采掘工作面煤层浅孔注水技术参数确定方法
【摘要】工作面煤层浅孔注水时，水分进入煤体，释放部分瓦斯，有效降低煤体瓦斯含量；湿润煤体，预防煤体自然发火。同时可以降低煤层开采过程中的产尘量，有效减小粉尘浓度，改善工作面工作环境，还可以在煤层深孔注水的基础上，更加准确预测工作面地质变化情况，提前做好采掘准备，保证工作面更架安全、可靠的进行生产。因此，煤层浅孔注作为区域性安全技术措施进行执行，是一种安全、高效、经济、适用的防灾治灾手段，对井下煤矿开采中的防灾治灾起到更为突出的作用。
【关键词】采掘工作面；浅孔注水；技术参数；确定
煤层浅孔注水的应用对采掘工作面的安全生产有重要意义。工作面浅孔注水的关键技术是结合采掘工作面煤层条件，确定合理的注水工艺和技术参数，现结合观音堂煤业公司采掘工作面的具体条件试验确定了钻孔布置、封孔方法、注水压力，注水量与注水时间等工艺参数。为煤层浅孔注水提供了技术保证，经过实践，不但防尘效果明显，还在煤矿灾害防治方面有突出表现，取得了良好经济效益。
1 概况
观音堂煤业公司井田内含煤地层为石碳二迭系，主采煤层为山西的二1煤。二1煤厚度变化大，最薄为0米，最厚为30.42米，煤层变异系数为Y=99.9%，开采指数为：Km=0.687，根据定量指标属于极不稳定煤层，煤层稳定性属于IV类。现开采单一煤层，即二迭系地层分山西组二1煤；煤种为焦煤。该煤层变质程度高，发热量高，发热量为5000大卡以上，煤层灰分在20%-30%之间，硫分含量在2%左右，挥发分在23%-25%，粘接性指数为90-94，胶质层厚度为25-26mm，固定炭为50.4%。
2 采掘工作面煤层浅孔注水技术参数的确定方法
2.1 煤层的可注水性分析
按《煤层采样采取方法》（GB482-95）的要求对注水煤层采样，对煤层的孔隙率、原有的自然水分、煤的吸水性进行实验室测定，确定煤层的注水性程度。根据煤层浅孔注水目的是湿润煤体，浅孔注水适合在开采过程造成扬尘和瓦斯涌出超过《煤矿安全规程》规定1%的所有煤层。
2.2 注水钻孔布置方式及参数设计
2.2.1 钻孔的布置方式
在工作面内与工作面走向一致布置单向钻孔。
2.2.2 钻孔参数
（1）钻孔深度
浅孔注水时，孔深不易过深，一般使用煤电钻或风钻钻孔，根据煤层结构和开采过程中的压力影响，确定工作面钻孔深度为3米。
确定方法：在工作面确定孔深时，当时分别钻了3种深度的钻孔，分别是1米、2米和3米。选择1米时，由于受开采影响钻孔时容易塌孔；选择2米时，封孔器使用长度不少于0.5米，注水时间短，煤层注水饱和快；选择3米时，钻孔容易，注水时间能与工作面循环作业相一致，并能达到注水效果。
（2）钻孔直径
根据工作面实际情况，一般钻孔孔径选用43mm。
（3）钻孔间距
为了找出合理的钻孔间距，分三种钻孔间距试验，分别是：1m（3个孔）、3m（3个孔）、5m（3个孔）。每种间距的钻孔注水时都选择中间的一个钻孔，分别观察另外两个钻孔情况，观察哪一种间距的钻孔能与工作面作业业循环方式紧密结合，不影响正规作业循环，也能达到注水目的。
（4）钻孔角度开孔高度及钻孔角度
钻孔垂直工作面沿煤层走向方向打孔，开孔高度为：距工作面支护顶梁下方0.5m～1m，钻孔角度为-5～-100范围内。
3 注水钻孔封孔工艺技术及装备
注水钻孔使用的封孔器由高压胶膨胀管、安全阀、快速接头组成。可根据工作面实际情况进行选用。技术参数：封孔直径： 30-120mm，工作压力： 1-8Mpa，安全阀启动压力： 0.4-0.5Mpa，工作流量： 每小时可注水4吨-4.5吨，封孔深度: 1M-8M ，软管膨胀系数： 60%-100% ，具体选用如下表：
型号 内径 外径 自由状态膨胀范围 适用孔径 自由状态工作压力 工作状态下耐压强度(MPa)
试验压力 爆破压力
ZF增强-19 19±0.5 40±2 60+8-2 45 20 30 40
ZF增强-22 22±0.5 48±2 80+8-4 50 20 30 40
ZF II-22 22±0.5 39±2 80+8-4 50 6 12 24
ZF II-32 32±0.5 50±2 90+8-4 60 6 12 24
ZF II-38 38±0.5 55±2 95+8-4 65 5 10 20
ZF II-45 45±0.5 63±2 100+8-5 75 4 8 16
ZF II-51 51±0.5 70±2 110+8-5 90 4 8 16
4 注水工艺技术及参数优化
煤层注水工艺参数的确定，应能保证在该工艺参数条件下，注水钻孔所承担范围的煤层得到最大可能均匀、充分的湿润。一般在工作面动压连续注水。
注水参数的确定
4.1 单孔注水量Q
单孔注水量Q按下式计算：
Q=KLBHγq
式中：Q—单孔注水量，m3
K—系数（包括漏水及钻孔前方煤体吸水），取1.1；
L—钻孔长度；
B—钻孔间距（湿润煤体的宽度），B=1m,3m, 5m；
H—煤层厚度；
γ—煤的密度，γ=1.4t/m3;
q—吨煤注水量，取q=0.01m3/t。
根据钻孔参数分别计算得出的钻孔间距为1m、3m、5m时的注水量。
4.2单孔注水流量V
根据试验，一般采取小流量长时间注水方法才能使煤体得到充分湿润。一般取单孔注水流量为V=0.6m3/h，通过ZF-3型注水分流器控制每个钻孔的流量，
使各注水钻孔的注水量基本相等。
4.3 注水压力
注水压力反映了钻孔的注水阻力，其影响因素较多，主要与煤层的透水性及瓦斯压力有关。在所取的注水流量条件下造成的注水压力是否符合该煤层的注水要求，需通过注水实践来确定。一般情况下注水压力应满足以下条件：
（1.2～1.5）Pw≤P≤Pr
式中：P—注水压力，Mpa；
Pw—煤层中瓦斯压力，Mpa；
Pr—上覆岩层压力，Mpa。
确定煤层注水泵是否能够满足钻孔动压注水压力的需要。
4.4 注水时间 T
单孔注水时间T（小时，h）取决于钻孔单孔注水量和单孔注水流量，要分别在现场观察工作面煤壁渗出水的时间。要分别观察钻孔间距为1m、3m、5m时的注水时间，最后确定合量的注水时间，不能与工作面循环作业时间相冲突。
5 结语
工作面实施煤层注水后，对煤层水分、工作面的粉尘浓度进行测定，以检验煤层注水的效果。此外，通过对煤层注水的其它效果考察，总结出试验煤层注水的一般规律。
选择参数时，根据试验参数先定一个参数，在试验中观察效果，寻找适合工作面的最佳参数，通过上述效果考察，得出适于该煤层的注水规律，并确定适合于该煤层的注水工艺及装备。
