1 工作面概况及可注性分析

1.1 工作面概况

18306 工作面煤层厚度 3.70~4.20m，煤层倾角3 °～ 7 °，平均 4 °，直接顶为 4.36m 石灰岩，直接底为 2.70m 细砂岩。18306 工 作 面 走 向 长 度 1560m， 工 作 面 长200m，工作面进、回风巷断面尺寸 4m×3.3m，工作面风量 1677m 3 /min。

1.2 工作面可注性

根据 MT/T 1023-2006《煤层注水可注性鉴定方法》规定，当原有水分 W ≤ 4%、孔隙率 n ≥ 4%、吸水率 δ ≥ 1% 和坚固性系数 f ≥ 0.4，则该工作面具有可注性。通过对该采煤工作面的煤样分析，原始自然水分为 1.02%，煤样孔隙率为 2.92%，煤样72h 平均吸水率 1.71%，煤样坚固性系数 0.49。由于煤样吸水率较强，且煤质较硬，打钻时可以顺利成孔，因此本工作面煤层具有可注性。参照本工作面作业规程及其他资料，准备在回风顺槽实施单向钻孔方式煤层注水。

2 分段磁翻柱液位计技术

2.1 分段磁翻柱液位计器的选择

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、注水效果好等特点，因此采用分段式封孔注水方案。该方案具有以下特点：

（1） 实 现 高 压 注 水， 注 水 压 力 zui 大 达16MPa。

（2）封孔深度深，采用水力膨胀式封孔器封孔深度可达 5m 以上。

（3）封孔器采用特殊结构设计，实现在卸压带和应力集中带分别注水，注水效果好。

（4）水箱具有高低水位自动控制功能，实现高水位自动停水、低水位自动断电的功能。

（5）封孔器可以重复使用。

（6）通过对系统的设置，可以实现动、静压交替注水。封孔器如图 1 所示。

2.2 磁翻柱液位计技术

本方案采用水力膨胀封孔技术进行封孔，将封孔位置分别设置在煤体卸压带和应力集中带，从而提高注水效果。首先利用分段式磁翻柱液位计器的第一段封孔器在卸压带内进行封孔注水，使卸压带的煤体得到充分的湿润，关闭第一段封孔器进水阀门，使第一段封孔器仍处于膨胀封孔状态；然后利用分段式注水用封孔器的第二段封孔器在应力集中带内进行封孔注水，使完全卸压带、卸压带和集中应力带的煤体得到进一步的湿润，关闭第二段封孔器进水阀门，使第二段封孔器仍处于膨胀封孔状态；当注水完成后，在卸载停泵的同时，打开注水用分段式封孔器的第一段封孔器、第二段封孔器的进水阀门和调压阀门，注水用分段式封孔器利用钻孔内外压差，自动弹出钻孔。

2.3 磁翻柱液位计系统

磁翻柱液位计系统由 BPW-80/31.5 型喷雾泵、自动控制水箱、SGS型双功能高压水表，DF-Ⅲ型分流器、单向阀及截止阀等组成。

2.3.1 系统电路

系统需连接 660/1140V 电源，其中 660V 采用三角形连接方式，1140V 采用星形连接方式。系统需要配备电缆和专用电磁启动开关，泵站和水箱需安置在平板车上。

2.3.2 系统水路

系统水路要求在磁翻柱液位计 20m 范围内有水源，且有 KJ32 的快接出口，如水源离注水地点过远，则需另外配备水管和短接。

3 注水工艺

3.1 工艺参数

（1）注水压力：16MPa；

（2） 单 孔 注 水 总 量： 按 煤 体 水 分 增 量至 少 2% 计 算，5m 间 距 的 注 水 孔 注 水 量 为3.95×5×110×1.35×2% ＞ 60m 3 ；

（3）注水时间：每天动、静压交替注水时间总计 22 h（其中磁翻柱液位计不低于每班 2h）。注水流量一般在 0.3m 3 /h~2m 3 /h，由于西曲矿煤质渗透性弱，将注水流量暂定为 0.6m 3 /h，磁翻柱液位计流量为80L/min，因此每天的注入水量为 0.6×20+80×10 -3 ×60×2/5=13.92m 3 ，因此总注水时间为 4.3d（以上注水时间为经验数据计算时间，实际注水时间以注水总流量达到规定值）；

