第四章第四章 预湿煤体防湿煤体防尘煤煤层注水防注水防尘注水本注水本质减减尘作用机理作用机理注水效果注水效果注水效果影响要素注水效果影响要素注水方式注水方式钻孔布置方式孔布置方式封孔封孔注水注水采空区灌水防采空区灌水防尘一、煤一、煤层注水注水coal seam infusion; infusion in seam 经过钻孔孔, ,将将压力水和水溶液注入煤体力水和水溶液注入煤体, ,添加添加水分水分, ,以改以改动煤的物理力学性煤的物理力学性质, ,可减少煤可减少煤尘的的产生生, ,还可减少冲可减少冲击地地压, ,煤与煤煤与煤层气突出气突出和自燃和自燃发火。火。 规定：采煤任定：采煤任务面面应实行行煤煤层注水，机采任注水，机采任务面必需面必需实行煤行煤层注水。注水。防治煤防治煤尘的一的一项根本措施。降根本措施。降尘率普通在率普通在60-90%60-90%。1 1、煤、煤层层注水的本注水的本质质 煤煤层层注水的减注水的减尘尘作用主要有以下三个作用主要有以下三个方面：方面： 1 1 煤体内的裂隙中存在着原生煤煤体内的裂隙中存在着原生煤尘尘，水，水进进入后，可将原生煤入后，可将原生煤尘尘潮湿并粘潮湿并粘结结，使其在破碎使其在破碎时时失去失去飞扬飞扬才干，从而有才干，从而有效地消除效地消除这这一一尘尘源。源。2 2水水进入煤体内部，并使之均匀潮湿。入煤体内部，并使之均匀潮湿。当煤体在开采中遭到破碎当煤体在开采中遭到破碎时，绝大多数破大多数破碎面均有水存在，从而消除了碎面均有水存在，从而消除了细粒煤粒煤尘的的飞扬，预防了浮防了浮尘的的产生。生。3 3水水进入煤体后改入煤体后改动了煤的物理力学性了煤的物理力学性质，使其塑性加，使其塑性加强，脆性减弱，当煤体因，脆性减弱，当煤体因开采而破碎开采而破碎时，脆性破碎，脆性破碎变为塑性塑性变形，形，因此减少了煤因此减少了煤尘的的产生量。生量。2 2、钻钻孔布置方式孔布置方式长钻长钻孔注水孔注水短短钻钻孔注水孔注水深孔注水深孔注水巷道巷道钻钻孔注水孔注水1 1 长钻长钻孔注水孔注水从回采任从回采任务务面运面运输输巷或回巷或回风风巷沿煤巷沿煤层倾层倾斜方向平行斜方向平行于任于任务务面打孔，孔面打孔，孔长长30-100m30-100m。钻钻孔直径孔直径为为7575100mm100mm，其布置方式，其布置方式较较多，如多，如图图4-14-1所示。所示。优优点：点： 1 1 潮湿煤体的范潮湿煤体的范围围大，大，经济经济性好。性好。 2 2 注水注水时时间长间长，潮湿煤体均匀。，潮湿煤体均匀。 3 3 与采煤互不干与采煤互不干扰扰。 4 4 经济经济。所以它往往是所以它往往是优优先先选择选择的注水方式。的注水方式。缺陷：缺陷：钻钻孔孔长长度大，度大，对对地量地量变变化的化的顺应顺应性性较较差，打差，打钻钻技技术术复复杂杂，定向困，定向困难难，封孔复，封孔复杂杂。图图4-1 4-1 长钻孔注水防尘表示图长钻孔注水防尘表示图a-a-上向钻孔；上向钻孔；b-b-双向钻孔；双向钻孔；c-c-伪倾斜钻孔；伪倾斜钻孔；d-d-八字型与倾斜结合钻孔八字型与倾斜结合钻孔2 2 短短钻钻孔注水孔注水在回采任在回采任务务面垂直煤壁或与煤壁斜交打面垂直煤壁或与煤壁斜交打钻钻孔孔注水，注水，钻钻孔孔长长度普通取度普通取2 23.5m 3.5m ，最大不超，最大不超越越6m6m。其布置如。其布置如图图4-24-2中中a a所示。所示。优优点：点： 1 1 短短钻钻孔注水孔注水对对地地质质条件的条件的顺应顺应性性较较强强，当地量，当地量变变化大、煤化大、煤层较层较薄和薄和围围岩遇水膨岩遇水膨胀胀而影响而影响顶顶、底板管理、底板管理时时，可采用此注水方，可采用此注水方式。式。 2 2 注水注水设备设备、工、工艺艺、技、技术术均均较简单较简单。缺陷：其潮湿范缺陷：其潮湿范围围小，小，钻钻孔数量多；封孔孔数量多；封孔频频繁密封性差，易跑水，繁密封性差，易跑水，对对采煤任采煤任务务有干有干扰扰。图图4-2 4-2 短孔、深孔注水防尘表示图短孔、深孔注水防尘表示图a短孔短孔 ；b深孔；深孔；1回回风风巷；巷；2运运输输巷巷3 3 深孔注水深孔注水同短孔注水一同短孔注水一样样，也是沿采煤任，也是沿采煤任务务面前方面前方进风进风巷或巷或回回风风巷垂直煤壁打巷垂直煤壁打钻钻孔，只是孔，只是钻钻孔打得深些。其孔打得深些。其钻钻孔孔长长度度为为5 56 6天的天的进进度，孔深普通度，孔深普通为为任任务务面斜面斜长长的的2/32/3，普通，普通为为5 525m25m，孔径，孔径7575100mm100mm。