鄭煤集團(tuán)公司超化煤礦開(kāi)采的二疊系山西組二1煤層屬“三軟”不穩(wěn)定厚煤層，煤層的頂板、底板均由硬度低的泥巖或砂質(zhì)泥巖組成，頂板隨開(kāi)采活動(dòng)隨采隨落，底板也易發(fā)生底鼓現(xiàn)象，煤層松軟破碎。礦井1993年投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/a，經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后礦井生產(chǎn)能力提高到240萬(wàn)t/a，裝備一綜一炮兩個(gè)放頂煤工作面組織生產(chǎn)，開(kāi)采方法為一次采全高，全部垮落法管理頂板。礦井瓦斯區(qū)呈條帶分布，掘進(jìn)時(shí)易揭露煤層瓦斯富集區(qū)，巷道內(nèi)瓦斯涌出量大，導(dǎo)致瓦斯時(shí)常超限，對(duì)于采用綜掘機(jī)掘時(shí)的煤巷掘進(jìn)面瓦斯問(wèn)題更為突出。采取大功率對(duì)旋局部通風(fēng)機(jī)、大直徑強(qiáng)力風(fēng)筒供風(fēng)，增加有效供風(fēng)量稀釋排放涌出的瓦斯，但增風(fēng)排瓦斯的能力是有限制的，同時(shí)風(fēng)量過(guò)大對(duì)降塵和優(yōu)化作業(yè)環(huán)境不利。因頂煤松軟破碎掉落造成瓦斯超限情況仍經(jīng)常發(fā)生，嚴(yán)重制約著掘進(jìn)安全和掘進(jìn)進(jìn)度。探索“三軟”煤層沿空沿底掘進(jìn)大斷面巷道防頂煤冒落、防瓦斯、防煤塵技術(shù)刻不容緩。

　　1 試驗(yàn)區(qū)概況

　　試驗(yàn)在21051綜采工作面上副巷沿底煤巷掘進(jìn)工作面進(jìn)行，該巷道采用綜掘機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，巷道凈斷面10.5m2。該掘進(jìn)工作面上鄰13013采空區(qū)，煤層傾角4°～11.5°，煤層平均厚度9.9m，煤體呈黑色粉末狀，煤質(zhì)屬中灰、低硫、高發(fā)熱量，硬度低，煤層硬度系數(shù)f＝0.1～0.3，極易破碎。直接頂，底板均為砂質(zhì)泥巖，直接頂厚度1.97m，直接底厚度為6.17m，掘進(jìn)工作面存在高瓦斯區(qū)，瓦斯涌出量1.0～3.0m3/min。

　　2 注水防治瓦斯及煤塵機(jī)理

　　通過(guò)向煤體鉆孔注水，煤體內(nèi)水分增加，使煤體濕潤(rùn)，達(dá)到主動(dòng)減少掘進(jìn)時(shí)煤塵產(chǎn)生量的目的；同時(shí)，注水后水份占據(jù)著煤體內(nèi)的部分空間，減少了煤孔隙的有效容積，導(dǎo)致透氣性能的降低，由于水形成的薄膜附在孔隙內(nèi)表面上，從而封閉了瓦斯排放，煤層瓦斯排放量減少，使注水濕潤(rùn)后的煤體比干煤的瓦斯放散速度小，放散瓦斯量少，從而起到注水對(duì)煤層瓦斯涌出的抑制作用。注水后頂部煤體的整體穩(wěn)定性增強(qiáng)，煤的堅(jiān)固性相對(duì)增加，從而降低了掘進(jìn)巷道迎頭頂煤片幫、冒頂發(fā)生的幾率，消除因頂煤冒落造成的瓦斯超限。

　　3 注水參數(shù)選擇

　　3.1 注水壓力

　　注水壓力大小直接關(guān)系到透水半徑、注水時(shí)間和注水效果。二1煤具有松軟、強(qiáng)度低、易破碎以及透水性差的特點(diǎn)，所以注水壓力過(guò)高，不利于迎頭煤壁管理和煤壁的養(yǎng)護(hù)，注水壓力小則有效滲水半徑小，需要注水時(shí)間長(zhǎng)，注水效果差。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，注水壓力超過(guò)4MPa，煤壁易片幫，低于2MPa，潤(rùn)濕半徑太小，注水效果不好。因此，注水壓力選定在2～4MPa。

