“三软”煤层煤巷掘进超前注盐水的研究与实施
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摘 要：嵩山煤矿在“三软”煤层中为克服煤层胶结度低、易粉碎，煤巷压力大、来压快的不利条件，通过研究与实施煤巷掘进超前注盐水工艺，成功地实现了安全、高效掘进煤巷的目标。
关键词：“三软”煤层；超前注盐水工艺；安全、高效
中图分类号：TD322 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）21-0179-02
“三软”煤层是指煤层软、顶板软和底板也软的煤层。煤巷掘进过程中，易发生冒顶，同时也会造成支护设备刚度降低，导致顶板的过度下沉、巷帮的极度变形，给煤巷的掘进带来很大的难度。如何在“三软”煤层中安全掘进，是一个比较棘手的问题。河南永华能源嵩山煤矿所开采的煤层属于“三软”煤层，通过研究并实施超前注盐水工艺，并对煤巷超前注盐水，有效的解决了“三软”煤层煤巷掘进难的问题，此工艺开创了“三软”煤层安全掘进的先河。
1 工程概况
嵩山煤矿煤层平均厚度为4.42 m，煤层较稳定，煤层走向近东西，倾向北；煤层为缓倾斜煤层，倾角为15～20？，平均倾角17？。煤层受滑动构造影响，组织疏松，强度低，普氏硬度系数小于0.3，回采时煤层易冒落、片帮。煤巷掘进工作面顶底板岩性情况详见表1。
2106上顺槽0#段属于嵩山煤矿21采区2 106综采工作面所属巷道，在此巷道掘进施工前，通过研究对2 106上顺槽0#段煤层实施了超前煤层注盐水的工艺。
2 施工工艺
①在21采区2106上顺槽1#段交岔点向0#顺槽煤层打设注水孔，具体注水孔为：巷道上帮距底板向上2 000 mm，距上帮500 mm打1#注水孔，垂直向上偏5？；在巷道中心距巷道底板1 500 mm打2#注水孔，垂直向上偏5？；在巷道下帮距巷道底板向上1 500 mm，距下帮500 mm打3#注水孔，以水平方向打设。其中1#注水孔孔深35 m，2#注水孔孔深40 m，2#注水孔孔深80 m（钻孔期间如遇到岩层，停止钻孔）。“三软”煤层煤巷超前注水三视图如图1所示。
②钻杆采用直径Ф75 mm，外加套管，套管采用单节2 m，注水压力5～8 MPa，注盐水结束以压不进去盐水为准。
③盐水中工业盐与水的比例为：工业盐：水=1：15～20（质量比）。
3 注盐水后支护设备变形观测
从2012年7月5日～2012年8月12日，通过对2106上顺槽0#段的注盐水U型钢棚段的变形量进行了详细的观测，平均每3天进行一次观测。观测总共选择了300 m（注盐水U型钢棚150 m煤巷、未注盐水U型钢棚150 m煤巷），每次观测分别对其总宽、中心与上帮宽、中心与下帮宽、高这4项进行观测。
通过观测数据可以得出，注盐水U型钢棚相对于普通U型钢棚，总体支护效果有所提高。具体体现在在相同时间、相同围压下，注盐水U型钢棚的总宽比普通U型钢棚总宽变形量小，比普通U型钢棚总宽宽450 mm（平均），注盐水U型钢棚的观测点高度比普通U型钢棚高度变形量小，比普通U型钢棚总高高310 mm（平均）。注盐水段在观测期间返修1次，普通U型钢棚在观测期间返修2～3次，注盐水后煤巷总体上至少可节省1次返修量。
4 经济效益分析
4.1 减少巷道维修量
在2106上顺槽为注盐水段，相比未注盐水段可减少1次巷道返修量。按照维修单价为3 300元/m，假设每段顺槽按200 m计算，在巷道少返修一遍的情况下，那么1个月可节约维修费用：3 300元/m×200 m=660 000元=66万元。
全矿煤巷掘进同时按4条巷道计算，每月全矿可节省：66万元×4=264万元。
4.2 提高煤质发热量
通过对2106上顺槽0#段注盐水U型钢棚段与普通U型钢棚段变形量进行观测，不但可以减少巷道的变形量而且有助于提升煤的发热量，经煤质发热量化验结果发现：黑煤加盐注水后，发热量由不注盐水的4 581 cal/g增加到5 321 cal/g，发热量升高740 cal/g；明煤加盐注水后，发热量由不注盐水的6 896 cal/g降低到6 539 cal/g，发热量下降357 cal/g。
由于我矿属于“三软”煤层，煤质比较疏松，多为黑煤粉状。对煤体进行注盐水可以提高整体煤质的发热量。
5 结 语
实践证明，在煤层中通过超前注盐水，因所用盐为工业用盐-NaNO2，属强氧化剂又有还原性，Na+、NO2-可以与煤体相互作用，提高煤体的内聚力和增大煤体的内摩擦角，进而减少掘进煤巷的塑形区范围，同时还可以增加煤体的粘结性、改善煤体的承载结构，起到湿润煤体降低煤尘、提高煤质发热量的作用。
针对“三软”煤层煤巷掘进，通过研究与实施煤层超前注盐水的工艺，有效地克服了煤层胶结度低、易粉碎，煤巷压力大、来压快的不利客观条件，成功地实现了安全、高效掘进煤巷的目标，在“三软”煤层矿区极具推广价值。
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