其布置如。其布置如图图4-24-2中中b b。优优点：同点：同长长短孔注水的短孔注水的优优点。点。缺陷：它需求每周有休假或缺陷：它需求每周有休假或轮轮休任休任务务面才干运用，面才干运用，我国目前尚未运用，而国外采用我国目前尚未运用，而国外采用较较多。多。钻钻孔数量孔数量较较多封孔多封孔质质量量难难以保以保证证。压压力要求高，力要求高，设备设备、技、技术术复复杂杂。4 4 巷道巷道钻钻孔注水孔注水如如图图4-34-3是从是从临临近煤近煤层层的巷道打的巷道打钻钻至注水煤至注水煤层层，进进展注水。展注水。钻钻孔的孔的长长度由两煤度由两煤层层的的间间距或巷道至煤距或巷道至煤层层的的间间隔而定。隔而定。优优点：点： 1 1 钻钻孔少，潮湿煤体的范孔少，潮湿煤体的范围围大，效果好。大，效果好。 2 2 采用小流量、采用小流量、长时间长时间的注水方法，潮湿效果良好。的注水方法，潮湿效果良好。在有巷道或抽放瓦斯在有巷道或抽放瓦斯钻钻孔可利用，且煤孔可利用，且煤层较层较厚厚时时，可思索采用巷道可思索采用巷道钻钻孔注水方式。孔注水方式。缺陷：岩石缺陷：岩石钻钻孔两大；本孔两大；本钱钱高；受条件限制，高；受条件限制，临临近近煤煤层层巷道巷道损损坏就会影响注水的正常坏就会影响注水的正常进进展。极少采用。展。极少采用。图图4-3 4-3 巷道钻孔注水巷道钻孔注水3 3、封孔、封孔封孔深度和封孔封孔深度和封孔质质量是煤量是煤层层注水的重要注水的重要环节环节。封孔深度。封孔深度应应超越沿巷道超越沿巷道边缘边缘煤体煤体的卸的卸压带宽压带宽度，普通不小于度，普通不小于6m6m，当注水，当注水压压力大于力大于2.5MPa2.5MPa时时，应应大于大于6m6m乃至乃至20m 20m 。封孔方法有两种：封孔方法有两种：水泥砂水泥砂浆浆封孔封孔封孔器封孔封孔器封孔1 1 封孔器封孔封孔器封孔我国煤我国煤矿长钻矿长钻孔注水多采用孔注水多采用YPAYPA型水力膨型水力膨胀胀式式封孔器和封孔器和MFMF型摩擦式封孔器。型摩擦式封孔器。YPAYPA型在运用型在运用时时，将封孔器与注水，将封孔器与注水钢钢管管衔衔接起接起来送至封孔位置，来送至封孔位置，经过经过高高压压胶管与水胶管与水泵连泵连通，通，开开泵泵后后压压力水力水进进入封孔器，水流从封孔器前入封孔器，水流从封孔器前端的端的喷喷嘴流出嘴流出进进入入钻钻孔，孔，产产生生压压力降，膨力降，膨胀胀胶管内的水胶管内的水压压升高，将胶管膨升高，将胶管膨胀胀，封住，封住钻钻孔。孔。注水注水终终了后，封孔器胶筒将随了后，封孔器胶筒将随压压力下降而恢力下降而恢复原状，可取出复用。复原状，可取出复用。MFMF型在运用型在运用时时，将封孔器与注水，将封孔器与注水钢钢管管衔衔接起来送至接起来送至钻钻孔内的封孔位置，孔内的封孔位置，顺时针顺时针旋旋动动注水管使其向前挪注水管使其向前挪动动，这时这时橡胶密橡胶密封筒被封筒被紧缩紧缩而径向而径向胀胀大，封住大，封住钻钻孔。注孔。注水水终终了后，逆了后，逆时针时针旋旋转转注水管，密封胶注水管，密封胶管卸管卸压压，胶筒即恢复原状，可取出复用。，胶筒即恢复原状，可取出复用。采用封孔器封孔采用封孔器封孔虽虽然然简简便，但多次反复便，但多次反复运用运用时难时难以保以保证证封孔封孔质质量，量，现现已少用。已少用。2 2 水泥砂水泥砂浆浆封孔封孔封孔前先用封孔前先用搅搅拌机将水泥和砂子制成拌机将水泥和砂子制成高稠度水泥砂高稠度水泥砂浆浆，再，再拨动拨动离合器，启离合器，启动动送送浆泵浆泵，将水泥砂，将水泥砂浆浆快速地送快速地送进钻进钻孔内。由于孔内。由于该泵该泵的送的送浆浆才干才干较较大，其大，其封孔深度，封孔深度，对对程度程度钻钻孔可达孔可达3Om3Om；对对垂垂直向上直向上钻钻孔可达孔可达20m20m。4 4、注水、注水1 1 注水方法注水方法静静压压注水：利用注水：利用矿矿井地面井地面贮贮水池或上程水池或上程度的水，依托自然静度的水，依托自然静压压差差经过经过井下供水井下供水管网管网实实施；施；动压动压注水：利用井下的水注水：利用井下的水泵实泵实施。施。静静压注水特点：工注水特点：工艺简单，既，既节省省费用，又便于管理，但它的适用范用，又便于管理，但它的适用范围遭遭到了一定的限制。到了一定的限制。新突破：新突破：对透水性差的煤透水性差的煤层采用静采用静压注水，其技注水，其技术关关键是是选定最正确的超定最正确的超前前间隔开隔开场注水注水时钻孔距任孔距任务面的面的间隔。隔。