煤层注水技术在回采工作面瓦斯治理中的应用

力集中影响范围内，较易发生煤壁片帮、漏顶。在回采期间，该工

作面多次出现瓦斯异常涌出，严重制约了工作面作业环境和安 全生产，大大降低了工作面的产量与推进度。为解决回采期间

因煤壁片帮或漏顶造成瓦斯异常涌出的问题，通过在172261 作面实施煤层注水新工艺,使用深、浅孔结合的方法，不断摸索 试验，较好地解决了这一问题,保证了工作面的安全回采。1煤层注水工艺实施方案1.1煤层注水的意义煤层注水时正常水渗入煤体细微空隙湿润煤体，破坏煤体 内原有的煤一瓦斯两相体系的平衡，形成煤一瓦斯一水三相体 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，最明显的是改变煤体结构性,增加煤

图117226工作面煤层注水系统图体强度，减少煤壁片帮，防止因大面积片帮掉顶造成瓦斯瞬间异 具体如图lo 1.2.1煤壁浅孔注水:a.注水孔布置方式。浅孔注水 常涌出;煤层注水可以补充瓦斯抽采后留下的煤体空隙,减少煤 利用风钻打眼,注水孔垂直于工作面煤壁施工，注水孔以单排眼

壁与顶板的离层程度,从而减小顶板的下沉量;削弱采煤时产生 布置。开孔位置距顶板1.0 ~ 1.5m,孔深度8~ 10m,注水孔间距

粉尘的能力，降低煤层原始温度;改善综采工作面的作业环境， 3架（5.2 m）。b.注水压力。采用静压注水，注水压力选择在2 ~ 增强工作面安全系数，提高安全生产效率。3MPa,注水用封孔器封孔深度1.5m以上。每个注水孔需配置截

止阀，利用截止阀控制注水压力，确保不能因注水压力过大而导

1.2煤层注水方式本次煤层注水采用煤壁浅孔注水和顺层孔注水这两种方式 致煤壁发生片帮。c注水量及注水时间。为确保煤层注水量，每

在172261作面进行试验（见17226工作面煤层注水系统图）， 孔注水时间不得少于3个小时，确保每孔注水量

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从上端口安装进去，用原有螺钉紧固好电机,同时将箱体下面用螺 果。3.6.3试车。通过机床的维修、安装、调整，开始进入试车阶段, 母带好的四个地脚垫铁安装好,等待进一步的调整。与此同时，另 来真正检验一下维修安装的效果。首先启动电机，先查看电机底座 一组同事组织实习学生，用两个5吨的液压千斤顶在床身靠近床 的震动情况，并利用多级转速查看焊接处的震动及螺栓的把固效 头的底部，将主轴箱倾斜支起，将安装好电机的底座用力推到主轴 果，经过30分钟的传动，没有发现异常情况。再查看主轴箱上油情 箱配电箱体下方,同时将过滤网、油泵放入油箱中，将油管对接好。 况和V带的张紧力和传动效率,经过检查效果良好。其次,对机床

千斤顶逐步泄压,找准与之相对应的四个螺栓孔位置，千斤顶继续 进行试车.将工件在卡盘夹紧，利用不同的转速、进给量和背吃刀 泄压，主轴箱体逐步下落，平稳落在电机底座上，将四个螺栓孔位 量,使机床在不同载荷情况下进行纵向、横向车削,来观察电机底 置做适当调整，用连接螺栓紧固好，安装好V带并调整好中心距 座的震动及承载情况，经过30分钟的加工,没有出现异常现象。再 和张紧力,对油箱注满油、安装好垫铁，等待着机床进一步操平。 利用尾座进行一夹一顶纵向车削来检验机床的平行度和抗震性,

3.6.2调试。经过以上的安装，我们对机床进行了一定的调试，首先 经过一系列的试车，机床的所有性能都达到了原来的效果,机床的

是对带传动系统进行调试，由于电机底座经过了重新焊接,电机再 底座维修及机床的安装、调试工作取得了成功。重新安装后，两带轮的中心距发生变化，应重新测量中心距来更换

经过多工序的技术革新和工艺创新，使断裂的电机底座成功

V带的型号,以免对带的张紧力程度影响，降低了传动效率。经过 修复，使我们在机床大型基础部件上的维修取得了重大突破，通过 测试中心距，机床V带原型号为B3108改为B3134,又通过螺母 此次修复工作，还锻炼了一只技术过硬的维修团队,为今后的各类

