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高壓注水的作用:
煤層注水是在采掘工作前,對煤層進行壓力注水。注水一般是在已掘好的回采巷道或臨近的巷道內(nèi)進行。目的是通過壓力水的物理化學(xué)作用,改變煤的物理力學(xué)性質(zhì),降低煤層沖擊傾向性。 實施煤體高壓注水卸壓,即從改變煤體的物理機械特性入手,對煤體進行高壓注水達到卸壓的目的。壓力水進入煤體后沿弱面流動,起到壓裂和沖刷作用,以及水對裂隙的楔入作用(水楔作用),使煤體擴大了原由裂隙,產(chǎn)生了新的裂隙,破壞了煤體的整體性,降低了強度。它不僅能消除或減緩沖擊地壓威脅,還可起到消塵、降溫、改善勞動條件的作用。
煤體注水過程一般都是開始階段泵壓持續(xù)上升,當(dāng)上升到一定值后( 10-20MPa 左右),突然下降( 5-10MPa ),并相對穩(wěn)定在某個泵壓上,這表明煤體被壓裂,裂隙開始擴展。泵壓zui初上升到的zui高值稱破裂壓力。
水合某些含陽離子的溶液具有降低煤巖顆粒間表面能的能力。對于煤體中的一些軟弱結(jié)構(gòu)面水起著潤滑劑的作用,使煤體的抗剪強度降低。實驗室的浸水試驗表明,壓力飽水煤樣以剪切形式破壞為主,而沒有浸水的自然狀態(tài)煤樣,則以劈裂破壞形式為主。
水對煤巖體內(nèi)的某些礦物有溶解作用,礦物溶解后形成裂隙,壓力水又可沿裂隙楔入,形成新的裂隙,循環(huán)往復(fù),使煤巖強度降低。此外,煤和某些軟巖吸水后會膨脹,崩解。吸水量越多,體積膨脹量越大,表面變形量顯著增加。這種膨脹力是作為一種附加應(yīng)力作用于煤巖體上的,使其變形以至破壞。
煤層壓力注水后,經(jīng)過水力壓裂和長時間的濕潤作用,煤體性質(zhì)發(fā)生了變化,沖擊傾向性降低,而且起到消塵、降溫和改善勞動條件的作用。
當(dāng)煤層較厚,煤質(zhì)堅硬或煤層頂板較堅硬時,可通過鉆孔向煤層或頂板注壓力水,使堅硬的煤層或頂板改變其物理力學(xué)性質(zhì),成為可垮落煤層或頂板。
壓力水對煤層或頂板主要有壓裂與軟化兩方面的作用,壓裂作用包括使煤巖體增加裂隙,擴展裂縫,使層理分離,減小縫隙間粘結(jié)力等。
煤層通過鉆孔高壓注水使煤體裂縫增加,可使煤體濕潤,開采時減少煤塵量。
注水方式:
煤層注水方式是指鉆孔的長度,位置和方向的概念,一般為長孔、短孔、深孔和巷道注水等四種注水方式。其中長孔,深孔、巷道注水適合高壓注水。
長孔注水的優(yōu)缺點及適用條件:
優(yōu)點:
① 一個鉆孔能濕潤較大區(qū)域的煤體
② 注水時間長,濕潤均勻
③ 預(yù)注水時,注水與生產(chǎn)無干擾
④ 經(jīng)濟
缺點:
① 打鉆技術(shù)復(fù)雜
② 對地質(zhì)條件的變化適應(yīng)性差,易穿頂?shù)装澹粌H難以達到設(shè)計長度,而且還影響正常注水。
③ 封孔較復(fù)雜
適用條件:長孔注水是zui的注水方式,選擇時應(yīng)優(yōu)先考慮,特別是回采強度大(如綜機采煤時)和地質(zhì)條件好的中厚和厚煤層更宜采用長孔,但在地質(zhì)條件變化大的煤層,本方式受到較大的限制。
深孔注水的優(yōu)缺點:
優(yōu)點:
①具有短孔注水的很多優(yōu)點
②更能適應(yīng)圍巖的吸水膨脹性質(zhì)
③ 較“短孔”鉆孔少,濕潤范圍大而均勻
缺點:
① 因壓力要求高,故設(shè)備,技術(shù)復(fù)雜
② 較“長孔”鉆數(shù)量大,封孔工序也較頻繁巷道注水優(yōu)缺點及適用條件。
優(yōu)點:
① 鉆孔少,濕潤范圍大
② 濕潤效果較好
缺點:
① 巖石鉆孔量大
② 不夠經(jīng)濟
③ 有時因鄰近層巷道損壞而影響注水工作的正常進行。
適用條件:
采用巷道鉆孔注水的條件是在注水煤層的上、下部有現(xiàn)成的巷道,其它條件適宜時。
2 、注水方式選擇
① 選擇原則
注水工藝簡單,使用設(shè)備、人工盡可能少,濕潤效果能達到預(yù)期目的,有利于推廣使用。
② 選擇依據(jù)
確定煤層注水方式主要根據(jù)煤層厚度、傾角、煤體硬度、透水性、用巖性質(zhì)、井巷布置、采煤方法、工作面推進度、作業(yè)方式、注水方式與巖層注水壓力的關(guān)系選擇。