动压注水特点：水注水特点：水泵可以可以设在地面集中在地面集中加加压，也可直接，也可直接设在注水地点在注水地点进展加展加压。长钻孔孔动压注水的适用性注水的适用性强，被很多煤，被很多煤矿采用，其注水系采用，其注水系统如如图4-44-4所示。所示。图图4-4 4-4 动压注水系统动压注水系统1 1一注水管；一注水管；2 2一水泥砂桨；一水泥砂桨；3 3一压力表；一压力表；4 4一高压胶管；一高压胶管；5 5一阀门；一阀门；6 6一分流器；一分流器；7 7一单向阀；一单向阀；8 8一注水表；一注水表；9 9一注水泵；一注水泵；1010一供水桶一供水桶近年来，我国研制的煤近年来，我国研制的煤层注水自注水自动控制系控制系统安装安装它能根据煤它能根据煤层的浸透特性及注水的浸透特性及注水压力与流量力与流量的的变化化进展自展自动调理，可理，可实现动压注水和静注水和静压注水的自注水的自动切切换。并将注水参数。并将注水参数调理到最理到最适宜的形状，并能将注水参数存适宜的形状，并能将注水参数存贮、显示和示和打印出来。打印出来。2 2 注水注水压压力力注水注水压压力的高低取决于煤力的高低取决于煤层层透水性的透水性的强强弱和弱和钻钻孔的注水速度。孔的注水速度。通常，透水性通常，透水性强强的煤的煤层层采用低采用低压压 小于小于3MPa3MPa 注水，透水性注水，透水性较较弱的煤弱的煤层层采用中采用中压压 3 310MPa10MPa 注水，必要注水，必要时时可采用高可采用高压压注水注水 大于大于10MPa10MPa 。假假设水水压过小，注水速度将会太低。小，注水速度将会太低。水水压过高，又能高，又能够导致煤岩裂隙猛烈致煤岩裂隙猛烈分散，呵斥大量分散，呵斥大量窜水或跑水。水或跑水。适宜的注水适宜的注水压力是：力是：经过调理注水流理注水流量使其不超越地量使其不超越地层压力而高于煤力而高于煤层的的瓦斯瓦斯压力。力。国内外国内外阅历阐明，低明，低压或中或中压长时间注水注水效果好。效果好。在我国，静在我国，静压注水大多属于低注水大多属于低压，动压注注水中水中压居多。居多。对于初次注水的煤于初次注水的煤层，开，开场注水注水时，可，可对注水注水压力和注水速度力和注水速度进展展测定，找出两者定，找出两者的关系，根据关系曲的关系，根据关系曲线选定适宜的注水定适宜的注水压力。力。“地地压地下采地下采矿中亦称中亦称“矿山山压力、力、“岩石岩石压力力。也叫地。也叫地层孔隙孔隙压力，指作用在岩石孔隙内流体力，指作用在岩石孔隙内流体( (油油气水气水) )上的上的压力。有被孔隙内流体所承当的那部分上覆力。有被孔隙内流体所承当的那部分上覆岩岩层压力称力称为基岩基岩应力。力。采采矿时，由于巷道和回采任，由于巷道和回采任务面周面周围应力重新分布，力重新分布，常引起常引起围岩岩变形、挪形、挪动和破坏，和破坏，矿柱柱压裂、倒塌，支裂、倒塌，支架下架下缩、破坏等景象，称、破坏等景象，称为“矿山山压力力显现。地。地层压力的大小及分布力的大小及分布规律与地律与地质条件、开采深度、巷道和条件、开采深度、巷道和回采任回采任务面的布置，以及巷道断面和回采空面的布置，以及巷道断面和回采空间的大小、的大小、外形和支外形和支护方法等要素有关。方法等要素有关。 也称也称为孔隙流体孔隙流体压力。指地地力。指地地层孔隙内的油、气、水孔隙内的油、气、水的的压力。地力。地层压力与地力与地层所在深度有关，普通表所在深度有关，普通表现为地地层与地表与地表连通的静液柱通的静液柱压力。力。在在实践消践消费中，地中，地层压力普通分力普通分为三种：三种： 1 1原始地原始地层压力：是指井田未开采力：是指井田未开采时测得得的油的油层中部中部压力。力。 2 2目前地目前地层压力静力静压：指井田投入开：指井田投入开发后，在指点的井点所后，在指点的井点所测关井后油关井后油层中部恢复中部恢复的的压力力值。 3 3流流动压力流力流压：指在井田正常消：指在井田正常消费时测得的油得的油层中部中部压力。力。煤煤层瓦斯瓦斯压力：煤力：煤层埋藏在一定深度埋藏在一定深度时，煤，煤层的孔隙，裂隙中的瓦斯的孔隙，裂隙中的瓦斯对隙壁所隙壁所产生的生的应力，力，单位是位是MPaMPa。测定方法：向煤定方法：向煤层中打中打钻孔，埋入孔，埋入测压管，然管，然后注后注浆封孔，安装封孔，安装压力表，力表，稳定后的定后的显现的瓦的瓦斯斯压力就是煤力就是煤层瓦斯瓦斯压力。小于力。小于0.74MPa0.74MPa无突无突出危出危险性性 。分分为煤煤层瓦斯原始瓦斯原始压力和残存力和残存压力。力。