172106工作面煤层短臂高压注水预裂技术的应用与效果研究.docx

172106工作面煤层短臂高压注水预裂技术的应用与效果研究1工作面概况大淑村矿位于峰峰矿区东北部矿井设计生产能力为125万吨/年。172106综放工作面走向长度为613m倾斜长度178m煤层厚度一般为5.5m。该面下伏保护层174105、174106面因地质构造局部未开采未保护区域在回采前均已通过预抽煤层瓦斯进行了消突。工作面采至第一段未保护区域时在工作面采取打瓦斯排放孔进行消突和治理瓦斯但效果不明显回采过程中出现了瓦斯浓度达临界值制约了回采速度。工作面回采至第二段未开采保护区域时工作面采取了短臂高压注水来消突、灭尘和治理瓦斯取得了显著效果。2煤层注水技术治灾原理煤层注水具有防治煤与瓦斯突出、治理瓦斯、防灭火、防尘和预防煤尘爆炸的作用我国已将其列入煤矿安全规程中。2.1防治煤与瓦斯突出煤层高压注水预裂防治煤与瓦斯突出技术措施是通过钻孔向工作面前方煤体实施高压注水以改变煤的力学性质、渗透性质及煤层原始应力状态也相应改变了激发煤与瓦斯突出的条件从而达到消除或减小突出的目的。2.2防治瓦斯超限研究和试验证明：煤体被充分湿润后水分不仅占去了贮存游离瓦斯的孔隙可有效释放出游离态瓦斯同时固体煤分子对水同样有吸附能力使瓦斯从吸附状态转变为游离状态更加困难对吸附瓦斯的涌出起着明显的阻碍作用。注水过程结束后煤体中瓦斯涌出量和涌出速度都大幅度下降从而降低了采掘作业过程中的瓦斯浓度。2.3防治煤炭自然发火煤层注水后水分增加对降低煤体温度、阻止煤炭氧化自燃十分有利。2.4防治矿尘危害高压水注入煤体后煤体被破坏水分有效地包裹了煤体的每一个部分煤体内大量原生煤尘被湿润并黏结可有效消除尘源。水湿润煤体后煤层由脆性破坏变为塑性破坏减少了产尘量。3172106工作面高压注水方案3.1注水压力的确定煤层注水初期以压裂造成煤体破坏和松动为主要求注水压力大于上覆岩层的静水压力；后期则以渗透方式湿润软化煤体为主要求水压低于上覆岩层的静水压力。根据本工作面多次反复实验确定注水初期压力定为10-12Mpa以便有效地压裂和松动煤体；待听到煤体里的煤炮声后将注水压力降至5-7Mpa以下以方便将水尽量多地水注入到煤体当中起到最有的注水效果。3.2注水时间的确定根据实验通过及时改变注水压力可有效延长注水时间。3.2.1维持注水初期压力10-12Mpa约十几分钟左右所注水便会渗透到工作面达不到最优的注水效果。3.2.2先用高压即10-12Mpa注水一段时间后待听到煤炮声降低注水压力可有效延长注水时间增大注水量。根据多次注水时间测定每个注水孔的总体注水时间确定为30min左右可达最优注水效果。3.3注水孔的布置及封孔3.3.1注水孔的布置运料巷下帮往下5m至溜子道上帮往上5m。注水孔间距为5m一个孔深不少于15m孔径为？准75mm注水孔距煤层底板均不得低于1.2m为方便排钻屑钻孔应有1°-3°仰角。为避免串孔延长注水时间提高注水效果第一天要求注水孔打设位置在工作面煤壁的下部第二天在中部第三天在上部三天一循环且第二天的注水孔打设在第一天注水孔的两个孔中间位置。3.3.2注水孔的封孔封孔长度：根据在上一工作面注水实验发现若注水孔封孔长度过短比如封3-4m会导致注水后的煤壁酥软、片落对回采生产不利；本次煤层注水要求使用专用封孔器封孔注水孔封孔长度不得少于10m效果表明该距离有效保护了煤壁的完整性保证了工作面的正常回采。4注水效果分析4.1防治煤与瓦斯突出方面采用该注水方案后有效地降低了工作面的预测指标数据对比结果下图1。注水消突后的预测指标比较与之前通过打设超前瓦斯排放孔消突后指标相比相差不大下表为2013年5月上旬过第一段未保护区（瓦斯排放孔消突）与2013年10月下旬过第二段未保护区域（注水消突）的工作面预测指标对比图2。图2表明采用该煤层注水方案可有效降低煤层突出危险性可达到与打设瓦斯排放孔相当的效果。4.2治理工作面回采期间瓦斯的效果根据现场收集的数据发现：4.2.110月26日生产单位检修班工作程序时间：0：00-2：00打设注水孔2：00-6：00煤壁注水图3为注水前后当天检修班煤壁瓦斯变化情况。图3表明注水期间煤壁瓦斯浓度上升了约0.2%此时工作面风量为1600m3/min故风排瓦斯量增加3.2m3/min左右表明注水过程中有效地释放出了煤层中原本的游离瓦斯。4.2