总第192期2021年第2期
山西化工
SHANXI CHEMICAL INDUSTRY
Total192
No.2,2021
奏题讨谑DOI：10.kil4-1109/tq.2021.02.31采煤工作面煤层注水工艺优化研究 任文跃
（山西焦煤汾西矿业集团贺西煤矿，山西柳林033300）
摘要：针对矿井煤层注水过程中存在钻孔施工效率低、封孔质量差、注水压力低以及封孔器难以多次循 环利用问题，从钻孔钻进、封孔、注水控制等方面对注水工艺进行优化，并进行现场应用。结果表明，改
快开阀芯进后的煤层注水工艺可显著提升煤层注水效果，采面煤尘产生量、瓦斯涌出量均显著降低。 关键词：煤层注水；钻孔施工；注水压力；封孔；煤尘；瓦斯涌出
中图分类号:TD713+.33文献标识码:A文章编号：1004-7050（2021）02-0092-03
双向节流阀在煤炭开采之前通过施工注水钻孔将水注入煤体内，人为提升煤体含水量，从而达到降低瓦斯涌出及粉尘产生量目的口监。现阶段煤层注水已成为降低矿井井下粉尘产生的一种基本技术措施。虽然煤层注水在煤矿井下应用较为广泛，但是现阶段采用的注水技术仍存在钻孔施工效率低、注水孔封孔质量不佳、封孔器重复利用困难等问题［国。为了提升矿井煤层注水效果，需要对煤层注水工艺进行改进优化。
1工程概况
1.1采面概况
山西某矿开采的5206综采工作面埋深在660ni〜790ni，采面走向可采长度905m、斜长165m，开采的5#煤层厚度3.5m，倾角13°o5#煤层顶底板岩性均为致密的砂质泥岩，原始瓦斯含量为11.3rrf/t〜14.7rrf/t、瓦斯压力1.56MPa，自燃发火期在3月〜6月，原始含水率1.98%、总孔隙率4.623%。
1.2煤层注水存在问题
在5206综采工作面采用浅孔带压注水方式，待 注水孔施工完毕后通过封孔器或水泥砂浆向孔内注水高压水，从而提升煤层含水率。但是现场应用中存在以下问题：
1）由于井下压水管路提供的高压水压力有限，且压力不能进行调整。注水孔封孔普遍存在漏水问题，造成钻孔内水压较低。
2）采用普通的回转钻机施工注水孔，平均单孔
收稿日期：2020-12-11
作者简介：任文跃，男,1988年出生，毕业于中国矿业大学（北京），本科，助理工程师。钻进耗时45min，注水孔施工效率较低，同时钻进深度有限，导致钻孔注水时对煤体浸润范围有限，达到不降低瓦斯涌出、抑制粉尘产生效果。
音箱制作3）当带压注水时钻孔选用封孔器封孔时，由于受到钻孔孔壁变形影响封孔器回收较为困难，无法实现多次循环利用，浪费封孔材料。
2煤层注水工艺改进
针对5206综采工作面煤层注水存在的问题，从钻机、钻杆、封孔器等方面对注水工艺进行改进，提升注水孔煤层浸润效果。
2.1注水工艺优化
2.1.1钻进优选
将注水钻孔由普通的回转转机改为ZDY120S 液压钻进，该钻机机身在可固定到输送机挡煤板上，动力源为乳化液站，可轻松完成采面瓦斯排放孔、注 水孔施工工作。同时该钻机以液压作为动力，使用过程中不存在失爆问题。钻机结构包括有液压马达、支撑系统以及机架、钻杆等部分，可在采面输送机机架滑道上往返移动，通过调整支撑斜杆伸缩量即调整钻机钻进角度⑹。
2.1.2钻杆优选
以往钻孔施工选用外平钻杆，钻孔钻进速度较慢同时钻杆漏水后容易造成巷道底板积水。为此，提出采用低牙六方螺旋钻杆来提升钻杆排渣能力从而提升钻孔钻进速度过慢问题，并改进钻杆密封方式，降低漏水量。在低牙六方螺旋钻杆使用过程中发现虽然排渣能力有所提升但是钻孔钻进速度仍不能达到预期目标，为此，采用高牙螺旋钻杆替代低牙螺旋钻杆，显著提升钻孔钻进速度。不同钻杆模型，如第93页图1所示。
实验室制硝酸2021年第2期任文跃：采煤工作面煤层注水工艺优化研究・93・
50外平钻杆
钾霞石低
牙
六
方
螺
旋