3 3 注水速度注水速度 注水流量注水流量 注水速度是影响煤体潮湿效果及决注水速度是影响煤体潮湿效果及决议议注注水水时间时间的主要要素，在一定的煤的主要要素，在一定的煤层层条件条件下，下，钻钻孔的注水速度随孔的注水速度随钻钻孔孔长长度、孔径度、孔径和注水和注水压压力的不同而增减。力的不同而增减。 普通来普通来说，小流量注水，小流量注水对煤煤层潮湿效潮湿效果最好，只需果最好，只需时间允允许静静压注水速度注水速度普通普通为0.0010.0010.027m3/(hm )0.027m3/(hm )，就，就应采用小流量注水。采用小流量注水。动压注水速度注水速度为0.0020.0020.24 m3/(hm )0.24 m3/(hm )。假假设静静压注水速度太低，可在注水前注水速度太低，可在注水前进展孔内爆破，提高展孔内爆破，提高钻孔的透水才干，孔的透水才干，然后再然后再进展注水。展注水。4 4 注水量注水量注水量是影响煤体潮湿程度和降注水量是影响煤体潮湿程度和降尘尘效效果的主要要素。它与任果的主要要素。它与任务务面尺寸、煤面尺寸、煤厚、厚、钻钻孔孔间间距、煤的孔隙率、含水率距、煤的孔隙率、含水率等多种要素有关。确定注水量首先要等多种要素有关。确定注水量首先要确定吨煤注水量，各确定吨煤注水量，各矿应矿应根据煤根据煤层层的的详细详细特征特征综综合合调查调查。普通来普通来说，中厚煤，中厚煤层的吨煤注水量的吨煤注水量为0.0150.0150.03m3/t0.03m3/t；厚煤；厚煤层为0.0250.0250.04m3/t0.04m3/t。机采任。机采任务面及水量流失率面及水量流失率大的煤大的煤层取上限取上限值，炮采任，炮采任务面及水面及水量流失率小或量流失率小或产量量较小的煤小的煤层取下限取下限值。5 5、煤、煤层层注水效果注水效果在在实实践注水中，常把在践注水中，常把在预预定的潮湿范定的潮湿范围围内煤壁出内煤壁出现现均匀均匀“出汗出汗 渗出水珠渗出水珠 的的景象，作景象，作为为判判别别煤体能否全面潮湿的煤体能否全面潮湿的辅辅助方法。煤助方法。煤层层注水使煤体内的水分添加。注水使煤体内的水分添加。普通普通说说来，当水分添加来，当水分添加1%1%时时，就可以收，就可以收到降到降尘尘效果。水分添加量越大，效果越效果。水分添加量越大，效果越好。好。降降尘效率采煤效率采煤时空气含空气含尘量的降低量的降低G2G2、G1G1分分别为煤煤层注水前，任注水前，任务面某面某处尘源下源下风侧及上及上风侧的空气含的空气含尘量，量，mg/m3mg/m3。G2G2、G1 G1 分分别为煤煤层注水后，任注水后，任务面面某某处尘源下源下风侧及上及上风侧的空气含的空气含尘量，量，mg/m3mg/m3。短短钻孔降孔降尘率率40-90%40-90%，长钻孔降孔降尘率率60-90%60-90%不不仅要思索降要思索降尘效果，效果，还要思索其它要思索其它消消费环节的方便，如运的方便，如运输、选煤等。煤等。因此，水分又不能太大，通常，吨煤因此，水分又不能太大，通常，吨煤注水量控制在注水量控制在353540L 40L ，不可少于，不可少于202025L25L。此。此时，降，降尘效果可到达效果可到达50%50%90%90%左右。左右。 在水中添加潮湿在水中添加潮湿剂可提高防可提高防尘效果。效果。潮湿潮湿剂可分可分为阴离子型、阳离子型和阴离子型、阳离子型和非离子型非离子型3 3种。种。离子型潮湿离子型潮湿剂：外表活性：外表活性剂溶于水溶于水时能能电离生成离子的潮湿离生成离子的潮湿剂。非离子型潮湿非离子型潮湿剂：凡不能：凡不能电离、不生离、不生成离子的潮湿成离子的潮湿剂。煤煤层潮湿效果的潮湿效果的调查煤体水分添加煤体水分添加1%1%才有才有较高的降高的降尘效果。先要效果。先要调查注水后煤注水后煤层水分的添加，并以注水水分的添加，并以注水钻孔孔为中心，中心，以周以周围煤体水分添加煤体水分添加1%1%为界限确定潮湿半径，潮界限确定潮湿半径，潮湿半径以内的区域称湿半径以内的区域称为煤煤层注水的有效潮湿范注水的有效潮湿范围。其次煤其次煤层注水的效果与水在煤注水的效果与水在煤层中分布能否均匀中分布能否均匀有关。有关。实际阐明：注水后，距明：注水后，距钻孔越孔越远水分越大水分越大；在煤；在煤层厚度方向，接近底板水分大；延厚度方向，接近底板水分大；延倾斜方斜方向，不向，不论上向下向上向下向钻孔注水，都是下部水分孔注水，都是下部水分较上上部水分大。部水分大。调查方法：方法：直接察看法直接察看法分析法分析法刻槽法、挖坑法、刻槽法、挖坑法、钻孔法孔法专门仪器器测定法定法6、影响煤、影响煤层层注水效果的要素注水效果的要素1 煤煤层层的裂隙及孔隙的的裂隙及孔隙的发发育程度。