胡光伟，吴拥政

（1.中煤一建公司山不拉煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017000;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013）

煤层注水在煤巷掘进防突中的应用

胡光伟1，吴拥政2

（1.中煤一建公司山不拉煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017000;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100013）

设计了煤巷掘进工作面前方煤层注水系统，测定了煤层注水前后工作面前方煤体钻孔中的钻屑量，以及瓦斯突出指标K1和△h2值。结果表明:煤层注水后，钻屑量峰值位置比注水前往深部移动约1m，说明煤体前方应力峰值也向深部移动相应的距离;与注水前相比，注水影响范围内，K1值降低了63.8%，△h2值降低了50%，说明注水有效地降低了煤体的煤与瓦斯突出危险性。

煤层注水;煤与瓦斯突出;煤巷掘进

App lication of Water Injection into Coal-seam in Preventing Coal and Methane Burst in Coal Roadway

随着煤炭开采技术的发展，煤炭产量日益增加，开采深度也不断加深，煤矿安全生产问题也越来越突出，瓦斯灾害问题尤为明显。煤层注水防治煤与瓦斯突出的工程应用越来越受到广大研究人员的关注［1－4］。

煤是富含大量孔隙裂隙的多孔介质，预先在煤层中打若干钻孔，通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，增加煤体水分，从而改变煤体力学性能与煤体瓦斯释放特性，降低煤与瓦斯突出危险性［4］。本文通过测定注水前后工作面前方煤体应力峰值区的变化规律和突出指标值的变化规律，研究了注水对煤体突出危险性的影响。

1 注水试验钻孔布置

1.1 注水钻孔布置

试验中，在掘进工作面迎头布置了3个孔径φ42mm的注水钻孔。其中，在迎头前方煤壁上靠右侧布置的长度7m的水平煤孔为注水孔，然后用注水泵以最小理论注水压力对其进行注水，注水结束后 （以煤壁渗水为标志），再在注水孔周围依次打2个孔号为1号，2号的考察钻孔。考察孔位于注水孔左侧同一煤层层位以不同的距离间隔布置，深度均为5m，其钻孔布置如图1所示。

1.2 注水参数及工艺

钻孔成型后，将高压管与封孔器连接牢固，然后将封孔器放入注水孔，封孔器封孔深度为2m。

注水孔封孔后采用动压注水，注水压力为3～4MPa，平均3.8MPa。注水时间以煤壁渗水为准，实际注水29min，该孔单孔注水量51.6kg。

注水所需设备有:MQS50－1.9型手持式帮锚杆钻机1台;1m长螺旋钻杆10～12根 （含φ42mm钻头1个及钻杆连接器）;自动膨胀式封孔管1根;QZB－50/6手持式气动注浆泵1台;高压胶管若干条（含连接器）;水箱2个。

注水中水的流程为:水箱→注水泵→高压管路→封孔器→注水孔。

图1 煤巷掘进高压注水钻孔布置

2 注水对煤体前方卸压区的影响

煤体具有一般弹塑性软化力学特性，因而打钻过程中钻屑量大小与煤体受力弹塑性变形有很大关系。研究表明，钻屑量随地应力增加而增大［5］，因此，可以利用测定钻孔打钻时的钻屑量间接推测煤体前方应力分布特征。

为了测得煤层注水对掘进工作面前方卸压区变化，在注水前后分别打了7m的钻孔，在打钻过程测定其每米的钻屑量，测定结果如图2所示。

由于水力压裂的作用，使应力集中区前移，卸压带宽度增大，从而使工作面前方煤体抵抗发生煤与瓦斯突出的阻力增大。从图2可明显看出，煤巷掘进工作面前方煤体的钻屑量峰值由2.5m增加到3.5m，这就说明通过高压注水，使得工作面前方煤体裂隙扩充与发展，导致前方煤体应力集中带向煤体深处移动了1m，增加了阻碍突出发生的保护煤柱宽度，从而降低了工作面突出的危险性。

图2 煤层注水前后钻屑量变化曲线

3 注水对突出指标K1和△h2的影响

煤巷掘进工作面煤层注水前后采用打钻取样法，分别测定了K1值和△h2值。K1值采用ATY型突出预测仪测定，其测量方法如下:每钻进2m，取1次钻屑作解吸特征测定;△h2值采用MD－2型解吸仪测定，打钻时，在预定的位置取出钻屑，筛分出直径1～3mm粒度的试样，利用仪器测定。测定结果表1所示。

表1 煤巷注水前后K1和△h2测定值

从表1可以明显看出:注水前钻孔的△h2值很大，都超过了该指标的临界值，而实施注水措施后，在注水孔影响范围内的1号孔 （距注水孔1m）的△h2值明显减小，降低率平均达50%。说明该处煤体湿润后大大降低了瓦斯解吸量。2号孔与注水孔注水前相比，也有一定程度的降低，但降低不明显，说明注水对此孔的影响不大。

从指标K1也可以清楚地看出:注水前，钻孔第5m煤样自煤体暴露后，第1分钟内的瓦斯解吸量最大达到0.36，而实施注水措施后在注水孔影响范围内的1号孔的K1值降为0.13，其降低率为63.8%。而2号孔的K1值受注水孔的影响较小。从以上分析可知，注水使瓦斯释放压能破坏煤体的能力大大降低，从而消除或降低了工作面突出危险性。可见，煤层高压注水对掘进工作面消突作用非常明显。

4 结论

（1）煤层高压注水使得掘进工作面前方的裂隙带范围向前推移，注水前掘进工作面前方煤体的应力峰值在2.5m外，注水后增加到了3.5m外。

（2）煤层注水后，对注水影响范围内的突出指标K1和△h2有较大的影响，试验条件下，K1值降低了63.8%，△h2值降低了50%，说明注水有效地降低其影响范围内煤体的煤与瓦斯突出危险。

（3）试验条件下，煤层注水有效范围约1m，注水对1m外的区域的突出有一定的减弱作用，但并不明显。

［1］孙云虎，孟鸿生.煤层注水消突及治理瓦斯、煤尘技术［J］.中州煤炭，2009（7）:103－104.

［2］肖知国，王兆丰.煤层注水防治煤与瓦斯突出机理的研究现状与进展［J］.中国安全科学学报，2009，19（10）.

［3］秦来昌，孙云虎，赵宝涛.“三软”煤层采煤工作面煤层注水消突治理瓦斯、煤尘技术 ［J］.煤炭技术，2009，28 （11）:93－94.

［4］刘明举，潘 辉，李拥军，等.煤巷水力挤出防突措施的研究与应用［J］.煤炭学报，2007，32（2）:168－171.

［5］孟贤正，王君得.钻屑量指标预测综采面煤突出危险性研究［J］.陕西煤炭，2003（4），20－23.

TD713

B

1006-6225（2012）01-0091-02

2011－07－29

国家科技支撑计划项目 （2008BAB36B07）:大断面煤巷锚杆支护技术与材料研发。

胡光伟 （1978－），男，江苏铜山人，副总工程师，从事煤矿采掘技术管理工作。

［责任编辑:王兴库］