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[摘 要]攀枝花煤矿1071（2）工作面煤层具有高突、松软、透水性差等特殊条件，针对常规的煤层注水防尘效果不理想的问题，对煤层注水的方式、条件及注水效果进行了研究，采取在开采下保护层卸压消突并抽放“泄压增透增流”状态下的瓦斯后，利用顺层瓦斯钻孔进行注水，取得经济、高效的注水防尘效果。采煤工作面除尘率由以往的低状态提高到56.63%。
[关键词]煤层注水 高突松软煤层 下保护层 卸压注水 防尘
中图分类号：X736 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0168-02
0.引言
煤层注水是防治煤与瓦斯突出、煤尘爆炸和煤肺病的主要技术之一。采动泄压是提高被保护煤层群透气性的根本性措施。针对低透气性高瓦斯煤层群开采问题，我国学者在长期的理论研究和工程实践中不断总结创新，将保护层开采的“泄压增透增流”和穿层钻孔强化泄压瓦斯抽采相结合，利用采动泄压影响，通过打钻和其他有效技术强化泄压煤层的瓦斯抽采，逐渐形成了独特的煤与瓦斯共采体系，并在淮南、松藻等矿区得到了良好应用[1-10]。虽然国内的专家学者们在煤层注水防尘方面研究颇多，推出了许多关于煤层注水防尘好的方法，但在将前述的理论研究和工程实践嫁接创新到煤层注水防尘方面的研究却很少。笔者认为，“泄压增透增流”技术不仅是抽釆瓦斯、突出防治的关键，同样是高突、松软、低透水性煤层注水防尘的关键，笔者以水城县鸡场攀枝花煤矿2005-2010年的煤层注水为研究对象，对开采下保护层、“卸压增透增流”后经济、高效的煤层注水防尘进行了研究。
1.煤层概况
1.1 工作面概况
研究现场为贵州贵能投资（集团）股份有限公司鸡场攀枝花煤矿（老系统）1071（2）两个采煤工作面。走向长分别为400m、420m，倾斜长均为100m，煤层平均厚度2.78m，平均倾角22°，煤层结构较简单，因受构造应力影响，煤质松散易碎、强度低，属于典型的松软低透水性突出煤层，又俗称“糠煤”。工作面整体呈一单斜构造，煤层底板起伏不大，工作面基本顶、直接底为粉砂质泥岩，属贫瘦煤，煤层易自燃，具有爆炸性，工作面绝对瓦斯涌出量16 m3/min。工作面采用走向长壁后退式采煤法，1071（2）工作面一次采全高，全部垮落法管理顶板。
1.2 煤层注水条件分析
7煤工作面煤层注水防尘困难因素：①煤层普氏系数为0.16-0.54，平均为0.26，煤质松软，煤层产尘量大，研究表明[8]，软煤的产尘率要比硬煤大得多，某些矿井松软煤层综放工作面煤尘质量浓度最大达到2000mg/m3，而一般硬煤层的煤尘质量浓度为200mg/ m3。②煤层孔隙率最大为9%，煤层透水性差。③突出软煤层成孔率低，喷孔塌孔现象严重，封孔困难，一般经过一周左右，多数钻孔呈闭孔状态。④由于7煤属于突出危险性大的松软煤层，渗透率低，在未采取开采保护层充分卸压之前的其他方式的注水效果都不理想。
2.煤层注水条件比较
煤层透水性的条件尤为重要，它是决定注水效果的首要条件，按照 “卸壓增透增流”效果分类，将煤层注水状态分为两大类：①充分卸压注水。通过对近距离煤层群开采上（下）保护层后，被保护层（注水煤层）的工作面充分卸压，煤层裂隙发育，透水性强，1071（2）工作面通过先开采其下保护护层1121（3）、1122（4）工作面（采高1.8-2.1m，距7煤29m），同时抽釆7煤大量采动卸压瓦斯后的注水，属于充分卸压注水。②未充分卸压注水。虽然经过施工本煤层顺层钻孔预抽卸压后注水，但针对突出软煤层而言，顺层钻孔卸压不可取，主要因为钻孔施工过程中喷孔频繁具有喷孔伤人或诱发突出安全事故，闭孔严重，通过反复打钻或水力冲孔等方式卸压所需时间及人力、物力投入较大，注水难度大、效果差。
3.煤层注水方式