据育程度。据实实测资测资料料发现发现：煤煤层层的孔隙率小于的孔隙率小于4时时，透水性，透水性较较差，差，注水无效果；注水无效果；孔隙率孔隙率为为15时时，煤，煤层层的透水性最高，的透水性最高，注水效果最正确；注水效果最正确；当孔隙率达当孔隙率达40时时，无需注水，由于天，无需注水，由于天然水分就很丰富了。然水分就很丰富了。2 2 煤煤层层的埋藏深度和地的埋藏深度和地压压的集中程度的集中程度地地压压的集中程度与煤的集中程度与煤层层的埋藏深度有关，的埋藏深度有关，煤煤层层埋藏越深那么地埋藏越深那么地层压层压力越大，埋藏越力越大，埋藏越深，地深，地压压越集中的地方，煤越集中的地方，煤层层的孔隙被的孔隙被压压紧紧，透水性越差。因此，要提高注水，透水性越差。因此，要提高注水压压力，力，才干才干获获得得较较好的效果。好的效果。3 3 液体性液体性质质的影响的影响煤是极性小的物煤是极性小的物质质，水是极性大的物，水是极性大的物质质，两者之，两者之间间极性差越小，越易潮湿。极性差越小，越易潮湿。为为了降低水的外表了降低水的外表张张力，减小水的极力，减小水的极性，提高性，提高对对煤的潮湿效果，可以在水煤的潮湿效果，可以在水中添加外表活性中添加外表活性剂剂。阳泉一。阳泉一矿矿在注水在注水时时参与参与0.5%0.5%浓浓度的洗衣粉，注水速度度的洗衣粉，注水速度比原来提高比原来提高24%24%。4 4 煤煤层层中的瓦斯中的瓦斯压压力大小力大小瓦斯瓦斯压压力是注水的附加阻力，水抑制力是注水的附加阻力，水抑制瓦斯瓦斯压压力后才是注水的有效力后才是注水的有效压压力。所力。所以在瓦斯以在瓦斯压压力大的煤力大的煤层层中注水中注水时时，往，往往要提高注水的往要提高注水的压压力，以保力，以保证证潮湿煤潮湿煤体的效果。体的效果。5 5 注水参数注水参数注水注水压压力、注水速度、注水量和注力、注水速度、注水量和注水水时间时间。注水量或煤的水分增量是。注水量或煤的水分增量是煤煤层层注水效果的注水效果的标标志，也是决志，也是决议议煤煤层层注水除注水除尘尘率高低的重要要素。率高低的重要要素。煤煤层注水除减少煤注水除减少煤尘的的产生外，生外，对于瓦斯治理、防止自燃于瓦斯治理、防止自燃发火、放火、放顶煤开采煤开采软化化顶煤都具有煤都具有积极的作用。极的作用。因此，煤因此，煤层注水是煤注水是煤矿平安和平安和环境境维护任任务中的一中的一项综合性措施。合性措施。煤层注水在煤矿平安中的作用机理及效果煤层注水在煤矿平安中的作用机理及效果 1 1 防防尘尘煤煤层层注水是回采任注水是回采任务务面最有效的防面最有效的防尘尘措施。水的除措施。水的除尘尘机理机理包括以下包括以下3 3个方面：个方面： 1 1 潮湿煤体内的原生煤潮湿煤体内的原生煤尘尘，使其失去，使其失去飞扬飞扬的才干；的才干； 2 2 有效地包裹煤体的每个有效地包裹煤体的每个细细小部分，当煤体在开采中破碎小部分，当煤体在开采中破碎时时，防止，防止细细粒煤粒煤尘尘的的飞扬飞扬； 3 3 水的潮湿作用使煤体塑性加水的潮湿作用使煤体塑性加强强，脆性减弱。当煤体受外，脆性减弱。当煤体受外力作用力作用时时，许许多脆性破碎多脆性破碎变为变为塑性形塑性形变变，因此大量减少了，因此大量减少了煤体被破碎煤体被破碎为尘为尘粒的能粒的能够够性，降低了煤性，降低了煤尘尘的的产产生量。生量。 2 2 预预防煤与瓦斯突出防煤与瓦斯突出研研讨讨和和实验调查阐实验调查阐明，注水潮湿煤体，可使煤明，注水潮湿煤体，可使煤的力学性的力学性质发质发生明生明显变显变化，煤的化，煤的弹弹性和性和强强度减度减小，塑性增大，从而使巷道前方的小，塑性增大，从而使巷道前方的压压力分布力分布发发生生变变化，即高化，即高压压力向煤体深部力向煤体深部转转移，移，压压力集中力集中系数减小。系数减小。煤体潮湿后，其透气性也将成百上千倍的降低，煤体潮湿后，其透气性也将成百上千倍的降低，水水对对瓦斯的运瓦斯的运动动起到明起到明显显的妨碍效的妨碍效应应，煤中瓦，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降。斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降。上述的各种上述的各种变变化，都化，都阐阐明注水潮湿煤体，可以明注水潮湿煤体，可以消除或降低煤消除或降低煤层层的突出危的突出危险险。 