低渗煤层高压脉冲湿润剂注水防尘技术研究.pdf
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1、第 卷第期 年月山西煤炭 文章编号:()犇 犗 犐:低渗煤层高压脉冲湿润剂注水防尘技术研究吕林奎(潞安化工集团 新元公司,山西 晋中 )摘要:为提高低孔隙率难注水煤层注水效果,以新元矿井 工作面为研究对象,开展综采工作面高压脉冲注水和湿润剂防尘注水共同作用效果研究。通过实验对比不同类型及质量浓度湿润剂的表面张力和湿润角,选取最佳湿润剂类型及配比,在此基础上进行综采工作面煤层注水,分析脉冲注水前后采煤机割煤上、下部煤处粉尘质量浓度及煤层含水率的变化。结果表明:添加湿润剂进行脉冲注水后综采工作面降尘率在 之间,相较于传统注水方式降尘率提高 以上;煤体平均水分的质量分数为 ,平均水分质量分数增量为
2、。关键词:低渗煤层;脉冲注水;湿润剂;除尘中图分类号:文献标识码:开放科学(资源服务)标识码(犗 犛 犐 犇):犎 犻 犵 犺 狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲犘 狌 犾 狊 犲犪 狀 犱犠 犲 狋 狋 犻 狀 犵犃 犵 犲 狀 狋犠 犪 狋 犲 狉 犐 狀 犼 犲 犮 狋 犻 狅 狀犇 狌 狊 狋犆 狅 狀 狋 狉 狅 犾犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔犳 狅 狉犔 狅 狑犘 犲 狉 犿 犲 犪 犫 犻 犾 犻 狋 狔犆 狅 犪 犾 犛 犲 犪 犿犔 犢 犝犔 犻 狀 犽 狌 犻(犡 犻 狀 狔 狌 犪 狀犆 狅,犔 狋 犱,犔 狌犪 狀犆 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾犌 狉 狅 狌 狆犆
3、 狅,犔 狋 犱,犑 犻 狀 狕 犺 狅 狀 犵 ,犆 犺 犻 狀 犪)犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,;,犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:;随着我国科学技术的快速发展,综合机械化采煤工艺得到了非常广泛的应用,然而在综采工作面采煤效率迅速提高的同时,粉尘的产生量也急剧增加 。过高的粉尘含量不仅会降低作业现场能见度,加速设备磨损,引起工作人员呼吸系统病变,还可能造成粉尘爆炸,严重影响施工安全 。煤层注水可以从根源上减少煤体破碎时粉尘的产生量,是降低综采工作面粉尘含量最有效、最实用的技术手收稿日期:作者简介:吕林奎(),男,山西静乐人,本科,工程师,从事矿井通风与安全技术研究工作,:引文格式:吕林
4、奎低渗煤层高压脉冲湿润剂注水防尘技术研究山西煤炭,():,():段之一。但由于我国煤炭开采深度不断增加,煤层呈现出渗透性差、孔隙率低的特点,传统注水方式达不到预期的防尘效果 。基于此,科研工作者开展了大量研究。等通过数值模拟方法研究了水力脉 冲 频 率 与 煤 体 破 裂 之 间 的 关 系。等探讨了在煤层注水过程中表面活性剂浓度超过临界胶束浓度时的润湿机理。张仲坤 在斜沟煤矿 工作面开展现场试验,证明脉动注水相较于静压注水可以更好地湿润煤体。刘勇等 针对低孔隙难湿润煤层注水的问题,提出了超高压预裂动压发育静压可控的注水工艺及装备。邓健等 通过实验确定了湿润剂的合理添加量并进行了防尘注水实践应
