煤层注水材料

高压注水技术工艺及效果概述煤层注水即通过钻孔,将压力水和水溶液注入煤体,增加水分,以改变煤的物理力学性质,可减少煤尘的产生,还可减少冲击地压,煤与瓦斯突出和自燃发火1、煤层注水介绍煤层注水是预先在煤层打若干钻孔，通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，破坏煤体内原有的煤瓦斯两相体系的平衡，形成煤瓦斯水三相体系，体系内各个介质相互作用，使煤的物理化学性质、力学性质及热力学性质发生变化。2、煤层注水种类煤层注水按钻孔深度分深孔注水和浅孔注水。深孔注水是在回采工作面前方进风巷或回风巷沿煤层倾斜平行于工作面打孔，孔深一般为工作面斜长的2/3，孔径75100mm。用水泥浆或橡胶封孔器封孔后，即可开始注水。与浅孔注水相比，深孔注水成本较高，打钻较困难，只适用于中厚与厚煤层。优点是预湿范围大，能充分湿润，而且不影响采煤工作。但在有些矿区，由于煤层没有受到破坏，注水较困难，注水量小。3、煤层注水在煤矿安全中的作用机理及效果（1）防尘煤层注水是采掘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： 水进入煤体各种裂隙和层理后，在极其微小的孔隙内部，都有水的注入，这就使整个煤体有效地被水包裹起来。当煤体由于开采而受到破碎时，因绝大多数的破碎面中充满着水，可以达到减少煤尘飞扬的目的； 通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分和尘粒间的黏着力，并降低煤的强度和脆性，增加塑性，减少采煤时煤尘的生成量；同时将煤体中原生细尘黏结为较大的尘粒，使之失去飞扬能力； 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。(2) 预防煤与瓦斯突出研究和试验考察表明，采用中高压注水就是向煤体内部打钻孔，钻孔深度穿过集中应力带，然后通过钻孔向煤体内注入高压水，注水压力大于煤体所受地应力。高压水进入煤体，沿钻孔轴向和径向渗透到煤的裂隙和大孔中，在高压水作用下，使原有裂隙、孔隙扩张、延伸并沟通，引起卸压释放瓦斯和改变煤体力学性质，当注水速度大于煤层吸收水分速度时，能使煤体破裂，扩大原有裂隙，并形成新的裂隙，煤层卸压，透气性增大，煤层瓦斯得到释放。卸压带向深部延长，集中应力带变得平缓并向深部推移。水进入了煤体的裂缝湿润煤体，增加了煤的塑性，降低了瓦斯放散速度，从而消除或降低煤层的突出危险。(3) 减小工作面回风流中的瓦斯浓度煤层注水对治理瓦斯的作用，不仅表现在预防煤与瓦斯突出，而且也表现在减小工作面生产时瓦斯浓度。 湿润煤体中的水分对瓦斯的运动起阻碍作用，使一部分瓦斯在煤体破坏后不涌入采掘空间而是随煤体被运出工作面。从而使注水对煤层瓦斯涌出起到抵制作用，防止和减小煤层涌出量，以防涌出的瓦斯较多，造成瓦斯超限。 打孔破坏了煤体内原有的煤一瓦斯体系的平衡，注水前后则形成了新的煤瓦斯水三相体系，体系的这些变化都会导致瓦斯的涌出。对煤体浅部瓦斯，水进入煤体后充进煤层的各种裂隙占据瓦斯的空间，从而将瓦斯挤出，达到提前释放瓦斯的目的。（4）防治冲击地压煤层注水防治冲击地压的机理是：高压注水改变了煤体的裂隙结构，使煤体脆性减弱，塑性增强。促使煤壁前方塑性变形区（卸压带）加宽，使集中压力区向煤壁深处移动并加宽，减弱了压力集中程度，缓和了煤体压力潜能的积聚，从而预防冲击地压的发生或使其强度减弱。5）防火与降温通过钻孔向煤体压注或向采空区注入化阻化剂，能有效的降低煤层的氧化速度，杜绝工作面自然发火事故的发生。因为注水后煤体的导热系数和热容量增大，使煤体的温度不易升高，如果顶板为泥质岩石，则此法效果更佳，注水（或洒水）后，冒落的矸石湿润，膨胀成再生顶板，覆盖浮煤，减少漏风，从而抑制了采空区的浮煤氧化。温度较低的冷水注入煤体后，由于水有较大的比热容和汽化潜热，对高温工作面的降温也是有利的。