3 3 减小任减小任务务面回面回风风流中的瓦斯流中的瓦斯浓浓度度煤煤层层注水注水对对治理瓦斯的作用，不治理瓦斯的作用，不仅仅表如今表如今预预防煤防煤与瓦斯突出，而且也表如今减小任与瓦斯突出，而且也表如今减小任务务面消面消费时费时回回风风流中瓦斯流中瓦斯浓浓度，其度，其缘缘由有：由有： 1 1 潮湿煤体中的水分潮湿煤体中的水分对对瓦斯的运瓦斯的运动动起妨碍作用，起妨碍作用，使一部分瓦斯在煤体破坏后不涌入采掘空使一部分瓦斯在煤体破坏后不涌入采掘空间间而是而是随煤体被运出任随煤体被运出任务务面。面。 2 2 打孔破坏了煤体内原有的煤瓦斯体系的平衡，打孔破坏了煤体内原有的煤瓦斯体系的平衡，注水前后那么构成了新的煤瓦斯水三相体系，注水前后那么构成了新的煤瓦斯水三相体系，体系的体系的这这些些变变化都会化都会导导致瓦斯的涌出。致瓦斯的涌出。 4 4 防治冲防治冲击击地地压压煤煤层层注水防治冲注水防治冲击击地地压压的机理是：高的机理是：高压压注水改注水改动动了煤体的裂隙构造，使煤体脆性减弱，塑性了煤体的裂隙构造，使煤体脆性减弱，塑性加加强强，促使煤壁前方塑性，促使煤壁前方塑性变变形区形区 卸卸压带压带 加加宽宽，使集中使集中压压力区力区 弹弹塑性塑性变变形区形区 向煤壁深向煤壁深处处挪挪动动并加并加宽宽，减弱了，减弱了压压力集中程度，力集中程度，缓缓和了煤体和了煤体压压力潜能的力潜能的积积聚，从而聚，从而预预防冲防冲击击地地压压的的发发生或使生或使其其强强度减弱。度减弱。 5 5 防火与降温防火与降温 分分层层法开采厚或特厚易燃煤法开采厚或特厚易燃煤层时层时，在放，在放顶顶后，向采空后，向采空区注水，或在放区注水，或在放顶顶前用水遍洒放前用水遍洒放顶顶步距条步距条带带，能起到，能起到防火作用。由于注水后煤体的防火作用。由于注水后煤体的导热导热系数和系数和热热容量增大，容量增大，使煤体的温度不易升高，假使煤体的温度不易升高，假设顶设顶板板为为泥泥质质岩石，那么岩石，那么此法效果更佳，注水此法效果更佳，注水 或洒水或洒水 后，冒落的矸石潮湿，膨后，冒落的矸石潮湿，膨胀胀成再生成再生顶顶板，覆盖浮煤，减少漏板，覆盖浮煤，减少漏风风，从而抑制了采，从而抑制了采空区的浮煤氧化。空区的浮煤氧化。陕陕西崔家沟西崔家沟矿矿和徐州大黄山和徐州大黄山矿矿采用此法防火均采用此法防火均获获得了得了良好效果。温度良好效果。温度较较低的冷水注入煤体后，由于水有低的冷水注入煤体后，由于水有较较大的比大的比热热容和汽化潜容和汽化潜热热，对对高温任高温任务务面的降温也是有面的降温也是有利的。利的。 煤层注水工操作规程煤层注水工操作规程 一、钻机司机要持证上岗，遵章作业。一、钻机司机要持证上岗，遵章作业。 二、钻机下井前，司机首先学习注水作业规程，掌握后再下二、钻机下井前，司机首先学习注水作业规程，掌握后再下井，下井前还要详细检查钻机及配件的完好性，不完好时井，下井前还要详细检查钻机及配件的完好性，不完好时不得运下井作业。不得运下井作业。 三、安装注水泵及钻机时，首先要检查安装位置处的巷道形三、安装注水泵及钻机时，首先要检查安装位置处的巷道形状，不平安时不准施工。状，不平安时不准施工。 四、开钻前要进展试机，发现问题及时处置，然后再开钻作四、开钻前要进展试机，发现问题及时处置，然后再开钻作业。业。 五、应根据作业规程要求布置钻孔的间距、方位、倾角、长五、应根据作业规程要求布置钻孔的间距、方位、倾角、长度。度。 六、钻孔时至少两人一同作业，开钻先开水，停钻后停水。六、钻孔时至少两人一同作业，开钻先开水，停钻后停水。 七、打完钻孔封孔前，先用清水冲净孔内煤粉，然后再封孔。七、打完钻孔封孔前，先用清水冲净孔内煤粉，然后再封孔。 八、采用水泥砂浆或封孔器封孔，封孔长度至少为八、采用水泥砂浆或封孔器封孔，封孔长度至少为1 1米。米。 九、无论是用静压注水还是用动压注水，都运用流量表进展九、无论是用静压注水还是用动压注水，都运用流量表进展丈量，掌握每孔注水量，发现钻孔附近煤壁出水及机巷出丈量，掌握每孔注水量，发现钻孔附近煤壁出水及机巷出现水珠时，可停注，隔一段时间后再对该孔注水。现水珠时，可停注，隔一段时间后再对该孔注水。 十、注水孔超前回采面间隔以十、注水孔超前回采面间隔以20205050米为宜。米为宜。 十一、注水工应做好班记录，内容包括钻孔钻进深度，钻孔十一、注水工应做好班记录，内容包括钻孔钻进深度，钻孔直径，各孔注水时间及注水量等，上井后及时填入注水记直径，各孔注水时间及注水量等，上井后及时填入注水记录台帐中。录台帐中。 十二、注水任务告一段落后，要配合工区及时对注水任务进十二、注水任务告一段落后，要配合工区及时对注水任务进展总结。