调整了中心距间距,使张紧力适当，达到较高的传动效率。其次我 机床大型基础部件的维修积累了经验。们对润滑系统进行了调试,油箱在底座的侧面,在底座拆卸时,以

参考文献将油箱内的润滑油全面放掉，安装后，将新油重新灌入油箱内，放 [1] 电焊工工艺学，张洪流.[M].北京：中国劳动社会保障出版社.2005.入油泵及过滤网,用圆带与电机连接带轮传动，再连接油管，使润 [2] 冷作工工艺学,孟广斌[M].北京：中国劳动社会保障出版社,2005.滑系统重新开始工作，保主轴箱齿轮、轴承的润滑，经过开机调 [3] 金属切削机床概论,贾亚洲[MJ.北京:机械工业出版社,2010.试效果如前。最后对机床进行了操平，找最好的钳工操平老师，带 [4] 机械制造技术，任家隆.[M].北京:机械工业出版社,2011.领维修班学生，利用框式水平仪、配合垫铁,对导轨进行水平纵向 [5] 汪哲能.钳工工艺与综合技能训练[M].北京：机械工业出版社, 和横向操平，经过不厌其烦的多次调试，机床达到了最好的满意效2016.2019.04科学技术创新-175-不小于7.5m3o 1.2.2顺层孔注水。a.注水孔布置方式:按原有两 巷顺层孔布置，注水管路米用一孔、两表(压力表、水量表)、一闸 在3MPa左右。每个注水孔需配置截止阀，利用截止阀控制单孔

2.2.3瓦斯涌出量对比煤层注水参数调整后,瓦斯涌出量变化与前期相比,变化如

阀的并联方式连接。b.注水压力：采用静压注水,注水压力选择 表2。表2 17226工作面第二阶段注水前后瓦斯涌出情况统计表(平均值)煤壁注水量。c.注水时间。全天24小时注水，煤壁出水后适当关小闸 阀。上隅角风流(%)回风流风量绝对瓦斯涌出量(m3/min )2考察过程与应用效果为准确考察煤层注水技术在回采工作面瓦斯治理中的应

注水之前注水之后(%)0.630.44(%)0. 410. 320. 310.2 3(m3/min)2680& 31用，本次煤层注水经过三个阶段：前期试验阶段、中期调整阶 段、回采后期加强阶段。26806. 16从表中数据能够得知，注水参数调整后工作面瓦斯涌出量

2.1前期试验阶段。选择工作面易片帮段20-80#架段为 比注水之前下降了 2.15 mVmin.下降百分比为25.81%。瓦斯涌

具体实施地点，实施煤壁浅孔注水,注水孔共6个，分三茬以单 岀量大大降低了，提高了工作面瓦斯治理效果。排眼布置;另外，超前工作面5 ~ 100m内的两巷顺层孔实施静

2.3后期加强阶段根据中期调整阶段对顺层孔深孔注水参数的确定，两巷顺

压注水。2.1」工作面顶、帮条件对比。煤层注水前期试验阶段，

工作面20#-80#架顶帮局部大面积片漏，较煤层注水前顶帮呈 层孔深孔注水效果较明显,工作面煤壁浅孔注水用来辅助两巷

区域性大面积片漏有所好转。2.1.2瓦斯涌出量对比。煤层注水 顺层孔注水。重点针对工作面煤壁片帮进行煤壁浅孔注水方案 前与注水后，瓦斯涌出量变化情况如表lo表1 17226工作面注水前后瓦斯涌出情况统计表(平均值)煤壁的调整，加强17226 I作面煤层注水效果,进入后期加强阶段。 加强阶段通过对比，将注水压力选择在5MPa左右，注水孔间距 选择为5m(3架)，注水深度为10m,单孔注水量达到5.75m?时