5、用。徐连满等 将 与 混合形成一种复合湿润剂,通过优势互补作用有效增强了注水效果。以上研究通过改进煤层注水方式、添加湿润剂等途径提高了煤层注水抑尘效果,但两者间的共同作用效果尚未进行研究。本文结合新元煤矿 综采工作面实际条件,进行脉冲注水的同时在水中添加湿润剂,研究脉冲注水抑尘及湿润剂防尘共同作用对注水效果的影响。工程概况山西新元煤炭有限责任公司矿井位于沁水煤田西北部,矿井设计生产能力为 ,全矿井设计生产能力为 ,可采煤层有、和 下号共层。综采工作面采号煤层,煤层自西向东由薄变厚,又渐趋变薄,以中厚煤层为主,最厚处厚度达 左右。煤层属基本全井田可采的稳定煤层,其顶板为砂质泥岩、泥岩,局部为中、
6、细粒砂岩,底板为砂质泥岩,局部为细、粉砂岩。煤层水分平均质量分数为 ,原煤含水率较低,回采时煤尘较大,且存在渗透率低、硬度高及难注水等问题。高压脉冲注水原理及方法 高压脉冲注水原理煤层注水降尘技术是在工作面推进前,向煤体打注水钻孔,通过所打的钻孔向煤体内注水,使水均匀地侵入到煤层的裂隙和孔隙当中,从而降低了产生浮游煤尘的能力。高压脉冲注水就是利用脉冲式高压注水过程中水的压力波动性所形成的水击、“水劈”作用,有效改善煤层内部孔隙、裂隙的张开性和沟通性,并在煤层内部产生新的、相互关联的煤体裂隙网,能有效改善煤层渗透性,提供水进入煤体,特别是进入内部微细孔裂隙的通道,从而实现均匀湿润煤体的目的。高压
7、脉动注水方法 注水泵选择本次注水选用 型脉冲式煤层注水泵(图)。该款注水泵具有设计简单、结构紧凑、体积适中、泵效高、流量大、运行平稳、安全可靠、噪音小、操作简便等特点,适用于各种类型煤层,特别是难注水煤层。图 型脉冲式煤层注水泵 注水系统布置综采工作面脉冲式高压注水系统由脉冲式煤层注水泵、高压水表、注水集成块以及注水管路系统组成。由于脉冲式煤层注水泵输出压力的强脉动性,其注水压力由脉冲注水泵压力显示器手动测定,间断直接显示,脉冲强度根据煤层的渗透能力自动调节;静压注水压力由注水集成块上安设的压力表显示。在注水集成块上分别设有脉冲式高压水和静压水接口,并在注水集成块内部对应的接口安设单向止回阀,
8、从而实现关闭脉冲式高压注水的同时自动切换到静压注水。各注水钻孔的注水量由安设在注水钻孔前的高压水表进行计量。工作面采用“两堵一注”双侧长钻孔注水,注水孔间距为 ,钻孔深度为,孔径为。在工作面进行注水时,个注水孔作为一个注水单元同时进行注水,其中号孔和号孔注水压力略小于号孔,这样号孔和号孔中的注水压力会对号孔的注水效果起到“封堵”作用,减少号孔和号孔跑水的可能。注水系统布置如图所示。第期吕林奎:低渗煤层高压脉冲湿润剂注水防尘技术研究 注水钻孔;封孔段;高压水表;阀门;注水集成块;静压供水管路;高压胶管;高压脉冲注水泵图综采工作面注水系统布置示意图 相关参数计算)封孔深度。根据钻孔施工过程中排粉的
9、变化所测定的煤壁前方为卸压带,应力集中带在处,以外为原始应力带,确定煤层注水孔的封孔深度为左右。)注水压力。脉冲式高压注水压力以不压裂煤层为前提,其被压裂的压力与上覆岩层的厚度有关,按式()计算:()狆狆狆犺 ()式中:狆为脉冲式最大注水压力,;狆为煤层中的瓦斯压力,;狆为上覆岩层压力,取 ;犺为上覆岩层的平均厚度,;为上覆岩层的平均密度,一般取 。根据新元煤矿公司井下实际情况,犺取 。经 计 算 得 出:狆 ,则脉冲式最大注水压力狆 。)单孔注水量。钻孔的单孔注水量通过式()进行计算:犙犓犫犔犱(狑狑)()式中:犙为 单 个 钻 孔 注 水 量,;犫为 孔 间 距,取 ;犔为工作面长度,取
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- 煤层 高压 脉冲 湿润剂 注水 防尘 技术研究