展总结。 煤层注水问题讨论煤层注水问题讨论一、采前一、采前预注与随采随注注与随采随注多用采前多用采前预注注裂隙裂隙发育、孔隙率育、孔隙率较高的煤高的煤层，停，停顿注注水超前水超前时间15-3015-30天天为宜。宜。空隙率空隙率较低的煤低的煤层，超前，超前时间可以可以长一一些。些。二、任二、任务中水分蒸中水分蒸发问题缩短注水超前短注水超前时间，导致采注干致采注干扰，影，影响降响降尘效果。效果。有助于准确有助于准确选择注水参数，注水参数，寻觅出提高出提高注入水的注入水的润湿与浸透效果以及水在媒体湿与浸透效果以及水在媒体中的分布、保湿效果的途径。中的分布、保湿效果的途径。添加粘添加粘尘棒棒三、静三、静压注水与注水与动压注水注水静静压注水适宜于透水性注水适宜于透水性强或上下煤或上下煤层均已被才均已被才懂情况下的低懂情况下的低压注水。有注水。有时候候为提高注水速度，提高注水速度，可以提早可以提早进展孔内爆破。展孔内爆破。动压注水适用于中注水适用于中压及以上注水及以上注水压力和透水性力和透水性较弱的煤弱的煤层。分分为挪挪动式水式水泵供水常用和集中供水常用和集中泵站供水。站供水。四、四、单孔注水与多孔注水孔注水与多孔注水单孔注水孔注水动压注水常注水常见多空注水多空注水静静压注水常用注水常用五、延五、延续注水与注水与间隔注水隔注水延延续静静压注水注水间隔堵孔、塌孔隔堵孔、塌孔动压注水注水六、上向注水与下向注水六、上向注水与下向注水多用下向注水。多用下向注水。二、采空区灌水二、采空区灌水是在开采近是在开采近间隔煤隔煤层群的上群的上组煤或采煤或采用分用分层法开采厚煤法开采厚煤层时包括急包括急倾斜斜程度分程度分层，利用往采空区灌水的方，利用往采空区灌水的方法，借以法，借以润湿下湿下组煤和下分煤和下分层煤体，煤体，防止开采防止开采时生成大量的煤生成大量的煤尘。灌水方。灌水方式同黄泥灌式同黄泥灌浆。还可起到粘可起到粘结碎碎顶作用：碎作用：碎顶再生厚再生厚度可达度可达0.2-0.5m0.2-0.5m由于上由于上层煤已采空，所以下煤已采空，所以下层煤随着减煤随着减压而而次生裂隙次生裂隙发育，易于育，易于缓慢浸透，故潮湿煤体慢浸透，故潮湿煤体的范的范围大而且均匀，防大而且均匀，防尘效果好。效果好。我国一些我国一些矿区采用采空区灌水区采用采空区灌水预湿煤体，其湿煤体，其降降尘率普通率普通为70%70%90%90%。但是，采空区灌水但是，采空区灌水应控制水量，防止从采空控制水量，防止从采空区流向任区流向任务面或下部巷道中，构成水患。面或下部巷道中，构成水患。普通的灌水量按每平方米采空区普通的灌水量按每平方米采空区0.30.30.5m30.5m3来来计算，算，其流量控制在其流量控制在0.50.52m3/h 2m3/h ，最大不超越，最大不超越5m3/h5m3/h。灌水要超前回采灌水要超前回采1 12 2 个月，以便使水浸透均匀。个月，以便使水浸透均匀。此外，当两煤此外，当两煤层间的岩石的岩石层或下分或下分层的上部有不透的上部有不透水水层时，不能，不能选用采空区灌水。同用采空区灌水。同时，在煤，在煤层有自有自燃燃发火危火危险时，要在水中加阻化，要在水中加阻化剂才干才干进展采空区展采空区灌水。灌水。水水对假假顶资料多料多为金属网能金属网能够有腐有腐蚀作用，作用，应采取措施保采取措施保证假假顶的的维护。适用粉尘防治技术适用粉尘防治技术泡沫除泡沫除尘煤煤层脉冲式注水脉冲式注水综采任采任务面面实时跟踪降跟踪降尘成套技成套技术 泡沫除尘泡沫除尘 是在水中参与外表活性是在水中参与外表活性发泡泡剂，利用泡沫，利用泡沫发生器生器呵斥泡沫状的液滴呵斥泡沫状的液滴喷洒到洒到尘源或空气中去，构成源或空气中去，构成泡沫体或泡沫泡沫体或泡沫雾。有利于提高水。有利于提高水雾的降的降尘效果，效果，尤其尤其对提高呼吸性粉提高呼吸性粉尘的降的降尘率有利，而且耗水率有利，而且耗水量少得多。量少得多。其除其除尘机理包括：机理包括：拦截、黏附、潮湿、沉降等截、黏附、潮湿、沉降等 。 泡沫除泡沫除尘剂的中心是起泡的中心是起泡剂，泡沫除，泡沫除尘性能的性能的发扬主要决主要决议于泡沫于泡沫发生器。生器。泡沫泡沫发生器的生器的发泡性能主要有：泡性能主要有：发泡量、泡量、发泡倍泡倍数、泡沫数、泡沫强度、度、风泡比、成泡率等。泡比、成泡率等。