綜掘工作面煤塵注水方法及降塵效果研究

潘基第三采礦區(qū)是一座大型現(xiàn)代化采礦區(qū)，旨在每年建設(shè)300萬噸煤炭。服務(wù)年限為129年。該井于1992年11月1日竣工。礦井東西走向長(zhǎng)約9.3km,南北傾斜寬約5.8km,面積約54km2。通過高位技改,安徽省發(fā)展和改革委員會(huì)文件(發(fā)改能源138號(hào))《關(guān)于淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一等礦井生產(chǎn)能力核定的批復(fù)》同意潘三礦生產(chǎn)能力核定為400萬t/a。礦井采用立井-集中運(yùn)輸大巷-分區(qū)石門的開拓方式。礦井分兩個(gè)水平開采,第一水平標(biāo)高為-650m,第二水平標(biāo)高為-810m,均為上下山開采。一水平下山采至-730m,二水平下山采至-900m,東翼回風(fēng)水平標(biāo)高為-420m,西翼回風(fēng)水平標(biāo)高為-480m。1771(3)綜掘工作面處于-650m水平,屬于13-1煤層,該煤層為雙突煤層,總體上呈單斜構(gòu)造形態(tài),煤層賦存穩(wěn)定,厚3.0～6.0m,平均4.6m,局部煤層下部含1～2層炭質(zhì)泥巖夾矸,厚0.1～0.5m;煤層以塊狀、鱗片狀及粉末狀構(gòu)造共存,上部主要以塊狀為主,硬度較大,中下部以鱗片狀及粉末狀為主,破碎,硬度較小。13-1煤以暗煤為主,夾亮鏡煤條帶,屬半暗-半亮型,煤巖層產(chǎn)狀200°～230°∠5°～10°。煤層直接頂板為泥巖與13-2煤組成的復(fù)合頂板,厚約2.1m,穩(wěn)定性差,易冒落;老頂為砂質(zhì)泥巖,厚約11.8m,直接底為厚約1.8m的泥巖。東、西風(fēng)井均配備400m3的水池,能滿足井下防塵供水需要。該綜掘工作面按要求鋪設(shè)防塵管路,綜掘機(jī)安設(shè)內(nèi)外噴霧裝置,巷道安設(shè)凈化水幕,轉(zhuǎn)載點(diǎn)安設(shè)轉(zhuǎn)載噴霧。但正常掘進(jìn)期間,粉塵濃度仍然嚴(yán)重超標(biāo)。因此,在1771(3)綜掘工作面進(jìn)行本次煤巷綜掘工作面煤層注水防塵技術(shù)研究。1設(shè)計(jì)煤層注水設(shè)計(jì)1.1“x”口注器注水試驗(yàn)封孔器采用水力自動(dòng)封孔煤層注水器(封孔長(zhǎng)度為1m)。為了確定注水流量的大小,設(shè)計(jì)采用精密流量計(jì),設(shè)計(jì)管道連接如圖1所示。1.2保險(xiǎn)鉆孔分布考慮到煤質(zhì)、瓦斯卸壓孔、巷道斷面參數(shù)、注水時(shí)間等綜合因素的影響,煤層注水降塵的鉆孔分布示意圖如圖2所示,其中8#孔為注水濕潤(rùn)半徑參考孔。為了防止注水鉆孔與卸壓鉆孔的串通,應(yīng)盡量與卸壓鉆孔傾角平行,其注水鉆孔的參數(shù)如表1所示。1.3施工企業(yè)注意事項(xiàng)(1)把注水需要的所有管路及封孔器連接好,并檢查確認(rèn)準(zhǔn)確無誤,同時(shí),在迎頭不同位置刻槽取4個(gè)不同的煤樣,取樣位置分布如圖3所示。(2)在掘進(jìn)迎頭處施工Ф42mm注水鉆孔,每一個(gè)注水鉆孔施工完后,插入一個(gè)封孔器開始對(duì)其進(jìn)行注水,同時(shí)進(jìn)行下一個(gè)注水鉆孔的施工,全斷面共施工7個(gè)注水鉆孔。最后一個(gè)注水孔的注水時(shí)間不低于1h。(3)注水結(jié)束后,進(jìn)行突出預(yù)測(cè),突出指標(biāo)不超限方可進(jìn)尺。進(jìn)尺1m后開始進(jìn)行測(cè)塵和迎頭刻槽取煤樣。2時(shí)域中鉆屑的全水分分析為了考察注水時(shí)注水的濕潤(rùn)效果,在巷道右?guī)途嘤^3m處施工42mm鉆孔進(jìn)行濕潤(rùn)半徑的考察,以該鉆孔為圓心,在其內(nèi)側(cè)每隔0.3m進(jìn)行打鉆(鉆孔布置如圖4所示),取打鉆1.2m后的鉆屑,進(jìn)行全水分分析,以全水分來判斷注水后的濕潤(rùn)效果。此時(shí),注水時(shí)間為1.5h,現(xiàn)場(chǎng)注水壓力為2.6～3.2MPa。其全水分分析結(jié)果數(shù)據(jù)如表2所示。