绝对瓦斯涌出

上隅角风流回风流风量注水之前注水之后(%)0. 65(%)0.42(% )0. 31(m3/min)26102610量(m3/min )效果最佳。8. 097. 050. 570. 390. 272.3.1调整煤壁浅孔注水前后，对工作面片帮深度、片帮长度

进行了统计，方案调整前煤壁片帮深度较深，最深可达1.5m,方

从表中数据能够得知，注水后工作面瓦斯涌出量比注水之 案确定后最深仅为0.8m;方案调整前煤壁片帮长度最长达到20

前下降了 1.04n?/min,下降百分比为12.9%,说明采取煤层注水 架，方案调整后煤壁片帮长度最长为10架，大大减少了片帮长 工艺后，瓦斯涌出量有所下降。2.1.3工作面温度对比。煤层注水 度,有利于工作面回采。前与注水后,工作面温度比注水之前平均下降了 0.5 下降 度,在一定程度上改善工作面环境。2.1.4工作面粉尘浓度对比。 注水后工作面总粉尘浓度比注水之前下降了 71 mgomT,下降

2.3.2煤壁浅孔注水参数调整前后，工作面瓦斯涌出量变化

表3 17226工作面加强阶段注水前后瓦斯涌出情况统计表

百分比为1.6%,说明采取煤层注水工艺能够降低工作面的温 如表3。(平均值)煤壁百分比为21.98%,注水后工作面呼吸性粉尘浓度比注水之前下 降了 55 mgom '.T降百分比为33.11%。可以明显看到采取煤 层注水工艺能够有效降低工作面粉尘度。注水之前上隅角风流回风流风量绝对瓦斯涌出

(%)0. 610. 44(%)(%)0.410. 320. 30(m3/min )2580量(m3/min )7.742.2中期调整阶段通过煤层注水第一阶段的试验情况，对出现的问题进行整

注水之后0. 2025805.16从表中能明显看到，调整后瓦斯涌出量注水之前与相比比

改完善，进入煤层注水中期调整阶段，采取深、浅孔注浆，三花 下降了 2.58 m，/min,下降百分比为33.33%,下降幅度很大，瓦斯 眼两排布置,注水孔个数调整为8-10个孔；两巷顺层孔深孔注 涌出量明显减小，对瓦斯治理效果突出。水压力由3MPa调整为1.5~2Mpa,单孔注水流量调整为46n?,

3结论通过对17226工作面采取煤层注水新工艺，并结合三个不

注水距离选择在距工作面67m时开始注水，效果最佳。2.2.1通过试验,考察数据为煤体强度f值、含水率、上风巷 同阶段的实践进行分析，该煤层注水新工艺对工作面温度、煤

粉尘浓度及上风巷温度。尘、瓦斯、片帮等方面的改善都有非常明显的效果，特别是在抑

a. 煤体强度f值:煤层注水前f值平均为0.85,煤层注水后f 制瓦斯涌出量方面效果显著，由试验阶段的12.9%到调整阶段

的25.81%,再到加强阶段的33.33%,大大提高了工作面回采期 值为1.1,煤体强度增加了 29.4%；b. 煤层含水率:煤层注水前含水率平均值为2.8%，煤层注水 间的瓦斯安全管理效益，较好的解决了工作面回采期间因煤壁

后平均值为5.1%,煤层含水率显著提高\\ 82.1%；片帮或漏顶造成瓦斯异常涌出的问题，为工作面安全回采提供

c. 上风巷粉尘浓度:煤层注水前上风巷粉尘浓度(全/呼)为 了有效保证。273/151,煤层注水后上风巷粉尘浓度(全/呼)为54/35,粉尘浓 作者简介：苏祖来，男，41岁，安徽淮南矿业集团张集煤矿通

度降低率80%/77%;风一队,2001年华北科技学院矿井通风与安全技术专业大专毕

d. 上风巷温度:煤层注水前上风巷温度平均为30.5P,煤层 业，现为工程师。注水后上风巷温度为29七，有较大的改善。2.2.2抽采效果对比两巷顺层孔采用注水后，再恢复抽采，单孔抽采浓度由10%

~ 15%提高到20% ~ 25%,抽采效果显著。