　　3.2 注水孔布置

　　巷道掘進(jìn)采用U型鋼掛塑料編織網(wǎng)支護(hù)，巷道凈斷面積10.5m2，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，水壓在3MPa時(shí)水的潤(rùn)濕半徑達(dá)3～4m，因此全斷面注水孔采用兩組共6個(gè)孔布置，由于使用封孔器長(zhǎng)度為1～1.5m，要保證一定量的潤(rùn)濕面積，注水孔深度必須大于2m，且越深潤(rùn)濕面積越大，但注水孔過(guò)深影響打孔效率，且注水孔超過(guò)卸壓區(qū)后，裂隙減少，達(dá)不到預(yù)期效果，受上述條件制約，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，注水孔長(zhǎng)度選定為5m。第一組3個(gè)孔距巷道輪廓線(xiàn)下0.3m處左右拱及拱頂開(kāi)孔，為保證注水控制巷道頂煤不小于2m，孔仰角25°向頂煤注水；第二組3個(gè)孔距巷底1m布置，孔間距1.5m，鉆孔沿水平方向向掘進(jìn)面前方布置。

　　4 注水工藝

　　在交接班時(shí)間和掘進(jìn)面簡(jiǎn)單檢修期間進(jìn)行注水工作。

　　1）打孔：打鉆工藝對(duì)保證鉆孔質(zhì)量，提高封孔質(zhì)量十分重要，由于鉆孔在掘進(jìn)面施工，鉆孔深度淺，采用礦用隔爆型煤電鉆配合輕型可接麻花鉆桿即能滿(mǎn)足打鉆桿即能滿(mǎn)足打鉆需要。

　　2）封孔：封孔工藝是煤體注水的一個(gè)主要技術(shù)環(huán)節(jié)，目前國(guó)內(nèi)有泥砂漿封孔和封孔器封孔兩種方法，經(jīng)多方比較，采用Bimbar-1型橡膠封孔器封孔是軟煤層最佳封孔方法，且使用方便，操作簡(jiǎn)單，在加壓后能實(shí)現(xiàn)封孔器與鉆孔壁的無(wú)縫結(jié)合。

　　3）注水流程：利用掘進(jìn)巷道內(nèi)敷設(shè)的防塵管路供水，工藝流程是：打孔→連接管道→安裝封孔器→供水。注水工藝融合進(jìn)掘進(jìn)面生產(chǎn)工藝之中，每個(gè)掘進(jìn)班前30min先進(jìn)行煤體注水，全斷面分兩組注水，每組3個(gè)孔，每組注水時(shí)間約需10min，全斷面完成注水工藝需20min，以后每掘進(jìn)5m再重復(fù)上述注水工藝。

　　5 效果分析

　　1）掘進(jìn)期間迎頭頂煤易于控制，松散干燥的煤體注水后增強(qiáng)了頂煤及煤壁的整體性、穩(wěn)定性、片幫、冒項(xiàng)得到了有效控制。

　　2）巷道內(nèi)瓦斯涌出量明顯減少，平均減少0.6m3/min，瓦斯超限問(wèn)題得到了有效控制。  

　　3）通過(guò)對(duì)掘進(jìn)工面作正常掘進(jìn)生產(chǎn)時(shí)期掘進(jìn)巷道內(nèi)回風(fēng)流中煤塵濃度的測(cè)定統(tǒng)計(jì)情況分析,采取注水措施后掘進(jìn)巷道風(fēng)流中的煤塵濃度平均降低約30mg/m3，實(shí)現(xiàn)了巷道風(fēng)流中煤塵濃度基本保證在10mg/m3以?xún)?nèi)，符合《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，有利于改善作業(yè)環(huán)境和保障作業(yè)人員身體健康。

　　4）通過(guò)注水前后掘進(jìn)進(jìn)度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)比較，采取注水措施后掘進(jìn)進(jìn)度比注水平均提高2.4m/班，一個(gè)機(jī)掘面僅出煤一項(xiàng)年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益307萬(wàn)元。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　1）“三軟”厚煤層沿底大斷面掘進(jìn)巷道采取迎頭煤壁注水工藝防瓦斯、防煤塵，技術(shù)上可行、操作簡(jiǎn)便、維護(hù)簡(jiǎn)單、安全可靠。

　　2）在保證掘進(jìn)進(jìn)度有所提高的前提下，掘進(jìn)面迎頭煤壁注水防瓦斯、防煤塵效果明顯。

　　3）注水安排在交接班時(shí)間和掘進(jìn)面簡(jiǎn)單檢修期間，注水工作基本不占用正常掘進(jìn)時(shí)間。

　　4）結(jié)合超化礦掘進(jìn)工作面和供水管路靜壓水壓力實(shí)際情況，掘進(jìn)面迎頭煤壁注水可直接采用供水管路靜壓水壓力來(lái)代替常規(guī)注水泵，并取得了良好的防治瓦斯和煤塵效果。