3.1 高抽巷顺层钻孔与本煤层钻孔相结合注水
为解决1121（3）、1122（4）工作面回采期间上覆1071（2）计划工作面的大量卸压瓦斯涌出到工作面，同时考虑12煤工作面煤层注水防尘工作，分别1121（3）、在1122（4）工作面顶板上方裂隙带布置了高抽巷，掘进过程中，在高抽巷下帮顺层施工下行孔进行预注水（回采期间仃止注水，仅抽放工作面顶板上方裂隙带瓦斯，“注抽合一”），孔深50-60m，孔间距为10米，钻孔直径为75mm，采用动压注水，压力为13-15Mpa，1121（3）、1122（4）工作面回采前，利用掘进过程中预抽本煤层瓦斯的顺层钻孔（煤质坚硬，钻孔成形好）进行第二次注水，回采过程中，工作面本煤层最大煤尘质量浓度最大84mg/ m3，平均为77 mg/ m3，除尘率平均达61.36%，详见表1。
3.2 顺层钻孔“抽注合一”钻孔注水
两个区段的1121（3）、1122（4）工作面回采结束后，1071（2）工作面区域得到全覆盖充分卸压，具备了 “卸压增透增流”状态下的瓦斯治理和煤层注水的良好条件。
充分利用本煤层顺层预抽瓦斯钻孔进行注水，由于1071（2）工作面卸压效果较理想，同时瓦斯抽采到位，1071（2）顺层瓦斯钻孔高负预抽瓦斯仅20天，钻孔内瓦斯基本都从20%降至5%以下，且钻孔因煤质变硬、成形好，具备注水条件。“抽注合一”钻孔参数：孔深50，孔间距为2-3m，钻孔直径75mm，倾角20-24°，沿工作面回风巷（下行孔）、运输巷（上行孔）布置。采用静压注水，注水压力3Mpa。
4.注水防尘效果分析
为了比较注水防尘效果，通过先开采突出危险性较低的下保护层1121（3）、1122（4）工作面后，1071（2）工作面得到充分卸压，对1071（2）工作面炮采期间主要生产工序的粉尘质量浓度及除尘率进行了实测，见表2，7煤在充分卸压后，改变了煤质硬度，增大了渗透率，钻孔成形好，注水后，工作面回采期间，最大粉尘质量浓度由485mg/ m3降低至210mg/ m3，平均浓度为198 mg/ m3，各测尘地点除尘率均超过55%，除尘率平均为56.63%。而在未采取“卸压增透增流”的注水防尘工作之前的煤层注水防尘效果因不具备注水条件而根本谈不上。
（备注：综采工作面还可通过机组内外喷雾将除尘率提高10个百分点左右。）
5. 结语
针对攀枝花煤矿7煤工作面高突出性、煤层松软、渗透率低、透水性差等造成注水防尘困难的特殊性，采取了先开采下保护层充分卸压，在“卸压增透增流”状态下，利用顺层瓦斯钻孔进行静压注水，实现了钻孔的“抽注合一”和“注抽合一”，取得了既经济节约，又简易高效的煤层注水防尘效果，特别是对当前产尘量更大的高突松软煤层综采、综放工作面，更加值得借鉴。
参考文献
[1] 程远平，俞启香，袁亮，等.煤与远程卸压瓦斯安全高效共采试验研究[J] .中国矿业大学报，2004，33（2）：132-136.
[2] 袁亮，低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27（7）：1370-1378.
[3] 袁亮.卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术体系[J].煤炭学报，2009，34（1）：1-8.
[4] 杨治国，田建辉，张力友，等.三软不稳定煤层深孔注水防尘与注浆防片帮技术（J）.煤炭科学技术，2012，40（9）：60-63.
[5] 王维虎. 煤层注水防尘技术的应用现状及展望[J].煤炭科学技术，2011，39（1）：57-60.
[6] 程卫民，刘向升，郭允相，等.综放工作忙煤层混合式注水防尘技术（J）.煤炭科学技术，2008，36（9）：38-42.
[7] 唐爱东，王广智.高位钻场近水平钻孔在低透气煤层瓦斯治理中的应用（J）.煤矿安全，2008，39（6）：18-22.
