1 工作面概況及可注性分析

1.1 工作面概況

18306 工作面煤層厚度 3.70~4.20m，煤層傾角3 °～ 7 °，平均 4 °，直接頂為 4.36m 石灰巖，直接底為 2.70m 細砂巖。18306 工 作 面 走 向 長 度 1560m， 工 作 面 長200m，工作面進、回風巷斷面尺寸 4m×3.3m，工作面風量 1677m 3 /min。

1.2 工作面可注性

根據 MT/T 1023-2006《煤層注水可注性鑒定方法》規定，當原有水分 W ≤ 4%、孔隙率 n ≥ 4%、吸水率 δ ≥ 1% 和堅固性系數 f ≥ 0.4，則該工作面具有可注性。通過對該采煤工作面的煤樣分析，原始自然水分為 1.02%，煤樣孔隙率為 2.92%，煤樣72h 平均吸水率 1.71%，煤樣堅固性系數 0.49。由于煤樣吸水率較強，且煤質較硬，打鉆時可以順利成孔，因此本工作面煤層具有可注性。參照本工作面作業規程及其他資料，準備在回風順槽實施單向鉆孔方式煤層注水。

2 分段磁翻柱液位計技術

2.1 分段磁翻柱液位計器的選擇

本文采用 FSFZ38/16 型分段式注水用封孔器具有分段注水、封孔深度大、注水效果好等特點，因此采用分段式封孔注水方案。該方案具有以下特點：

（1） 實 現 高 壓 注 水， 注 水 壓 力 zui 大 達16MPa。

（2）封孔深度深，采用水力膨脹式封孔器封孔深度可達 5m 以上。

（3）封孔器采用特殊結構設計，實現在卸壓帶和應力集中帶分別注水，注水效果好。

（4）水箱具有高低水位自動控制功能，實現高水位自動停水、低水位自動斷電的功能。

（5）封孔器可以重復使用。

（6）通過對系統的設置，可以實現動、靜壓交替注水。封孔器如圖 1 所示。

2.2 磁翻柱液位計技術

本方案采用水力膨脹封孔技術進行封孔，將封孔位置分別設置在煤體卸壓帶和應力集中帶，從而提高注水效果。首先利用分段式磁翻柱液位計器的第一段封孔器在卸壓帶內進行封孔注水，使卸壓帶的煤體得到充分的濕潤，關閉第一段封孔器進水閥門，使第一段封孔器仍處于膨脹封孔狀態；然后利用分段式注水用封孔器的第二段封孔器在應力集中帶內進行封孔注水，使完全卸壓帶、卸壓帶和集中應力帶的煤體得到進一步的濕潤，關閉第二段封孔器進水閥門，使第二段封孔器仍處于膨脹封孔狀態；當注水完成后，在卸載停泵的同時，打開注水用分段式封孔器的第一段封孔器、第二段封孔器的進水閥門和調壓閥門，注水用分段式封孔器利用鉆孔內外壓差，自動彈出鉆孔。

2.3 磁翻柱液位計系統

磁翻柱液位計系統由 BPW-80/31.5 型噴霧泵、自動控制水箱、SGS型雙功能高壓水表，DF-Ⅲ型分流器、單向閥及截止閥等組成。

2.3.1 系統電路

系統需連接 660/1140V 電源，其中 660V 采用三角形連接方式，1140V 采用星形連接方式。系統需要配備電纜和專用電磁啟動開關，泵站和水箱需安置在平板車上。

2.3.2 系統水路

系統水路要求在磁翻柱液位計 20m 范圍內有水源，且有 KJ32 的快接出口，如水源離注水地點過遠，則需另外配備水管和短接。

3 注水工藝

3.1 工藝參數

（1）注水壓力：16MPa；

（2） 單 孔 注 水 總 量： 按 煤 體 水 分 增 量至 少 2% 計 算，5m 間 距 的 注 水 孔 注 水 量 為3.95×5×110×1.35×2% ＞ 60m 3 ；

（3）注水時間：每天動、靜壓交替注水時間總計 22 h（其中磁翻柱液位計不低于每班 2h）。注水流量一般在 0.3m 3 /h~2m 3 /h，由于西曲礦煤質滲透性弱，將注水流量暫定為 0.6m 3 /h，磁翻柱液位計流量為80L/min，因此每天的注入水量為 0.6×20+80×10 -3 ×60×2/5=13.92m 3 ，因此總注水時間為 4.3d（以上注水時間為經驗數據計算時間，實際注水時間以注水總流量達到規定值）；

