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煤层注水在煤矿安全中的应用及效果浅析

1煤层注水及方法

煤层注水是在回采前预先在煤层打假设干钻孔，通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，破坏煤体内原有的煤－瓦斯两相体系的平衡，形成煤－瓦斯－水三相体系，体系内各个介质互相作用，使煤的物理化学性质、力学性质及热力学性质发生变化。

煤层注水按钻孔深度分深孔注水和浅孔注水。深孔注水是在回采工作面前方进风巷或回风巷沿煤层倾斜平行于工作面打孔，孔深一般为工作面斜长的2/3，孔径75～100mm。用水泥浆或橡胶封孔器封孔后，即可开始注水。与浅孔注水相比，深孔注水成本较高，打钻较困难，只适用于中厚与厚煤层。优点是预湿范围大，能充分湿润，而且不影响采煤工作。但在有些矿区，由于煤层没有受到破坏，注水较困难，注水量小。

2煤层注水在煤矿安全中的作用机理及效果

2.1防尘

煤层注水是回采工作面最有效的防尘措施。水的除尘机理包括以下3个方面：

〔1〕湿润煤体内的原生煤尘，使其失去飞扬的能力；

〔2〕有效地包裹煤体的每个细小部分，当煤体在开采中破碎时，避免细粒煤尘的飞扬；

〔3〕水的湿润作用使煤体塑性加强，脆性减弱。当煤体受外力作用时，许多脆性破碎变为塑性形变，因而大量减少了煤体被破碎为尘粒的可能性，降低了煤尘的产生量。

新汶孙村矿和本溪彩屯矿实施煤层注水后，除尘率分别达到73％和79％。表1是“三软〞综放工作面通过实施煤层注水及其他防尘措施后的降尘率。

表1“三软〞综放工作面降尘率

位??置

采煤机司机

移架司机

放煤司机

回风巷

全?????尘/％

呼吸性粉尘/％

2.2预防煤与瓦斯特别

研究和试验考察说明，注水湿润煤体，可使煤的力学性质发生显然变化，煤的弹性和强度减小，塑性增大，从而使巷道前方的压力分布发生变化，即高压力向煤体深部转移，压力集中系数减小。煤体湿润后，其透气性也将成百上千倍的降低，水对瓦斯的运动起到显然的阻碍效应，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降。上述的各种变化，都说明注水湿润煤体，可以消除或降低煤层的特别危险。在阳泉矿区3号煤层两对特别矿井的6个具有特别危险性的综采工作面使用浅孔煤壁注水后，瓦斯特别和喷出次数与采纳前相比，减少了72.2％，平均特别强度也降低了36.5％。

2.3减小工作面回风流中的瓦斯浓度

煤层注水对治理瓦斯的作用，不仅表现在预防煤与瓦斯特别，而且也表现在减小工作面生产时回风流中瓦斯浓度，其原因有2个。

〔1〕湿润煤体中的水分对瓦斯的运动起阻碍作用，使一部分瓦斯在煤体破坏后不涌入采掘空间而是随煤体被运出工作面。

〔2〕打孔破坏了煤体内原有的煤－瓦斯体系的平衡，注水前后则形成了新的煤－瓦斯－水三相体系，体系的这些变化都会导致瓦斯的涌出。

郑州煤炭工业集团公司裴沟煤矿的25031工作面在浅孔注水工作中，注水前干孔孔口瓦斯浓度可达2％以上，注水后的湿孔孔口瓦斯浓度则可超过4％。该工作面注水之后生产过程中瓦斯超限次数显然减少。安徽恒源煤电股份625采煤工作面进行煤壁注水以后，瓦斯绝对涌出量降低幅度在29.4％～33.3％之间。阳泉3号煤层在煤壁实施浅孔注水后，采煤班作业时瓦斯涌出量平均降低了25.07％。

2.4防治冲击地压

煤层注水防治冲击地压的机理是：高压注水改变了煤体的裂隙结构，使煤体脆性减弱，塑性加强。促使煤壁前方塑性变形区〔卸压带〕加宽，使集中压力区〔弹塑性变形区〕向煤壁深处移动并加宽，减弱了压力集中程度，缓和了煤体压力潜能的积聚，从而预防冲击地压的发生或使其强度减弱。抚顺胜利矿采纳煤层注水防治冲击地压，收到较好效果。其对比状况见表2。

表2抚顺胜利矿预防冲击地压效果

工作面类别

最大压力位置/m

压力集中系数

增压边界与煤壁距离/m

干工作面

工作面前方5

14

湿工作面

工作面前方10

10～20

2.5防火与降温

分层法开采厚或特厚易燃煤层时，在放顶后，向采空区注水，或在放顶前用水遍洒放顶步距条带，能起到防火作用。因为注水后煤体的导热系数和热容量增大，使煤体的温度不易升高，如果顶板为泥质岩石，则此法效果更佳，注水〔或洒水〕后，冒落的矸石湿润，膨胀成再生顶板，覆盖浮煤，减少漏风，从而抑制了采空区的浮煤氧化。陕西崔家沟矿和徐州大黄山矿采纳此法防火均取得了优良效果。温度较低的冷水注入煤体后，由于水有较大的比热容和汽化潜热，对高温工作面的降温也是有利的。

3提升煤层注水效果的措施

对一定的煤层条件和注水设备，可在注水工艺上采用措施以增