钻
稀土永磁同步电机
杆
高
牙
42
六
万
螺
旋
钻
杆图1不同钻杆模型
2.1.3封孔改进
采用专用封孔器来提升注水钻孔封孔质量，该专用封孔器结构包括有安全阀、膨胀胶管、快速接头等构成。在需要对钻孔封孔时，将注水设备与封孔器膨胀软管连接，将封孔器送入到注水孔内，在一定的水压作用修改使得封孔器膨胀软管膨胀并与钻孔壁紧密接触，实现钻孔封孔。注水完成后将封孔器卸压即可将其从注水孔中取出，实现高效封孔、重复利用目的。
2.1.4注水设备改进
采用专用注水推进器改进钻孔注水效果，该注
水推进器提供的注水压力在3MPa〜10MPa, 40L/min输出流量。水源为定下高压压水管路，并通过快速插头将高压压水管路与注水推进器连接，注水推进器末端位置安装有最大量程为15MPa的压力表。通过注水推进器可将注水压力提升到5MPa以上。具体选用的注水推进器结构形式，如图2所示。
027mm
图2注水推进器结构示意图
2.1.5改进注水参数
将煤层注水控制系统应用到采面煤层注水管理中，从而使得注水压力、流量等参数随煤层裂隙中水流阻力变化而自动调整，但应给控制系统设定最高注水压力⑺。当煤层注水压力过高时不仅会重新压裂煤层而且高压水容易出煤壁涌出，达不到注水预期目的；若注水压力过小则水流无法克服煤体中瓦斯压力、裂隙阻力等，不能有效浸润煤体同时注水影响范围较小。煤层注水压力(B)与注水煤层瓦斯压力(R)、埋深(H)等密切相关，如公式(1)所示。
(1.2〜1.5)F z<Fc<0.79P R(1)
其中：P r为煤层覆岩压力，可采用下式计算：P r= pgH,p为覆岩密度，取值2300kg/m3o 2.2优化后采面注水施工情况
在5206综采工作面煤层注水中采用优化后的注水工艺，注水孔深30m、间距为3.0m，钻孔均垂直煤壁施工。普通钻孔施工完一个注水孔需要45min，通过对钻机、钻杆优选后，在增加钻进深度的同时将钻孔施工耗时控制在30min以内。单个钻孔注水量由30m3提升至50n?〜75n?，注水压力保持在5MPa左右，钻孔漏水情况基本得以消除。
3煤层注水效果分析
3.1降尘效果
通过煤层注水后煤体含水率得以显著增加，弱化煤体脆性同时强化塑性，使得低采煤机割煤时煤体由脆性变化向塑形变形转变，降低粉尘产生量。具体采用改进后的煤层注水工艺，在采面、回风巷内煤尘取样分析结果，如图3所示。
(
电
•
罟
)
、
鰹
理
知
e
图3煤层注水前后采面各位置粉尘浓度监测结果
落煤、移架是采煤机工作面主要产尘点，通过煤层注水后，采煤机司机位置、回风巷全尘浓度降低幅度分别为60.8%.51.6%，取得明显的降尘效果。3.2抑制煤层瓦斯涌出
通过煤层注水可在一定程度上降低煤层瓦斯涌出，煤层注水前后采面各位置瓦斯浓度检测结果，如表1所示。从表1中可看出，煤层注水后工作面、回风上隅角、回风巷位置瓦斯浓度均明显降低。注水后
采面在回采期间未出现瓦斯超限问题，表明煤层注水效果明显，可起到抑制采面瓦斯涌出目的。
表1煤层注水前后采面各位置瓦斯浓度
位置
注水前/%注水后/%
平均浓度最高浓度平均浓度最高浓度采面0.580.930.350.68
回风上隅角0.66 1.030.510.84回风巷0.550.860.340.52
4结语
对5206综采工作面煤层注水存在问题进行分析，并对注水工艺进行针对性改进。将改进注水工艺进行现场应用后，对5206综采工作面开采期间煤
山西化工
・94・第41卷
尘以及瓦斯涌出进行监测，发现煤层注水后采面粉尘产生量以及瓦斯涌出量均得以明显改善。表明，文中提出的注水工艺改进优化措施较为合理，可实现提高煤层注水效果目的。
参考文献：
[1]王稳飞，刘志强，宋轲.采煤工作面煤层注水工艺优化
与应用[J].能源与环保，2020,42(2):20-24.
