煤层注水技术在采煤工作面防尘中的应用

发表时间:2018/7/12   来源:《新材料.新装饰》2018年2月上   作者:李剑
[导读] 文章以开滦集团范各庄煤矿2323SX回采工作面作为工程背景,运用煤层注水方式,降低回采工作面现场环境的粉尘含量,并设计相关钻孔参数及布置方式,对注水前后的数据进行对比,

(开滦股份范各庄矿业分公司,063108)
摘要:文章以开滦集团范各庄煤矿2323SX回采工作面作为工程背景,运用煤层注水方式,降低回采工作面现场环境的粉尘含量,并设计相关钻孔参数及布置方式,对注水前后的数据进行对比,说明针对于回采工作面,煤层断壁注水是有效的采煤工作面防尘手段之一,相关参数为以后的采面煤层注水参数及布置提供依据。
关键词:矿井防尘   煤层注水   钻孔参数布置
 
前言
矿井防尘主要目的在于防治煤矿井下产生的煤尘及岩尘,其中矿井中产生煤尘最高的低点主要集中在采煤及掘进工作面,矿井粉尘的危害对现场操作员工身体健康问题、现场操作环境及矿井的安全生产都会有重大的威胁。因此采取有效的措施进行矿井的防尘工作,对于矿井安全有重要意义。
矿井回采工作面是矿尘产生的主要地点,而针对于回采煤工作面,煤层注水是回采工作面最有效的防尘措施。
一、矿尘的危害及防尘措施
(一)矿井粉尘的危害主要有三个方面: 1.对人体健康的危害,长期从事采掘一线工作的操作员工,容易产生尘肺病的职业病,职业危害较大。2.采煤及掘进工作面,是矿井粉尘产生的主要地点,而且也是矿井井下人员集中地点,现场操作复杂,若现场环境中粉尘浓度较高会影响到员工操作,甚至可能发生危害人身安全的事故。3.矿井粉尘中大部分为煤尘,并且煤尘一般觉有爆炸性,会给矿井安全带来威胁。
(二)防尘措施: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增强,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。
二、煤层注水设计:
(一)2323SX回采工作面概况:
工作面走向长度:1018m;工作面倾斜长度:174.8m;煤层厚度:平均1.86m;煤层倾角:10°;可采诸量:41.4734万吨;煤层含水量:2.73%;煤体硬度系数:0.8~1.2;容重:1.38t/m3;回采率:95%。
本工作面煤层厚度较稳定,变化不大,煤层最厚2.5米,最薄1.3米,平均厚度1.86米,工作面内煤层倾角变化较大,最大13°,最小7°,平均倾角10°。
(二)2323SX工作面注水钻孔设计:
1.本工作面采用短壁注水方式,在回采工作面垂直煤壁施工钻孔注水。
2.钻孔施工与布置:(1)打钻注水设备及工具:①打钻注水设备及工具:钻机选用ZQSJ-140/4.1型架柱支撑气动手持式钻机,配Φ42mm螺旋钻杆、Φ42mm复合片钻头,最大钻深30米,钻孔数量以及布置方式见图。②钻孔:孔径42mm,孔深6m,孔间距15m。③钻孔布置及施工:钻孔布置在工作面煤层的中部,垂直煤层施工,为方便排钻屑,钻孔应有3-5°仰角。
              
3.注水设计
(1)单孔注水量
Q=k×M×lj×l×ρ×δ
式中:Q——单孔注水量,m3;
k——钻孔前方煤体湿润系数,1.1~1.3;本工作面取1.1;
M——开采厚度,m;取1.86m;
lj——钻孔间距,m;取15m;(通过进行注水实验并取样分析含水量,在规定的注水时间内,确定现场该回采工作面煤体的湿润半径为10米)
l——钻孔长度,m;取6m;(现场每天采面推进为4.2m,满足现场需求)
ρ——煤的密度,t/m3;取1.38t/m3;
δ——吨煤注水量,m3/t,取0.04m3/t。
将相关参数代入式(1)得:
单孔注水量:Q=1.1×1.86×15×6×1.38×0.04≈10.2m3
单孔注水流量
由于注水流量与注水压力及煤的特性有关。
注水压力:选用采煤工作面的静压水经加压泵加压注水方式,注水压力控制在4-5MPa。本工作面注水流量设计时取6.0m3/h。
(2)注水时间
T=Q/q(2)
式中:T——注水时间,h;
q——单孔注水流量,m3/h;本工作面设计时取6.0m3/h。
Q——单孔注水量,m3,
注水时间:T=10.2/6.0=1.7h
注:如果在实际注水时,注水流量达不到注水要求,则注水时间要延长,在湿润半径范围内的煤壁出现均匀“出汗”(渗出水珠)的现象,作为判断方法确定煤体是否全面湿润。
(3)封孔方法
本工作面选用MZJ-111型自动封孔器封孔注水,封孔深度一般为1~2m;
1、封孔器的结构组成:封孔器主要由高压橡胶膨胀胶管、芯管、单向开启阀、螺纹接头等组成。封孔器是利用膨胀胶管作为密封件的封孔装置。
2、封孔器的工作原理:液体经过封孔器芯管流出,随着胶管内的压力升高,促使胶管长度变短,直径膨胀变大,直到与钻孔的孔壁完全贴紧为止,实现了封住钻孔的目的,当压力达到一定数值时,顶开压力控制阀片,开始注水。
三、煤层注水效果验证:
通过对采煤工作面粉尘浓度较高的地点,采煤机回风侧及回风道内选点进行粉尘浓度的测量工作,前后对比的结果见表3-1所示,降尘效率可以达到80%左右,降尘效果明显。
表3-12323SX采面注水前后粉尘测定数据对比表

                   
四、结论:
通过煤层注水技术在回采工作面的应用,结果使回采工作面的粉尘浓度大幅度降低,对人员的身体健康及现场操作环境的安全提供了保证,降尘效率达到80%左右,通过相关理论及参数设置,在以后的矿井回采工作面防尘工作中提供依据。
参考文献
[1]杨胜强.粉尘防治理论及技术【M】.中国矿业大学出版社
 

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