三軟煤層沿底掘巷注水防瓦斯防煤塵技術探討
鄭煤集團公司超化煤礦開采的二疊係山西組二1煤層屬“三軟”不穩定厚煤層，煤層的頂板、底板均由硬度低的泥岩或砂質泥岩組成，頂板隨開采活動隨采隨落，底板也易發生底鼓現象，煤層鬆軟破碎。礦井1993年投產，原設計生產能力90萬t/a，經過技術改造後礦井生產能力提高到240萬t/a，裝備一綜一炮兩個放頂煤工作麵組織生產，開采方法為一次采全高，全部垮落法管理頂板。礦井瓦斯區呈條帶分布，掘進時易揭露煤層瓦斯富集區，巷道內瓦斯湧出量大，導致瓦斯時常超限，對於采用綜掘機掘時的煤巷掘進麵瓦斯問題更為突出。采取大功率對旋局部通風機、大直徑強力風筒供風，增加有效供風量稀釋排放湧出的瓦斯，但增風排瓦斯的能力是有限製的，同時風量過大對降塵和優化作業環境不利。因頂煤鬆軟破碎掉落造成瓦斯超限情況仍經常發生，嚴重製約著掘進安全和掘進進度。探索“三軟”煤層沿空沿底掘進大斷麵巷道防頂煤冒落、防瓦斯、防煤塵技術刻不容緩。
1 試驗區概況
試驗在21051綜采工作麵上副巷沿底煤巷掘進工作麵進行，該巷道采用綜掘機進行掘進，巷道淨斷麵10.5m2。該掘進工作麵上鄰13013采空區，煤層傾角4°～11.5°，煤層平均厚度9.9m，煤體呈黑色粉末狀，煤質屬中灰、低硫、高發熱量，硬度低，煤層硬度係數f＝0.1～0.3，極易破碎。直接頂，底板均為砂質泥岩，直接頂厚度1.97m，直接底厚度為6.17m，掘進工作麵存在高瓦斯區，瓦斯湧出量1.0～3.0m3/min。
2 注水防治瓦斯及煤塵機理
通過向煤體鑽孔注水，煤體內水分增加，使煤體濕潤，達到主動減少掘進時煤塵產生量的目的；同時，注水後水份占據著煤體內的部分空間，減少了煤孔隙的有效容積，導致透氣性能的降低，由於水形成的薄膜附在孔隙內表麵上，從而封閉了瓦斯排放，煤層瓦斯排放量減少，使注水濕潤後的煤體比幹煤的瓦斯放散速度小，放散瓦斯量少，從而起到注水對煤層瓦斯湧出的抑製作用。注水後頂部煤體的整體穩定性增強，煤的堅固性相對增加，從而降低了掘進巷道迎頭頂煤片幫、冒頂發生的幾率，消除因頂煤冒落造成的瓦斯超限。
3 注水參數選擇
3.1 注水壓力
注水壓力大小直接關係到透水半徑、注水時間和注水效果。二1煤具有鬆軟、強度低、易破碎以及透水性差的特點，所以注水壓力過高，不利於迎頭煤壁管理和煤壁的養護，注水壓力小則有效滲水半徑小，需要注水時間長，注水效果差。通過現場試驗，注水壓力超過4MPa，煤壁易片幫，低於2MPa，潤濕半徑太小，注水效果不好。因此，注水壓力選定在2～4MPa。
3.2 注水孔布置
巷道掘進采用U型鋼掛塑料編織網支護，巷道淨斷麵積10.5m2，根據現場試驗，水壓在3MPa時水的潤濕半徑達3～4m，因此全斷麵注水孔采用兩組共6個孔布置，由於使用封孔器長度為1～1.5m，要保證一定量的潤濕麵積，注水孔深度必須大於2m，且越深潤濕麵積越大，但注水孔過深影響打孔效率，且注水孔超過卸壓區後，裂隙減少，達不到預期效果，受上述條件製約，根據現場試驗，注水孔長度選定為5m。第一組3個孔距巷道輪廓線下0.3m處左右拱及拱頂開孔，為保證注水控製巷道頂煤不小於2m，孔仰角25°向頂煤注水；第二組3個孔距巷底1m布置，孔間距1.5m，鑽孔沿水平方向向掘進麵前方布置。
4 注水工藝
在交接班時間和掘進麵簡單檢修期間進行注水工作。
1）打孔：打鑽工藝對保證鑽孔質量，提高封孔質量十分重要，由於鑽孔在掘進麵施工，鑽孔深度淺，采用礦用隔爆型9 7 312 4 8 : 來源：易安網
煤電鑽配合輕型可接麻花鑽杆即能滿足打鑽杆即能滿足打鑽需要。2）封孔：封孔工藝是煤體注水的一個主要技術環節，目前國內有泥砂漿封孔和封孔器封孔兩種方法，經多方比較，采用Bimbar-1型橡膠封孔器封孔是軟煤層最佳封孔方法，且使用方便，操作簡單，在加壓後能實現封孔器與鑽孔壁的無縫結合。
3）注水流程：利用掘進巷道內敷設的防塵管路供水，工藝流程是：打孔→連接管道→安裝封孔器→供水。注水工藝融合進掘進麵生產工藝之中，每個掘進班前30min先進行煤體注水，全斷麵分兩組注水，每組3個孔，每組注水時間約需10min，全斷麵完成注水工藝需20min，以後每掘進5m再重複上述注水工藝。
5 效果03manbetx
1）掘進期間迎頭頂煤易於控製，鬆散幹燥的煤體注水後增強了頂煤及煤壁的整體性、穩定性、片幫、冒項得到了有效控製。
2）巷道內瓦斯湧出量明顯減少，平均減少0.6m3/min，瓦斯超限問題得到了有效控製。
3）通過對掘進工麵作正常掘進生產時期掘進巷道內回風流中煤塵濃度的測定統計情況03manbetx ,采取注水措施後掘進巷道風流中的煤塵濃度平均降低約30mg/m3，實現了巷道風流中煤塵濃度基本保證在10mg/m3以內，符合《煤礦安全01manbetx 》的有關規定，有利於改善作業環境和保障作業人員身體健康。
4）通過注水前後掘進進度數據的統計比較，采取注水措施後掘進進度比注水平均提高2.4m/班，一個機掘麵僅出煤一項年創經濟效益307萬元。
6 結語
1）“三軟”厚煤層沿底大斷麵掘進巷道采取迎頭煤壁注水工藝防瓦斯、防煤塵，技術上可行、操作簡便、維護簡單、安全可靠。
2）在保證掘進進度有所提高的前提下，掘進麵迎頭煤壁注水防瓦斯、防煤塵效果明顯。
3）注水安排在交接班時間和掘進麵簡單檢修期間，注水工作基本不占用正常掘進時間。
4）結合超化礦掘進工作麵和供水管路靜壓水壓力實際情況，掘進麵迎頭煤壁注水可直接采用供水管路靜壓水壓力來代替常規注水泵，並取得了良好的防治瓦斯和煤塵效果。
