浅谈煤层注水对治理煤矿井下灾害的重要作用.doc

1 浅谈煤层注水对治理煤矿井下灾害的重要作用论文关键词:煤层注水安全防尘放顶煤回收率灾害治理论文摘要:本文系统分析了煤层注水的钻孔布置和注水参数的合理确定方法, 并结合实际的研究项目论述了煤层注水对防尘、防治冲击地压、防火、降温及对放顶煤开采提高回采率和产量的重要作用。 1 前言随着煤矿开采强度的增加,煤矿安全问题也越来越突出。象***、煤尘爆炸; 冲击地压、煤与***突出及并下火灾等。一旦发生, 不但危及工人的健康与安全, 甚至使矿井停产, 严重的会摧毁矿井. 因此, 国内外都非常重视对其的研究和治理工作。而煤层注水是煤矿井下治理以上灾害的综合性理想措施,也是保证井下安全的有效途径。 2 2. 煤层注水钻孔布置及钻孔参数 钻孔布置根据煤层的渗透特性,煤层的厚度,工作面长度及巷道布置等. 有单向(图l、图 5)、双向(图2、图3、图 4) 及扇形钻孔布置(图3、图 5) 方式。单向钻孔布置就是在回风巷或进风巷中打钻孔的布置方式。双向钻孔布置就是在回风巷和进风巷中平均布置钻孔的方式。而扇形钻孔布置则是由于煤层厚度太大,在垂直于顶底板方向煤层的渗透性较差的情况下,在同一断面( 为了打钻方便和阻止钻孔间的串水) 布置多个孔的布置方式。在实际注水中, 可根据具体条件进行选择。 封孔为了使钻孔中的压力水不至于从巷帮被压酥的大裂隙中跑掉, 一般要求封孔深度要大于煤层由于矿山压力作用被压酥带的宽度。对于扇形钻孔布置, 为了不使钻孔间相互串水,封孔深度一般在 10~2 肠 rn 之间,实践证明深封孔有利于提高煤层注水的效果, 现在常用的封孔方式有封孔器和水 3 泥砂浆两种。封孔器封孔效果不佳, 且不宜实现长期间断性注水。水泥砂浆封孔效果好、可靠,是较理想的封孔方式。为了解决注水或***抽放等的封孔问题,在“七·五”期间我们研制了 SLB 型水泥砂浆封孔泵,用该泵封孔最大封孔深度 25m 。封孔时,将适当配比的水泥砂浆〔水: 水泥: 砂子(一 :1:1 〕装入泵中, 将输出管头固定在有注水管( 抽放***管) 的钻孔口部, 开泵时将水泥砂浆压入钻孔, 实现水泥砂浆的深封孔。该封孔方法, 一个班可封 5~6 个孔(10111) 且注水效果好,是较理想的封孔设备。 煤层注水参数 煤层注水渗流方程对于薄及中厚煤层一般用一维渗透来描述对于厚及特厚煤层,水在其中的渗透多用二维非线性渗流来描述,其方程为: 4 上述方程,一般用有限元方法求解,求解后结果与实际吻合较好。在此不详细讨论, 下面叙述一种现场常用的方法。 注水压力煤层注水压力一般要求大于煤层中***( 或其它气体) 压力,又小于煤层被水压裂的压力,可由下式给出。 注水 t 及注水流 t 对于扇形钻孔或其它布置方式,钻孔注水量,用钻孔所湿润的煤量来计算。 Q=Kmq(5) 在静压注水中,注水流量随钻孔中注水阻力的变化而 5 变化, 是一不定值; 在动压注水中, 若泵的流量和同时注水孔数定后,单孔注水流量就是一确定值。根据国内外经验,若注水时间允许, 应采用长时间小流量注水对煤层湿润的效果较理想。 3 煤层注水对各种灾害的治理效果分析煤层注水对防治冲击地压、防尘、防火降温和软化顶煤提高回采率等都起着很重要的作用。现分述如下。 煤层注水防治冲击地压煤层注水是一种防治冲击地压的非常有效的措施,它通过注水软化煤体, 改变煤体的结构和物理力学性质, 来改善煤层开采过程中能量释放的均匀性,瞬时性和稳定性,达到防治冲击地压的目的。 某矿注水前后冲击性分析煤体在受力时聚积弹性能并产生冲击式破坏的能力是煤岩介质的固有属性, 称为冲击倾向。煤层产生冲击地压主要与煤层地质,顶底板条件,开采方法,煤的强度,弹性, 6 内聚力内摩擦角等有关系。若煤的强度、弹性、内聚力、内摩擦角等较小, 而破坏过程较缓慢, 塑性大, 其冲击倾向就小。而煤层注水湿润煤体后, 就可以降低强度, 内摩擦角等, 使煤体显著塑化,从而降低其冲击倾向。表 l 为某矿注水前后各参数的值。 效果分析通过上述测试数据表明,煤的弹性模量降低 % , C( 单轴抗压强度) 、列内摩擦角) 值分别降低 % 和 % 。煤层注水后既降低了煤体的应力集中程度, 又扩大了煤壁前方应力降低区的宽度,从而增加了低抗破坏的侧向阻力,另外上覆岩层在未开采前与煤体是同一力学体系, 两者相互制约又相互作用。上覆岩层应力分布特性对冲击地压起着非常重要的作用。煤层注水后, 可使岩层中应力集中峰值向深部移动, 分布范围加大, 峰值降低, 因此工作面附近一定范围内的应力下降,这种变化使顶板断裂位置向煤壁前方转移, 降低了周期来压对工作面煤壁的影响, 减少了顶板来压诱发冲击地压的可