[8] 张英华，梁铜柱，崔景昆.高水材料在“三软”煤层注水、防尘、封孔技术中的应用（J）.煤炭学报，2003，28（1）：46-49.
[9] 吴金刚，郭军杰，李守振.特殊条件煤层注水防尘钻孔布置方式及效果研究（J）.煤炭科学技术，2013，41（8）：65-67.
[10] 刘珂铭，张勇，许力峰，等.近距离煤层群瓦斯立体抽采技术研究（J）.煤炭科学技术，2012，40（6）：46-50.
[关键词]煤层注水 高突松软煤层 下保护层 卸压注水 防尘
中图分类号：X736 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0168-02
0.引言
煤层注水是防治煤与瓦斯突出、煤尘爆炸和煤肺病的主要技术之一。采动泄压是提高被保护煤层群透气性的根本性措施。针对低透气性高瓦斯煤层群开采问题，我国学者在长期的理论研究和工程实践中不断总结创新，将保护层开采的“泄压增透增流”和穿层钻孔强化泄压瓦斯抽采相结合，利用采动泄压影响，通过打钻和其他有效技术强化泄压煤层的瓦斯抽采，逐渐形成了独特的煤与瓦斯共采体系，并在淮南、松藻等矿区得到了良好应用[1-10]。虽然国内的专家学者们在煤层注水防尘方面研究颇多，推出了许多关于煤层注水防尘好的方法，但在将前述的理论研究和工程实践嫁接创新到煤层注水防尘方面的研究却很少。笔者认为，“泄压增透增流”技术不仅是抽釆瓦斯、突出防治的关键，同样是高突、松软、低透水性煤层注水防尘的关键，笔者以水城县鸡场攀枝花煤矿2005-2010年的煤层注水为研究对象，对开采下保护层、“卸压增透增流”后经济、高效的煤层注水防尘进行了研究。
1.煤层概况
1.1 工作面概况
研究现场为贵州贵能投资（集团）股份有限公司鸡场攀枝花煤矿（老系统）1071（2）两个采煤工作面。走向长分别为400m、420m，倾斜长均为100m，煤层平均厚度2.78m，平均倾角22°，煤层结构较简单，因受构造应力影响，煤质松散易碎、强度低，属于典型的松软低透水性突出煤层，又俗称“糠煤”。工作面整体呈一单斜构造，煤层底板起伏不大，工作面基本顶、直接底为粉砂质泥岩，属贫瘦煤，煤层易自燃，具有爆炸性，工作面绝对瓦斯涌出量16 m3/min。工作面采用走向长壁后退式采煤法，1071（2）工作面一次采全高，全部垮落法管理顶板。
1.2 煤层注水条件分析
7煤工作面煤层注水防尘困难因素：①煤层普氏系数为0.16-0.54，平均为0.26，煤质松软，煤层产尘量大，研究表明[8]，软煤的产尘率要比硬煤大得多，某些矿井松软煤层综放工作面煤尘质量浓度最大达到2000mg/m3，而一般硬煤层的煤尘质量浓度为200mg/ m3。②煤层孔隙率最大为9%，煤层透水性差。③突出软煤层成孔率低，喷孔塌孔现象严重，封孔困难，一般经过一周左右，多数钻孔呈闭孔状态。④由于7煤属于突出危险性大的松软煤层，渗透率低，在未采取开采保护层充分卸压之前的其他方式的注水效果都不理想。
2.煤层注水条件比较
煤层透水性的条件尤为重要，它是决定注水效果的首要条件，按照 “卸壓增透增流”效果分类，将煤层注水状态分为两大类：①充分卸压注水。通过对近距离煤层群开采上（下）保护层后，被保护层（注水煤层）的工作面充分卸压，煤层裂隙发育，透水性强，1071（2）工作面通过先开采其下保护护层1121（3）、1122（4）工作面（采高1.8-2.1m，距7煤29m），同时抽釆7煤大量采动卸压瓦斯后的注水，属于充分卸压注水。②未充分卸压注水。虽然经过施工本煤层顺层钻孔预抽卸压后注水，但针对突出软煤层而言，顺层钻孔卸压不可取，主要因为钻孔施工过程中喷孔频繁具有喷孔伤人或诱发突出安全事故，闭孔严重，通过反复打钻或水力冲孔等方式卸压所需时间及人力、物力投入较大，注水难度大、效果差。
3.煤层注水方式
3.1 高抽巷顺层钻孔与本煤层钻孔相结合注水
