卢晓龙

（肥城矿业集团梁宝寺能源有限责任公司，山东 济宁 272404)

高瓦斯突出煤层注水除尘技术研究

卢晓龙

（肥城矿业集团梁宝寺能源有限责任公司，山东 济宁 272404)

煤层注水除尘是工作面最有效、最根本的防尘措施，注水后比注水前沿程呼吸性粉尘及全尘都有所下降，并且全尘的降尘率比呼吸性粉尘总体高些，注水后全尘浓度比注水前下降快。

煤巷掘进头；注水除尘；呼吸性尘；全尘

1 注水作用及影响因素

1.1 煤层注水作用

煤体内的裂隙中存在着原生煤尘，水进入后，可将原生煤尘湿润并粘结，使其在破碎时失去飞扬能力，从而有效地消除这一尘源；水进入煤体内部，并使之均匀湿润，当煤体在掘进中受到破碎时，绝大多数破碎面均有水存在，从而消除了细粒煤尘的飞扬，预防了浮尘的产生；水进入煤体后使其塑性增强，脆性减弱，改变了煤的物理力学性质，当煤体因开采而破碎时，脆性破碎变为塑性变形，因而减少了煤尘的产生量。

1.2 影响煤层注水效果的因素

煤的裂隙和孔隙的发育程度、上履岩层压力及支承压力，地压的集中程度与煤层的埋藏深度、液体性质的影响、煤层内的瓦斯压力和注水参数，如注水压力、注水速度、注水量和注水时间。

2 注水湿润半径现场实验

为了考察注水时注水的湿润效果，在巷道右帮距迎头3m处施工直径为42mm钻孔进行湿润半径的考察，以该钻孔为圆心，在其内侧每隔0.3m进行打钻，取打钻1.2米后的钻屑，进行全水分分析，以全水分来判断注水后的湿润效果[3～5]。此时，注水时间为1.5个小时，现场注水压力为2.6MPa～3.2MPa。

经数据测量得到不同位置处的含水量，随考察孔距注水孔距离的增加，钻屑的煤份含水量逐渐降低；考察孔距注水孔1.2m以后，钻屑的含水量在2.％左右，基本上接近煤本身的含水量，因此，可以得到在注水时间为1.5个小时和注水压力为2.6MPa～3.2MPa的条件下，其煤尘注水湿润半径大致范围为0.9～1.2m。

3 煤层注水工艺

本试验是在打卸压钻后再进尺7.6m后进行注水试验，考虑到静压注水的压力小的影响，经研究决定采取双孔注水，封孔器为水力自动封孔煤层注水器，封孔长度为1m。为了估算注水流量的大小，设计采用两块压力表串联连接，通过相关理论估算出注水的流量。

考虑到煤质、瓦斯泄压孔、巷道断面参数、注水时间等综合因素的影响，煤层注水降尘的钻孔，采用42mm的麻花钻杆，孔深设计10m，钻孔方向与煤层顶底板平行。

根据综掘工作面生产实际情况，按照以上注水工艺和步骤，实际单孔注水时间取为1.5个小时左右，注水压力为2.6MPa～3.2MPa。

3.1 注水流量的估算

由于没有安装流量计，所以根据管道出口压力来估算出注水流量，即通过对注水孔4#和5#孔注水的两个压力值来进行估算注水的流量。由于4#和5#两孔注水的封孔器连接管道都是在压力表连接处的水流下侧，且其它的注水孔关闭，从而满足了经过压力表1断面与压力表2断面的水流量相等。

在注水过程中，压力表1的读值为2.8Mpa，压力表2的读值为2.83Mpa，压力表1处的断面为25mm，压力表2处的断面为45mm，则根据伯努利方程可以得到：

3.2 注水后煤层湿润效果检验

注水完毕后，待进尺1.6m后，开始在四个不同位置刻槽取其煤样，进行全水分分析，以检验注水后煤层的湿润效果。从水分分析可得出如下结论：（1）采用静压注水，煤层注水效果较好，煤层含水量均增加，最高含水量比原水分增加6.2％，最低比原水分增加0.5％；（2）煤层注水后，含水量随钻孔深度增加逐渐降低；（3）由于工作面煤质坚硬密实不同，工作面不同位置的注水湿润效果并不完全一样，随着进尺深度的不同，全水分变化量不尽相同。