（4）同時注水鉆孔數量：5 個鉆孔為一組，間距 5m；

（5）鉆孔位置：回風順槽煤壁中部，距離工作面 110m，封孔器外露不超過 500mm。

3.2 動、靜壓注水工藝的實施

（1）將設備運到固定地點，將設備接好，連通水電。

（2）查看煤壁是否有瓦斯抽放孔或殘孔，有則須用水泥砂漿或聚氨酯進行封孔。

（3）關閉靜壓進水管路，5 個注水孔同時進行磁翻柱液位計，磁翻柱液位計總時間為 2h。zui外側封孔器注水時間和zui里側封孔器注水時間分別規定為

5~10min 和 110min：

① 進 行 zui 外 側 封 孔 器 注 水， 注 水 壓 力 為16MPa。若所有鉆孔周圍煤壁出現掛汗但未到注水時間，則繼續注水到規定時間；若某一鉆孔周壁出現出水現象，而其他鉆孔未出現，則關閉該路壓力水，繼續進行其他孔的磁翻柱液位計；若所有鉆孔周圍煤壁出現出水現象，立即停止注水（即使注水時間很短），開始進行zui里側封孔器注水。

② 進 行 zui 里 側 封 孔 器 注 水， 注 水 壓 力 為16MPa。若磁翻柱液位計時間未到但所有煤壁已經掛汗，則繼續注水到規定時間；若某一鉆孔周壁出現出水現象，而其他鉆孔未出現，則關閉該路壓力水，繼續進行其他孔的磁翻柱液位計；若所有鉆孔周圍煤壁出現出水現象，則停止磁翻柱液位計（即使注水時間很短），直接切換到靜壓注水。記錄磁翻柱液位計時間和每個注水孔在不同注水階段的流量。

③ 關閉水泵電源和泵出水閥門，打開靜壓水管閥門，切換到靜壓注水。

④ 第二天下井記錄靜壓注水時間和流量，切換到磁翻柱液位計方式。以后每天重復進行第二步至第四步注水步驟，直至注水達到規定時間。

4 注水鉆孔布置及效果檢驗

4.1 注水鉆孔布置方式

本方案在回風順槽進行工作面單向鉆孔布置方式注水。一組注水孔共布置 5 個，注水孔間距為 5m。第一個注水孔距開切眼 100m，鉆孔深度110m，鉆孔直徑為50mm。注水鉆孔布置如圖2所示。

4.2 含水率考察

注水潤濕半徑確定方法如圖 3 所示。在測試孔中每鉆 10m 采集一個煤樣測定含水率。

1 # 鉆孔為注水孔，2 # ～ 6 # 為測試鉆孔，布置間距均為0.5m。不同間距煤體含水率變化如圖4所示。由圖 4 可知，距注水孔水平距離越近，煤體含水率越大。在間距為 2.5m 時，測試孔中煤體含水率接近煤體中的原始含水率，因此可認為注水孔的有效潤濕半徑為 2.5m，鉆孔布置間距為 5m 是合適的。在垂直距離上，隨著與回風巷距離的增加，注水距離增大，在 50m 以后煤體含水率下降幅度較大，但均大于煤體原始含水率。

4.3 降塵效果考察

為了檢驗注水后降塵效果，在工作面推進到注水區域內時，沿工作面回風方向進行測點布置。注水后降塵效果如圖 5 所示。

由圖 5 可以看出，注水后的平均粉塵濃度明顯要低于注水前，煤層注水降塵效果明顯。降塵效率呈現正態分布的趨勢，在距上隅角 100m 左右的位置降塵效率zui大，此位置正是采煤機割煤的區域。采煤機區域粉塵濃度的降低，改善了工作面割煤環境，提高了工人的勞動效率。

5 結論

（1）采用分段封孔器，將封孔位置分別設置在煤體卸壓帶和應力集中帶，能夠有效提高煤層注水效果。

（2）通過動、靜壓交替來實現煤層深孔高壓注水潤濕，在深孔有效影響半徑范圍內均能被潤濕。

（3）注水后工作面整個斷面的降塵效率呈現正態分布的趨勢，在采煤機切割煤壁的地方降塵效率達到zui高，從而有效地保護了工作環境。