[2]王亮.综采工作面煤层注水工艺及效果分析[J].当代
化工研究,2020(3):104-105.[3]袁广玉.综放工作面混合注水降尘技术研究[D].焦作：
河南理工大学,2014.
[4]谢楠，王献伟.采煤工作面煤层注水工艺探索与实践
[J].江西煤炭科技,2013(3):79-80.
[5]贾宗谦.综放工作面动压注水防尘技术研究[D].太原：
太原理工大学,2012.
[6]刘忠锋.唐安煤矿3井煤综放工作面煤层注水参数与施
工工艺研究[D].太原：太原理工大学,2010.
[7]高海宾.采煤工作面深孔煤层注水技术研究[D].淮南：
安徽理工大学，2007.
Optimization of coal seam water injection technology in coal mining face
REN Wenyue
(Hexi Coal Mine of Shanxi Coking Coal Fenxi Mining Group,Liulin Shanxi033300,China)
Abstract:In view of the problems of low drilling efficiency,poor sealing quality,low water injection pressure and difficult circulation of hole sealing device in the process of coal seam water injection,the water injection process is optimized from the aspects of drilling,hole sealing and water injection control,and applied in the field.The results show that the improved water injection technolog
y can significantly improve the water injection effect of coal seam,and the amount of coal dust and gas emission can be significantly reduced.
Key words:coal seam water injection；drilling construction；water injection pressure；sealing hole；coal dust；gas emission (上接第91页)
气这种干净能源的需求更为迫切，“西气东输”工程虽然暂时解决了东部天然气不足的问题，但我国天然气储量早已不能满足与日俱增的需求，探测天然气新气源才是决绝这一问题的有力手段。先进的天然气液化技术及其相应设备对天然气产业发展也至关重要，多年来国外LNG技术蓬勃发展，反观国内研发技术较为薄弱，开发我们自主研发的相关设备及技术，是实现LNG大型关键设备国产化、技术先进化的必要手段。
参考文献：
[1]闫晶.天然气液化工艺流程及发展[J].中国科技博览，
2017(31):22-29.[2]敬加强，梁光川.液化天然气技术问答[M].北京：化学
工业出版社，2007.
[3]顾安忠.液化天然气技术[M].北京：机械工业出版社,
2008.
[4]戴兴星，刘伟，涂金华.LNG液化工艺流程及现场运用
综述[J].广州化工，2015(1)：35-3&
[5]马媛，胡志民.液化天然气LNG生产制备存储运输工
艺技术设备装置应用方法[J].工业,2015(19):136. [6]于海欢.浅谈液化天然气的加工和储存问题[J].工业
技术,2012(19):101.
[7]张盈盈，李兆慈，丁杨，等.液化天然气的储存与运输技
术现状分析[J].现代化工，2016(4)：4-7.
Preparation of liquefied natural gas(LNG)land storage and transmission
DENG Zhi'an1,ZHOU Qingzhe2
(1.Department of Oil and Gas Storage and Transportation Engineering of Xfan Shiyou University,Xi'an Shaanxi710065,China；
2.China Airport Construction Group Cooperation,Xi'an Shaanxi710075,China)
Abstract:With the pursuit of living standard and healthy life,demands for clean natural gas energy is rising,and liquefied natural gas technology has become the key technical link of natural gas industry.A brief introduction of several representative natural gas liquefaction processes is given in this paper,and the storage and transmission modes of LNG are summarized.Finally,the future development of liquefied natural gas industry in China is prospected.
Key words:LNG；preparation；storage and transmission
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议