为解决1121（3）、1122（4）工作面回采期间上覆1071（2）计划工作面的大量卸压瓦斯涌出到工作面，同时考虑12煤工作面煤层注水防尘工作，分别1121（3）、在1122（4）工作面顶板上方裂隙带布置了高抽巷，掘进过程中，在高抽巷下帮顺层施工下行孔进行预注水（回采期间仃止注水，仅抽放工作面顶板上方裂隙带瓦斯，“注抽合一”），孔深50-60m，孔间距为10米，钻孔直径为75mm，采用动压注水，压力为13-15Mpa，1121（3）、1122（4）工作面回采前，利用掘进过程中预抽本煤层瓦斯的顺层钻孔（煤质坚硬，钻孔成形好）进行第二次注水，回采过程中，工作面本煤层最大煤尘质量浓度最大84mg/ m3，平均为77 mg/ m3，除尘率平均达61.36%，详见表1。
3.2 顺层钻孔“抽注合一”钻孔注水
两个区段的1121（3）、1122（4）工作面回采结束后，1071（2）工作面区域得到全覆盖充分卸压，具备了 “卸压增透增流”状态下的瓦斯治理和煤层注水的良好条件。
充分利用本煤层顺层预抽瓦斯钻孔进行注水，由于1071（2）工作面卸压效果较理想，同时瓦斯抽采到位，1071（2）顺层瓦斯钻孔高负预抽瓦斯仅20天，钻孔内瓦斯基本都从20%降至5%以下，且钻孔因煤质变硬、成形好，具备注水条件。“抽注合一”钻孔参数：孔深50，孔间距为2-3m，钻孔直径75mm，倾角20-24°，沿工作面回风巷（下行孔）、运输巷（上行孔）布置。采用静压注水，注水压力3Mpa。
4.注水防尘效果分析
为了比较注水防尘效果，通过先开采突出危险性较低的下保护层1121（3）、1122（4）工作面后，1071（2）工作面得到充分卸压，对1071（2）工作面炮采期间主要生产工序的粉尘质量浓度及除尘率进行了实测，见表2，7煤在充分卸压后，改变了煤质硬度，增大了渗透率，钻孔成形好，注水后，工作面回采期间，最大粉尘质量浓度由485mg/ m3降低至210mg/ m3，平均浓度为198 mg/ m3，各测尘地点除尘率均超过55%，除尘率平均为56.63%。而在未采取“卸压增透增流”的注水防尘工作之前的煤层注水防尘效果因不具备注水条件而根本谈不上。
（备注：综采工作面还可通过机组内外喷雾将除尘率提高10个百分点左右。）
5. 结语
针对攀枝花煤矿7煤工作面高突出性、煤层松软、渗透率低、透水性差等造成注水防尘困难的特殊性，采取了先开采下保护层充分卸压，在“卸压增透增流”状态下，利用顺层瓦斯钻孔进行静压注水，实现了钻孔的“抽注合一”和“注抽合一”，取得了既经济节约，又简易高效的煤层注水防尘效果，特别是对当前产尘量更大的高突松软煤层综采、综放工作面，更加值得借鉴。
参考文献
[1] 程远平，俞启香，袁亮，等.煤与远程卸压瓦斯安全高效共采试验研究[J] .中国矿业大学报，2004，33（2）：132-136.
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[3] 袁亮.卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术体系[J].煤炭学报，2009，34（1）：1-8.
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[7] 唐爱东，王广智.高位钻场近水平钻孔在低透气煤层瓦斯治理中的应用（J）.煤矿安全，2008，39（6）：18-22.
[8] 张英华，梁铜柱，崔景昆.高水材料在“三软”煤层注水、防尘、封孔技术中的应用（J）.煤炭学报，2003，28（1）：46-49.
[9] 吴金刚，郭军杰，李守振.特殊条件煤层注水防尘钻孔布置方式及效果研究（J）.煤炭科学技术，2013，41（8）：65-67.
[10] 刘珂铭，张勇，许力峰，等.近距离煤层群瓦斯立体抽采技术研究（J）.煤炭科学技术，2012，40（6）：46-50.