較長，要求煤層賦存穩定。它具有適應頂、底板吸水膨脹等特點。與短孔注水相比較，深孑L注水鑽孑L數量少，濕潤範圍較大且均勻，國外採用較多；但注水壓力要求高，注水工藝設備較複雜，而且採用這種方式的前提是採煤循環中要有準備班。

(3)長孔注水。一般認為長孔注水是一種先進的注水方式，它能濕潤較大區域的煤體，注水時間長，煤體濕潤均勻，注水與回採互不干擾。缺點是鑽孔難度較大，定向打孔困難，對地質條件變化的適應性差。這種方法被國內外廣泛採用。

煤層注水是國內外煤礦廣泛採用的最積極、最有效的防塵措施。《煤礦安全規程》規定，採煤工作面應採取煤層注水防塵措施，有下列情況之一的除外：

(1)圍巖有嚴重吸水膨脹性質、注水後易造成頂板垮塌或底板變形，或者地質情況複雜、頂板破壞嚴重，注水後影響採煤安全的煤層。

(2)注水後會影響採煤安全或造成勞動條件惡化的薄煤層。

(3)原有自然水分或防滅火灌漿後水分大於4%的煤層。

4)孔隙率小於4%的煤層。

(5)煤層很鬆軟、破碎，打鑽孔時易塌孔、難成孔的煤層。

(6)採用下行垮落法開採近距離煤層羣或分層開採厚煤層，上層或上分層的採空區採取灌水防塵措施時的下一層或下一分層。 ^[2]