3.3 注水后降尘效果检验

为了考察掘进过程中，注水防尘效果，在掘进机内外喷和净化水幕全开的情况下，分别在掘进不同深度时，对各个测尘点进行粉尘浓度测定，而后绘制出司机处呼吸性粉尘和全尘浓度与掘进进尺关系图。掘进工作面掘进不同进尺下水幕降尘率。注水前掘进机内外喷和净化水幕全开的情况下，各处的粉尘浓度及注水后同样条件下掘进2.4m处粉尘浓度得出如下结论：（1）煤层注水后，掘进进尺2.4m处，各个测尘点粉尘浓度最低，说明此处注水降尘效果最佳；（2）注水对司机操作处降尘效果比较的明显，纯注水的效率可以达到19.9％；（3）司机操作处粉尘浓度随掘进进尺增加而增加，说明注水在孔口附近效果最好；（4）水幕的降尘效果也非常的好，水幕的降尘率平均在48.3％，说明煤层注水对综掘工作面降尘起到了一定的作用。

3.4 注水后沿程粉尘浓度分析

为了考察注水后沿程粉尘浓度的分布，当工作面进尺7.2m时水幕关闭下进行沿程粉尘浓度的测定，结合注水前后沿程粉尘浓度大小，可以得到注水前后沿程粉尘浓度分布比较：注水后比注水前沿程呼吸性粉尘及全尘都有所下降，并且全尘的降尘率比呼吸性粉尘总体高些。注水后全尘浓度比注水前下降快，注水后在25m之前浮尘达到了稳定，而注水前在35m以后浮尘才达到了稳定。

注水前后全尘浓度沿程变化

则由于距离较近，忽略阻力损失。又因为在同一水平上，且流量相等，则最后简化为：

代入压力值后得到V2=1.64m/s，则可以近似得出单孔注水流量为：

3.5 综合降尘效果分析

为了考察掘进机外喷、水幕及注水等综合措施对降尘的效果，比较了原始粉尘浓度及注水后粉尘浓度看出，采用综合措施后各处粉尘浓度都降低，并且注水后比注水前各处粉尘浓度均降低。司机操作处综合降尘效率呼吸性粉尘为34.2％，全尘达49.2％。这说明司机操作处综合降尘效率在增加煤层注水措施后有了一定的提高，但是还不算是很理想，分析其原因有两点，一是由于掘进机的内喷雾堵塞失效，从而起不到应有的降尘作用。另外，内外喷的压力太小（进尺时有时候只有0.8MPa）起不到全部的作用；二是煤尘注水的时间短，而且煤质的渗水性差（尤其是迎头的下部），导致效果不是非常明显。水幕后的综合降尘效率为最高，呼吸性粉尘为61.4％，全尘高达70.6％，从此数据可以看出，水幕降尘是一种非常重要的降尘方法，应给予重视。但是由于现场水幕喷雾压力不是很大，导致了喷雾的雾化效果还不是很理想。

5 结论

煤层注水是工作面最有效、最根本的防尘措施。通过煤层注水，钻孔利用水的压力将水注入即将采掘的煤层中，增加煤的水分，使煤体得到湿润，并降低煤的强度和脆性，增加塑性，从根本上降低掘煤时各道工序产生的粉尘量。注入煤层的水，还可将原生的细尘粘结为较大的尘粒，使之失去飞扬能力。水注入煤层后，首先沿着阻力小的大裂隙流动，然后再进入阻力较大的裂隙流动，并通过煤的孔隙向煤体内部渗透并储存于孔隙或裂隙之中。

卢晓龙（1986.5-），男，毕业于河南理工大学，现从事通防专业。