（4）同时注水钻孔数量：5 个钻孔为一组，间距 5m；

（5）钻孔位置：回风顺槽煤壁中部，距离工作面 110m，封孔器外露不超过 500mm。

3.2 动、静压注水工艺的实施

（1）将设备运到固定地点，将设备接好，连通水电。

（2）查看煤壁是否有瓦斯抽放孔或残孔，有则须用水泥砂浆或聚氨酯进行封孔。

（3）关闭静压进水管路，5 个注水孔同时进行磁翻柱液位计，磁翻柱液位计总时间为 2h。zui外侧封孔器注水时间和zui里侧封孔器注水时间分别规定为

5~10min 和 110min：

① 进 行 zui 外 侧 封 孔 器 注 水， 注 水 压 力 为16MPa。若所有钻孔周围煤壁出现挂汗但未到注水时间，则继续注水到规定时间；若某一钻孔周壁出现出水现象，而其他钻孔未出现，则关闭该路压力水，继续进行其他孔的磁翻柱液位计；若所有钻孔周围煤壁出现出水现象，立即停止注水（即使注水时间很短），开始进行zui里侧封孔器注水。

② 进 行 zui 里 侧 封 孔 器 注 水， 注 水 压 力 为16MPa。若磁翻柱液位计时间未到但所有煤壁已经挂汗，则继续注水到规定时间；若某一钻孔周壁出现出水现象，而其他钻孔未出现，则关闭该路压力水，继续进行其他孔的磁翻柱液位计；若所有钻孔周围煤壁出现出水现象，则停止磁翻柱液位计（即使注水时间很短），直接切换到静压注水。记录磁翻柱液位计时间和每个注水孔在不同注水阶段的流量。

③ 关闭水泵电源和泵出水阀门，打开静压水管阀门，切换到静压注水。

④ 第二天下井记录静压注水时间和流量，切换到磁翻柱液位计方式。以后每天重复进行第二步至第四步注水步骤，直至注水达到规定时间。

4 注水钻孔布置及效果检验

4.1 注水钻孔布置方式

本方案在回风顺槽进行工作面单向钻孔布置方式注水。一组注水孔共布置 5 个，注水孔间距为 5m。第一个注水孔距开切眼 100m，钻孔深度110m，钻孔直径为50mm。注水钻孔布置如图2所示。

4.2 含水率考察

注水润湿半径确定方法如图 3 所示。在测试孔中每钻 10m 采集一个煤样测定含水率。

1 # 钻孔为注水孔，2 # ～ 6 # 为测试钻孔，布置间距均为0.5m。不同间距煤体含水率变化如图4所示。由图 4 可知，距注水孔水平距离越近，煤体含水率越大。在间距为 2.5m 时，测试孔中煤体含水率接近煤体中的原始含水率，因此可认为注水孔的有效润湿半径为 2.5m，钻孔布置间距为 5m 是合适的。在垂直距离上，随着与回风巷距离的增加，注水距离增大，在 50m 以后煤体含水率下降幅度较大，但均大于煤体原始含水率。

4.3 降尘效果考察

为了检验注水后降尘效果，在工作面推进到注水区域内时，沿工作面回风方向进行测点布置。注水后降尘效果如图 5 所示。

由图 5 可以看出，注水后的平均粉尘浓度明显要低于注水前，煤层注水降尘效果明显。降尘效率呈现正态分布的趋势，在距上隅角 100m 左右的位置降尘效率zui大，此位置正是采煤机割煤的区域。采煤机区域粉尘浓度的降低，改善了工作面割煤环境，提高了工人的劳动效率。

5 结论

（1）采用分段封孔器，将封孔位置分别设置在煤体卸压带和应力集中带，能够有效提高煤层注水效果。

（2）通过动、静压交替来实现煤层深孔高压注水润湿，在深孔有效影响半径范围内均能被润湿。

（3）注水后工作面整个断面的降尘效率呈现正态分布的趋势，在采煤机切割煤壁的地方降尘效率达到zui高，从而有效地保护了工作环境。