第四章 预湿煤体防尘.ppt
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1、1第四章第四章 预湿煤体防尘预湿煤体防尘2 煤层注水防尘煤层注水防尘注水实质(减尘作用机理)注水实质(减尘作用机理)注水效果注水效果注水效果影响因素注水效果影响因素注水方式(钻孔布置方式)注水方式(钻孔布置方式)封孔封孔注水注水 采空区灌水防尘采空区灌水防尘3 一、煤层注水湿润煤体一、煤层注水湿润煤体 含义:含义:在采煤和掘进之前,利用钻孔向在采煤和掘进之前,利用钻孔向煤层注入压力水,使水沿着煤层的煤层注入压力水,使水沿着煤层的层理、层理、节理或裂隙向四周扩散并渗入到煤体中节理或裂隙向四周扩散并渗入到煤体中的微孔中去,的微孔中去,增加煤的水分,使煤体和增加煤的水分,使煤体和其内部的其内部的原生
2、煤尘原生煤尘都得到预先润湿。同都得到预先润湿。同时,使煤体的时,使煤体的塑性增强塑性增强,以减少采掘时,以减少采掘时生成煤尘的数量。生成煤尘的数量。防治煤尘的一项根本措施。防治煤尘的一项根本措施。41 1、煤层注水的实质、煤层注水的实质 煤层注水的减尘作用主要有以下三个方面:煤层注水的减尘作用主要有以下三个方面:(1 1)煤体内的裂隙中存在着)煤体内的裂隙中存在着原生煤尘原生煤尘,水,水进入后,可将原生煤尘湿润并粘结,使其进入后,可将原生煤尘湿润并粘结,使其在破碎时失去飞扬能力,从而有效地消除在破碎时失去飞扬能力,从而有效地消除这一尘源。这一尘源。5(2 2)水进入煤体内部,并使之均匀湿润。)
3、水进入煤体内部,并使之均匀湿润。当煤体在开采中受到破碎时,绝大多数当煤体在开采中受到破碎时,绝大多数破破碎面均有水存在碎面均有水存在,从而消除了,从而消除了细粒煤尘细粒煤尘的的飞扬,预防了飞扬,预防了浮尘浮尘的产生。的产生。(3 3)水进入煤体后改变了煤的物理力学性)水进入煤体后改变了煤的物理力学性质,使其质,使其塑性增强,脆性减弱塑性增强,脆性减弱,当煤体因,当煤体因开采而破碎时,开采而破碎时,脆性破碎变为塑性变形脆性破碎变为塑性变形,因而减少了煤尘的产生量。因而减少了煤尘的产生量。62 2、钻孔布置方式、钻孔布置方式 长钻孔注水长钻孔注水 短钻孔注水短钻孔注水 深孔注水深孔注水 巷道钻孔注
4、水巷道钻孔注水7 1 1)长钻孔注水)长钻孔注水 钻孔直径为钻孔直径为7575100mm100mm,其布置形式较多,其布置形式较多,如图如图4-14-1所示。所示。优点:优点:(1 1)湿润煤体的范围大,经济性湿润煤体的范围大,经济性好。(好。(2 2)注水时间长,湿润煤体均匀,)注水时间长,湿润煤体均匀,同时又与采煤互不干扰。所以它往往是同时又与采煤互不干扰。所以它往往是优先选择的注水方式。优先选择的注水方式。缺点:缺点:钻孔长度大,对地质变化的适应钻孔长度大,对地质变化的适应性较差,打钻技术复杂,定向困难。性较差,打钻技术复杂,定向困难。8图图4-1 4-1 长钻孔注水防尘示意图长钻孔注水
5、防尘示意图a-a-上向钻孔;上向钻孔;b-b-双向钻孔;双向钻孔;c-c-伪倾斜钻孔;伪倾斜钻孔;d-d-八字型与倾斜联合钻孔八字型与倾斜联合钻孔910 2 2)短钻孔注水)短钻孔注水 其钻孔长度一般取其钻孔长度一般取1.51.52m 2m,最大不超过,最大不超过6m6m。其布置如图。其布置如图4-24-2中中a a所示。所示。优点:优点:短钻孔注水对地质条件的适应性较短钻孔注水对地质条件的适应性较强,当地质变化大、煤层较薄和围岩遇水强,当地质变化大、煤层较薄和围岩遇水膨胀而影响顶、底板管理时,可采用此注膨胀而影响顶、底板管理时,可采用此注水方式。水方式。缺点:缺点:其湿润范围小,钻孔数量多,
6、而且其湿润范围小,钻孔数量多,而且容易跑水,对采煤工作有干扰。容易跑水,对采煤工作有干扰。11图图4-2 4-2 短孔、深孔注水防尘示意图短孔、深孔注水防尘示意图a短孔短孔;b深孔;深孔;1回风巷;回风巷;2运输巷运输巷1213 3 3)深孔注水)深孔注水 同短孔注水一样,也是沿采煤工作面同短孔注水一样,也是沿采煤工作面垂垂直煤壁打钻孔直煤壁打钻孔,只是钻孔打得深些。其,只是钻孔打得深些。其钻孔长度为钻孔长度为5 56 6天的进度,一般为天的进度,一般为6 620m20m。其布置如图。其布置如图3-23-2中中b b。优点:优点:同长短孔注水的优点。同长短孔注水的优点。缺点:缺点:它需要每周有