（6）预防片帮、冒顶煤层经过注水后，在注水半径范围内瓦斯压力一部分被提前释放，一部分被集中应力带推向煤层深部，矿压显现明显下降，注水前煤层硬度不一，注水后，煤体塑性增强，软化了煤体通过注水产生的裂隙，使煤层软硬度均匀，形成均压结构。可以减少片邦、冒顶现象的发生。4、注水参数的确定（1）注水封孔深度如图所示，在卸压带内近工作面范围煤体破裂严重，煤体结构疏松，承受应力仅有原始应力的1/2，可视为充分卸压带，封孔段如位于此段，高压水将沿封孔段周围煤体裂隙与外部沟通导致泄水，难以取得注水效果。封孔段进入或超过集中应力带，高压水作用使封孔段以外产生一个应力增高区，形成渗透屏障，较大幅度降低了煤体的渗透性，高压水更多沿钻孔轴向向里和径向发生流动，封孔段以外煤体水分渗透困难，新的集中应力带使得工作面卸压带更短，其抵抗突出的能力降低。据测试，掘进工作面前方2米范围内为充分卸压带，49米内为集中应力带范围：其中58米内最易发生喷孔、顶钻等动力现象，应力带最为集中。因此，注水封孔段应避开卸压带向集中应力带过渡区间，即深度为36米。(2) 注水量及注水时间在使用高压注水措施时，每米钻孔的注水量一般不得少于0.5lm3。注水后煤层中的水分应大于自然水分的2.5倍,且绝对水分不少于4%，就能消除突出危险性。由于煤的水分参数测试比较复杂，在现场不能直接获得，因此，以注水后煤层中的绝对水分不少于4%为依据，要求每米掘进巷道注入水量不少于0.5m3。注水时间与注水压力、注水流量等参数密切相关。当注水使煤体内部裂隙与巷道沟通，水流从工作面煤壁或钻孔涌出时，其流速达到顶值，此时注水流无需克服更大的束缚，压力降低。因而可参考注水泵压力降低为初始压力的30%时，或注水流速明显增加、工作面煤壁、顶板或钻孔出水后，可以作为该钻孔注水结束时间。5、煤层注水安全措施（1）煤层注水高压水泵及注水地点必须设置通讯电话及点铃，煤层注水时必须设置岗哨，撤出人员。（2）高压注水管路系统必须符合压力要求，不准使用低压管路、管件等用于高压注水，高压注水前必须仔细检查高压管路吊挂是否完好，严禁使用铁丝当U钢卡，注水期间设专人巡回检查高压管路及接头是否有变化，如发现异常立即停泵。（3）从事打钻、注水工作人员必须掌握打钻、注水工艺及施工方法，认真学习注水设计和操作规程，严格按设计和操作规程施工。（4）严禁带压操作管路，非注水人员严禁擅自动用高压阀门及管路设施。5）钻孔内高压注水管必须采用专用档板和U钢卡子与锚杆固定并绑牢，防止注水时窜出伤人。（6）检查注水效果时，严禁面对注水孔口，人员必须站在孔口两侧。（7）注水地点必须设置明显警示标志，注水时将工作面人员撤至集中上山处，不准在注水地点停留。（8）注水管路要吊挂平直，与电缆及其主管线分开距离不小于0.3米，高压接头处要经常检查，严禁出现死弯。（9）注水泵在开始注水时要逐渐给压，防止突然加压造成崩管。（10）停泵时要逐渐打开泄压阀，防止突然泄压造成管内高压水突然喷出伤人。（11）高压注水时必须设专职司机持证上岗，任何人不准擅自动用高压泵及高压管路系统。（12）高压泵注水时不得突然停电，使用的电气设备严禁失爆，严禁断水作业。（13）打钻及注水期间必须检查好钻孔周围的瓦斯浓度如瓦斯浓度超限严禁作业。（14）打钻、注水必须做好记录，钻孔打完后必须及时封孔。（15）注水前后，当班组长要仔细查看注水孔周围顶帮、支护情况，有隐患要及时排除，如发现巷道压力突然增大时应停止注水，待处理及巷道顶板稳定后，再实施注水。（16）打钻时两人一组，严禁单人作业，并严格按规定的布控进行施工。打眼时，应控制钻杆不要剧烈晃动，防止形成偏移无法进行封孔注水，注水孔打够深度后，要来回抽动，排尽煤粉。（17）通过电磁辐射监测、微震系统监测、钻屑法煤粉监测及煤粉含水率测定等多种方法对各个区域的注水效果进行综合评价，从而为下一步的注水工作提供可靠的参数依据。煤层注水记录