從表2可以得出,隨考察孔距注水孔距離的增加,鉆屑的煤份含水量逐漸降低;考察孔距注水孔1.2m以后,鉆屑的含水量在2%左右,基本上接近煤本身的含水量,因此,可以得到在注水時(shí)間為1.5h和注水壓力為2.6～3.2MPa的條件下,其煤塵注水濕潤(rùn)半徑大致范圍為0.9～1.2m。3注水設(shè)計(jì)效果評(píng)價(jià)3.1距迎頭5m的測(cè)點(diǎn)根據(jù)塵源分布,巷道中測(cè)點(diǎn)的布置如圖5所示。實(shí)驗(yàn)中共設(shè)置5個(gè)測(cè)點(diǎn),在司機(jī)操作處和打鉆司機(jī)操作處的粉塵濃度比較大,故在距迎頭5m處設(shè)置了一個(gè)測(cè)點(diǎn)(即5號(hào)點(diǎn));另外,在水幕前(4號(hào)點(diǎn))、后(3號(hào)點(diǎn))設(shè)置測(cè)點(diǎn);在轉(zhuǎn)載點(diǎn)后設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)(即2號(hào)點(diǎn));在總回風(fēng)流設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)(即1號(hào)點(diǎn))。3.2煤樣全水分分析注水完畢后,待進(jìn)尺1.6m后,開始在如圖3所示4個(gè)不同位置刻槽取其煤樣,進(jìn)行全水分分析,以檢驗(yàn)注水后煤層的濕潤(rùn)效果。進(jìn)尺不同深度后所得到的煤樣全水分分析結(jié)果如表3所示。因此,從水分分析可得出如下結(jié)論:(1)采用靜壓注水,煤層注水效果較好,煤層含水量均增加,最高含水量比原水分增加6.2%,最低比原水分增加0.5%。(2)煤層注水后,含水量隨鉆孔深度增加逐漸降低。(3)由于工作面煤質(zhì)堅(jiān)硬密實(shí)不同,工作面不同位置的注水濕潤(rùn)效果并不完全一樣,隨著進(jìn)尺深度的不同,全水分變化量不盡相同。3.3掘進(jìn)深度和掘進(jìn)深度對(duì)粉塵濃度的影響為了考察掘進(jìn)過程中,注水防塵效果,在掘進(jìn)機(jī)內(nèi)外噴和凈化水幕全開的情況下,分別在掘進(jìn)不同深度時(shí),對(duì)各個(gè)測(cè)塵點(diǎn)進(jìn)行粉塵濃度測(cè)定,各處的粉塵濃度及注水后同樣條件下掘進(jìn)2.4m處粉塵濃度對(duì)比如表4所示。3.4沿程粉塵濃度測(cè)定結(jié)果為了考察注水前后沿程粉塵濃度的分布,在水幕關(guān)閉的情況下測(cè)定注水后當(dāng)工作面進(jìn)尺7.2m時(shí)及注水前沿程粉塵濃度的測(cè)定,可以得到注水前后沿程粉塵濃度分布比較如圖6和圖7所示。從圖6和圖7可以分析得到,注水后比注水前沿程呼吸性粉塵及全塵都有所下降,并且全塵的降塵率比呼吸性粉塵總體高些。注水后全塵濃度比注水前下降快,注水后在25m之前浮塵達(dá)到了穩(wěn)定,而注水前在35m以后浮塵才達(dá)到了穩(wěn)定。4煤層注射法降塵效果(1)距掘進(jìn)工作面越近,粉塵濃度越高,隨著距迎頭距離逐漸增大,全塵和呼吸性粉塵濃度均逐漸變小,但是全塵的變化率比呼吸性粉塵大。全塵濃度在35m和呼吸性粉塵濃度在30m以后,其濃度變化較小。因此,在安裝水幕時(shí),水幕距工作面不得超過30m,水幕距工作面越近越好,并隨掘進(jìn)工作面掘進(jìn),水幕也要不斷向前移動(dòng)。(2)在注水時(shí)間為1.5h和注水壓力為2.6～3.2MPa的條件下,其煤塵注水濕潤(rùn)半徑大致范圍為0.9～1.2m。(3)采用靜壓注水,煤層注水效果較好,煤層含水量均增加,最高含水量比原水分增加6.2%,最低比原水分增加0.5%。煤層注水后,含水量隨鉆孔深度增加逐漸降低。由于工作面煤質(zhì)堅(jiān)硬密實(shí)不同,工作面不同位置的注水濕潤(rùn)效果并不完全一樣,隨著進(jìn)尺深度的不同,全水分變化量不盡相同。(4)煤層注水后,掘進(jìn)進(jìn)尺2.4m處,各個(gè)測(cè)塵點(diǎn)粉塵濃度最低,說明此處注水降塵效果最佳。(5)注水后比注水前沿程呼吸性粉塵及全塵都有所下降,并且全塵的降塵率比呼吸性粉塵總體高些。注水后全塵濃度比注水前下降快,注水后在25m之前浮塵達(dá)到了穩(wěn)定,而注水前在35m以后浮塵才達(dá)到了穩(wěn)定。(6)注水后比注水前各處粉塵濃度均降低。煤層注水在綜合降塵中起到了一定的作用