7、休假或轮休工作面它需要每周有休假或轮休工作面才能使用,我国目前尚未使用,而国外才能使用,我国目前尚未使用,而国外采用较多采用较多。14 4 4)巷道钻孔注水)巷道钻孔注水 如图如图4-34-3是从邻近煤层的巷道打钻至注是从邻近煤层的巷道打钻至注水煤层,进行注水。钻孔的长度由两煤水煤层,进行注水。钻孔的长度由两煤层的间距或巷道至煤层的距离而定。层的间距或巷道至煤层的距离而定。优点:优点:钻孔少,湿润煤体的范围大,效钻孔少,湿润煤体的范围大,效果好。在有巷道或抽放瓦斯钻孔可利用,果好。在有巷道或抽放瓦斯钻孔可利用,且煤层较厚时,可考虑采用巷道钻孔注且煤层较厚时,可考虑采用巷道钻孔注水方式。水方式。
8、15图图4-3 4-3 巷道钻孔注水巷道钻孔注水16 3 3、封孔、封孔 封孔深度和封孔质量是煤层注水的重要封孔深度和封孔质量是煤层注水的重要环节。封孔深度应超过沿巷道边缘煤体环节。封孔深度应超过沿巷道边缘煤体的的卸压带宽度卸压带宽度,一般不小于,一般不小于6m6m,当注水,当注水压力大于压力大于2.5MPa2.5MPa时,应大于时,应大于6m6m乃至乃至20m20m 。封孔方法有两种:封孔方法有两种:水泥砂浆封孔水泥砂浆封孔封孔器封孔封孔器封孔17 1 1)封孔器封孔封孔器封孔 我国煤矿长钻孔注水多采用我国煤矿长钻孔注水多采用YPAYPA型水力膨胀式型水力膨胀式封孔器封孔器和和MFMF型摩擦
9、式封孔器型摩擦式封孔器。YPAYPA型在使用时,将封孔器与注水钢管连接起型在使用时,将封孔器与注水钢管连接起来送至封孔位置,通过来送至封孔位置,通过高压胶管与水泵连通高压胶管与水泵连通,开泵后压力水进入封孔器,水流从封孔器前开泵后压力水进入封孔器,水流从封孔器前端的喷嘴流出进入钻孔,产生压力降,膨胀端的喷嘴流出进入钻孔,产生压力降,膨胀胶管内的水压升高,将胶管内的水压升高,将胶管膨胀,封住钻孔。胶管膨胀,封住钻孔。注水结束后,封孔器胶筒将随压力下降而恢注水结束后,封孔器胶筒将随压力下降而恢复原状,可取出复用。复原状,可取出复用。18 MFMF型型在使用时,将封孔器与注水钢管连在使用时,将封孔器
10、与注水钢管连接起来送至钻孔内的封孔位置,接起来送至钻孔内的封孔位置,顺时针顺时针旋动注水管使其向前移动,这时橡胶密旋动注水管使其向前移动,这时橡胶密封筒被压缩而径向胀大,封住钻孔。封筒被压缩而径向胀大,封住钻孔。注注水结束后,逆时针旋转注水管,密封胶水结束后,逆时针旋转注水管,密封胶管卸压,胶筒即恢复原状,可取出复用管卸压,胶筒即恢复原状,可取出复用。采用封孔器封孔虽然简便,但多次重复采用封孔器封孔虽然简便,但多次重复使用时难以保证封孔质量,现已少用。使用时难以保证封孔质量,现已少用。19 2 2)水泥砂浆封孔)水泥砂浆封孔 封孔前先用搅拌机将水泥和砂子制成封孔前先用搅拌机将水泥和砂子制成高稠
11、度水泥砂浆高稠度水泥砂浆,再拨动离合器,启,再拨动离合器,启动送浆泵,将水泥砂浆快速地送进钻动送浆泵,将水泥砂浆快速地送进钻孔内。由于该泵的送浆能力较大,其孔内。由于该泵的送浆能力较大,其封孔深度,对水平钻孔可达封孔深度,对水平钻孔可达3Om3Om;对垂;对垂直向上钻孔可达直向上钻孔可达20m20m。20 4 4、注水、注水 1 1)注水方法注水方法 静压注水:静压注水:利用矿井地面贮水池或上水利用矿井地面贮水池或上水平的水,依靠自然静压差通过井下供水平的水,依靠自然静压差通过井下供水管网实施;管网实施;动压注水:动压注水:利用井下的水泵实施。利用井下的水泵实施。21 静压注水特点:静压注水特