煤层脉冲式注水煤层脉冲式注水利用高利用高压水水压力在煤体注水力在煤体注水钻孔内部的周期孔内部的周期性性变化所化所产生的水生的水击和和“水劈效水劈效应；迫使煤体中的微小孔裂隙构成和逐迫使煤体中的微小孔裂隙构成和逐渐张开，开，构成新的再生裂隙网，高构成新的再生裂隙网，高压水逐水逐渐浸透到其浸透到其中；中；煤体中的微小裂隙相互煤体中的微小裂隙相互贯穿后，水在毛穿后，水在毛细管管力和分子分散运力和分子分散运动力的作用下浸透到煤体微力的作用下浸透到煤体微小裂隙中，从而小裂隙中，从而实现对煤体的潮湿。煤体的潮湿。煤层脉冲式注水煤层脉冲式注水煤煤层脉冲式高脉冲式高压注水工注水工艺包括：煤包括：煤层脉脉冲式高冲式高压注水系注水系统及注水方法、煤及注水方法、煤层注注水水钻孔布置和孔布置和钻孔参数、封孔工孔参数、封孔工艺和注和注水工水工艺参数等几个方面。参数等几个方面。综采任务面实时跟踪降尘成套技术综采任务面实时跟踪降尘成套技术综采煤采煤尘产生量极大，降生量极大，降尘抑抑尘所采用的成套技所采用的成套技术包包括：括：截截齿点的全方位水封，截割煤壁点的全方位水封，截割煤壁时的的实时除除尘，并降，并降低截割所低截割所产生的生的热能，消除此工序点的瓦斯和煤能，消除此工序点的瓦斯和煤尘爆爆炸要挟；炸要挟；泡沫泡沫滤网捕网捕尘，再次，再次对产尘区域区域实行搜捕，行搜捕，实现二次二次降降尘；放煤口放煤口喷雾泡沫捉泡沫捉尘，消除后部煤，消除后部煤尘积聚和聚和飞扬。整套配整套配备和采煤机和采煤机连成一体，并成一体，并实行割煤和除行割煤和除尘连锁，所需求的所需求的动力力为水和水和风。表表1 1是对蒋庄煤矿采煤机司机位置处的粉尘是对蒋庄煤矿采煤机司机位置处的粉尘浓度所进展的丈量结果对比情况。浓度所进展的丈量结果对比情况。煤煤矿粉粉尘防治技防治技术开展开展趋势综采放顶煤任务面采煤机防尘技术方面综采放顶煤任务面采煤机防尘技术方面首先需求首先需求对采煤机周采煤机周围风流流流流场的的变化化规律律进展深化展深化的研的研讨。在此根底上。在此根底上针对采煤机的采煤机的滚筒构造、截筒构造、截齿数数量布置方式、截量布置方式、截齿的方式、采煤机的方式、采煤机牵引速度、截割速引速度、截割速度和度和产尘情况，用系情况，用系统工程的原理工程的原理优化化设计采煤机内采煤机内外外喷雾系系统和和负压降降尘系系统，从而使采煤机的，从而使采煤机的产尘一一部分被水部分被水雾捕捉沉降，一部分利用采煤机周捕捉沉降，一部分利用采煤机周围风流流流流场的的变化作用，使含化作用，使含尘气流流向煤壁，剩余部分的浮气流流向煤壁，剩余部分的浮尘采用采用负压除除尘原理，在采煤机与司机之原理，在采煤机与司机之间构成气流构成气流幕，防止采煤机幕，防止采煤机产尘向司机位、人行道分散。向司机位、人行道分散。采煤机负压除尘配备研制方面采煤机负压除尘配备研制方面科研科研单位与国内采煤机制造厂家位与国内采煤机制造厂家结合，合，经过课题招招标竞争，争，实现资金、人才、技金、人才、技术和运和运营管理等要素的最正确管理等要素的最正确组合，在合，在较短短时间内研制射流内研制射流负压除除尘安装、液安装、液动除除尘风机并构成系列机并构成系列产品，以便适宜国内不同品，以便适宜国内不同类型采煤机配套安装运用。型采煤机配套安装运用。 引进国外先进技术引进国外先进技术吸收、消化国外采煤机通吸收、消化国外采煤机通风防防尘滚筒以及泡沫除筒以及泡沫除尘技技术的原理、的原理、优点，点，加快除加快除尘滚筒的研制和泡沫除筒的研制和泡沫除尘技技术的研的研讨和推行运用。和推行运用。国内专利技术的推行利用国内专利技术的推行利用在在综采放采放顶煤任煤任务面，放面，放顶煤液煤液压支架放煤支架放煤口防口防尘技技术上，充分利用国内上，充分利用国内现有的隔有的隔尘帘、帘、支架、放煤、移架自支架、放煤、移架自动喷雾系系统，并采用有，并采用有效措施加快效措施加快实施施“放放顶煤液煤液压支架放煤口支架放煤口负压捕捕尘安装国家安装国家专利工程，利工程，该项专利技利技术的的推行运用可望使煤炭行推行运用可望使煤炭行业放放顶煤液煤液压支架放支架放煤口粉煤口粉尘防治和放煤口瓦斯防治到达一个新防治和放煤口瓦斯防治到达一个新程度。程度。本章小结本章小结1 1、预湿煤体防尘技术主要包括哪些种类？、预湿煤体防尘技术主要包括哪些种类？2 2、煤层注水工艺流程有哪些？、煤层注水工艺流程有哪些？3 3、煤层注水系统分为哪两种？、煤层注水系统分为哪两种？4 4、采空区灌水的本质是什么？、采空区灌水的本质是什么？5 5、煤层注水减尘作用的机理有哪些？、煤层注水减尘作用的机理有哪些？6 6、影响煤层注水效果的要素有哪些？、影响煤层注水效果的要素有哪些？7 7、煤层注水的作用机理及效果有哪些？、煤层注水的作用机理及效果有哪些？