试论煤层注水在煤矿安全中的应用效果

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【摘 要】煤炭作为我国主要的化石资源和能源，对我国国民经济的发展起着极其重要的作用。但随着经济的发展和人民生活水平的提高，煤矿安全生产中设计的安全问题及对环境所造成的污染也日益突出，因而如何合理、洁净、高效地利用煤，使之为我国国民经济的可持续发展发挥最大效益则具有重要的战略意义。本文主要介绍了煤层注水及相关方法，并在此基础上逐一讨论了煤层注水技术的作用机理和在煤矿安全中的应用效果，希望能在改善非严寒和非缺水地区煤矿安全管理上有所助益。

【关键词】煤层注水；煤矿安全；应用效果

1 煤层注水及方法

所谓的煤层注水技术，是指在煤矿保护层回采之前，在煤层上部进行钻孔，并通过钻好的孔注入压力水，使水分渗入到煤体内部，在对原先的“煤-瓦斯”两相平衡体系实施破坏之后，形成全新的“煤-瓦斯-水”三相体系，该体系下由于介质的互相影响及作用，致使煤体物理性质、化学性质和热力学性质产生改变。通常按照钻孔的深度我们可以将煤层注水分为深孔注水技术和浅孔注水技术。深孔注水是在回采工作面的前方平行工作面进行打孔，孔的深度通常是工作面斜长的三分之二，钻孔直径在75-100mm之间，在封孔工作结束后，可以开始注水工作。和浅孔注水相比较，深孔注水的施工成本更高，钻孔施工也十分困难，一般只针对那些中厚或者较厚的煤层使用。深孔注水的优点则是预湿范围广，可以使煤层下媒体得到充分湿润，并对采煤工作不构成影响。但是在个别矿区，因为没能彻底地破坏煤矿保护层，使得注水工作很难按计划实施，导致注水量小，这也严重影响了煤层注水在煤矿安全中的应用效果。

2 煤层注水在煤矿安全中的作用机理与效果

2.1 防尘工作

我们知道，注水工作是煤矿保护层回采工作面中极其有效的防尘措施。其中关于水的除尘机理具体有下面几点：首先，由于在湿润煤体阶段受到原煤体中的原生煤尘影响，导致煤尘丧失飞扬能力；其次，注水可以将煤体中的细小部分进行液体包裹，如果在煤体开采发生破碎事件时，可以避免细粒煤尘到处飞扬的现象产生；最后，由于水的湿润性，从而增强了煤体塑性指标，很大程度上削弱了煤尘的脆性影响。在煤体受到外力作用的情况下，原本很多的脆性破碎转化为塑性形变，从而减免了煤体破碎后产生大量尘粒的问题，大幅度抑制了煤尘产生。通过对新坟孙村矿进行煤层注水工作后发现，除尘率高达73%，很好地满足了预定的除尘效果。

2.2 减少回风流中的瓦斯浓度

煤层注水在治理瓦斯的问题上，不但可以预防煤与瓦斯突出，还能够很好地减少工作面上回风流中瓦斯浓度，其具体原因可以概括为以下两点：

（1）由于在湿润煤体时，水分的存在阻碍了瓦斯运动，从而使得在煤体破坏后一些瓦斯不会涌采掘空间，反而会以变相的形式被煤体运出工作面。通过分段砌筑封闭墙，在封闭墙中铺设管路进行瓦斯抽采，抽采管路为240mm的铁管，抽采流量为91 m3/min，封闭墙间距为110m。封闭墙的组成由砌筑两道墙体，并在其内部充填黄泥，墙体厚度800mm，墙与墙之间的距离不小于4m，这样可以很好地起到密闭和防爆的作用。每个封闭墙内铺设两道管路，在新的封闭墙砌筑充填完成时，根据瓦斯抽采量适时关闭里段抽采阀门，保障了高抽巷瓦斯抽采的连续性。

（2）打孔破坏了煤体内原有的煤一瓦斯体系的平衡，注水前后则形成了新的煤一瓦斯一水三相体系，体系的这些变化都会导致瓦斯的涌出。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明显减少。

2.3 预防煤与瓦斯突出

研究和试验考察表明，注水湿润煤体，可使煤的力学性质发生明显变化，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。在煤矿保护层上的回收期，我们可以将高抽巷侧上方的石板巷回风巷段封闭采空区瓦斯抽放管，同时与上隅角采空区瓦斯抽采。抽巷形成的采空区瓦斯的顶板裂隙排水渠，对下部采空区瓦斯发挥作拉动用，减少采空区气体排涌向工作面和的上隅角。在阳泉矿区3号煤层两对突出矿井的6个具有突出危险性的综采工作面使用浅孔煤壁注水后，瓦斯突出和喷出次数与采用前相比，减少了72.2%，平均突出强度也降低了36.5%。

2.4 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，注水后，煤层岩石湿润，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用此法防火均取得了良好效果。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。

2.5 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，塑性增强。促使煤壁前方塑性变形区加宽，使集中压力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。抚顺胜利矿采用煤层注水防治冲击地压，收到较好效果。

3 结语

综上所述，通过将煤层注水技术应用到煤矿安全生产中来，不但可以大幅降低管理难度，还能很好地控制生产成本，最终求得人力资源管理的最优化解。为此，我们务须不断探索煤层注水技术在煤矿安全中的应用策略，做到事前控制，提前排除，预先处理，未雨而绸缪，防患于未然。全面加强煤层注水技术水平，使煤矿安全生产作业更加安全稳定地进行，确保实现煤矿安全生产零故障目标，以便更好地为社会主义现代化服务。

参考文献：

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[2]胡卫民，等.矿井通风与安全[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[3]孙文标，刘辉，赵宏伟.煤层注水在煤矿安全中的应用及效果浅析煤矿安全[J]， Safety In Coal Mines，2004（12）.