12、点:工艺简单,既节省费用,工艺简单,既节省费用,又便于管理,但它的适用范围受到了一又便于管理,但它的适用范围受到了一定的限制。过去仅能对透水性强的煤层定的限制。过去仅能对透水性强的煤层采用静压注水,而近年来有了新的发展,采用静压注水,而近年来有了新的发展,对透水性差的煤层也可以采用静压注水,对透水性差的煤层也可以采用静压注水,其技术关键是选定最佳的超前距离(开其技术关键是选定最佳的超前距离(开始注水时钻孔距工作面的距离)。始注水时钻孔距工作面的距离)。22 动压注水特点:动压注水特点:水泵可以设在地面集中水泵可以设在地面集中加压,也可直接设在注水地点进行加压。加压,也可直接设在注水地点进行加压
13、。长钻孔动压注水的适用性强,被很多煤长钻孔动压注水的适用性强,被很多煤矿采用,其注水系统如图矿采用,其注水系统如图4-44-4所示。所示。23图图4-4 4-4 动压注水系统动压注水系统1一注水管;2一水泥砂桨;3一压力表;4一高压胶管;5一阀门;6一分流器;7一单向阀;8一注水表;9一注水泵;10一供水桶24 近年来,我国研制的近年来,我国研制的煤层注水自动控煤层注水自动控制系统(装置),制系统(装置),它能根据煤层的渗它能根据煤层的渗透特性及注水压力与流量的变化进行透特性及注水压力与流量的变化进行自动调节,可实现动压注水和静压注自动调节,可实现动压注水和静压注水的水的自动切换自动切换。并将
14、注水参数调节到。并将注水参数调节到最适宜的状态,并能将注水参数存贮、最适宜的状态,并能将注水参数存贮、显示和打印出来。显示和打印出来。25 2 2)注水压力注水压力 注水压力的高低取决于注水压力的高低取决于煤层透水性的煤层透水性的强弱和钻孔的注水速度强弱和钻孔的注水速度。通常,透水。通常,透水性强的煤层采用低压(小于性强的煤层采用低压(小于3MPa3MPa)注)注水,透水性较弱的煤层采用中压(水,透水性较弱的煤层采用中压(3 310MPa10MPa)注水,必要时可采用高压注水)注水,必要时可采用高压注水(大于(大于10MPa10MPa)。)。26 如果水压过小,注水速度将会太低。如果水压过小,
15、注水速度将会太低。水压过高,又可能导致煤岩裂隙猛烈水压过高,又可能导致煤岩裂隙猛烈扩散,造成大量窜水或跑水。扩散,造成大量窜水或跑水。适宜的注水压力适宜的注水压力是:通过调节注水流是:通过调节注水流量使其不超过地层压力而高于量使其不超过地层压力而高于煤层的煤层的瓦斯压力瓦斯压力。27 国内外经验表明,国内外经验表明,低压或中压长时间低压或中压长时间注水效果好。注水效果好。在我国,静压注水大多在我国,静压注水大多属于低压,动压注水中压居多。对于属于低压,动压注水中压居多。对于初次注水的煤层,开始注水时,可对初次注水的煤层,开始注水时,可对注水压力和注水速度进行测定,找出注水压力和注水速度进行测定
16、,找出两者的关系,根据关系曲线选定合适两者的关系,根据关系曲线选定合适的注水压力。的注水压力。28 3 3)注水速度(注水流量)注水速度(注水流量)注水速度是影响煤体湿润效果及决定注注水速度是影响煤体湿润效果及决定注水时间的主要因素,在一定的煤层条件水时间的主要因素,在一定的煤层条件下,钻孔的注水速度随下,钻孔的注水速度随钻孔长度、孔径钻孔长度、孔径和注水压力和注水压力的不同而增减。的不同而增减。29 一般来说,一般来说,小流量注水小流量注水对煤层湿润效对煤层湿润效果最好,只要时间允许静压注水速度果最好,只要时间允许静压注水速度一般为一般为0.0010.0010.027m0.027m3 3/(
17、h/(hm)m),就,就应采用小流量注水。动压注水速度为应采用小流量注水。动压注水速度为0.0020.0020.24 m0.24 m3 3/(h/(hm)m)。若静压注。若静压注水速度太低,可在注水前进行水速度太低,可在注水前进行孔内爆孔内爆破破,提高钻孔的透水能力,然后再进,提高钻孔的透水能力,然后再进行注水。行注水。30 4 4)注水量注水量 注水量是影响煤体湿润程度和降尘效注水量是影响煤体湿润程度和降尘效果的主要因素。它与果的主要因素。它与工作面尺寸、煤工作面尺寸、煤厚、钻孔间距、煤的孔隙率、含水率厚、钻孔间距、煤的孔隙率、含水率等多种因素有关。确定注水量首先要等多种因素有关。确定注水量
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