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1、摘 要随着矿井机械化程度的不断提高，煤矿尘害问题日趋突出。矿井粉尘不仅污染井下工作场所，危害矿工身体健康，而且能加速机械的磨损，在一定的条件下发生爆炸，酿成重大灾害。因此，制定有效的防尘、降尘措施对煤矿安全具有重大意义。其中，采用降低工作面回采时煤尘产生量的最根本、最有效的主动防尘手段综采工面煤层注水防尘技术，能很好地帮助解决这一问题。本文针对永煤集团陈四楼煤矿回采工作面粉尘浓度一直居高不下的实际情况，开展综采工作面进行煤层注水防尘技术试验研究。首先在研究煤层注水机理的基础上，对影响煤层注水效果的因素进行分析；然后现场取煤样在实验室试验，对二2煤层注水相关基础参数进行测试与分析，为注水水样的选
2、取提供依据；再此基础上，对煤层注水方式、注水设备、注水关键工艺及参数进行优化设计，分别在综采工作面开展了气动高压注水、脉动高压注水和静压注水的煤层注水工业性试验，并对注水效果进行考察，根据现场实测效果，经比较后，确定合理的煤层注水方案；最后形成适宜陈四楼煤矿的煤层注水技术。关键词：综采工作面；煤层注水；静压注水；动压注水 AbstractWith the improvement of the mechanization on the fully mechanized mining face，the problem of coal dust are becoming more prominent
3、. Mine dust pollutes the workplace of underground and endangers the health of miners, also accelerates the wear and tear of machine and cause explosion in certain conditions. Therefore, it is signification for mine safety that we should make effective measures for dust and reduction. Among them, it
4、would be very helpful to solve this problem by using the seam water injection technology for dust in fully mechanized mining face, because it is the most fundamental and effective methods to reduce dust generation during mining face. In this paper, the reality is that the dust concentration has been
5、 actually high in mining face of Chen Si Lou mine of Yong Mei Group, we decide to study on seam water injection technology for dust in fully mechanized mining face to solve this problem. Firstly, we analysis the factors of affecting the effect of seam water injection that based on the study of mecha
6、nism of seam water injection. Then, taking coal samples and testing it in the laboratory. Testing and anglicizing the basic parameters of 二2 coal seam injection to provide the basis for the selection of water samples. On this basis, we make a optimization for the seam water injection method、injectio
7、n equipment、the key injection technology and parameters, then the pneumatic high-pressure water injection、pulse high water injection and static pressure injection are carried out in fully mechanized mining face. The effect of seam water injection is inspected, and according to the results of field m
8、easurement, after comparison to determine a reasonable seam water injection program. Finally, the seam water injection technology that suitable for Chen Si Lou mine is achieved.Key words: full-mechanized mining face; coal seam water injection; static water injection; dynamic pressure water injection
9、目 录摘要I目录1绪论11.1 研究的背景和意义11.2国内外研究现状21.2.1 综采工作面防尘研究现状和发展趋势21.2.2 煤层注水研究现状和发展趋势41.3本文研究的内容及技术研究路线81.3.1研究内容81.3.2 研究方法及技术路线92 煤层注水降尘机理及影响因素分析112.1煤层注水机理112.2 影响煤层注水效果的因素122.2.1 煤的裂隙和孔隙的发育程度122.2.2 上覆岩层压力及支承压力132.2.3 液体性质的影响132.2.4 煤层内的瓦斯压力132.2.5 注水参数133陈四楼煤矿煤层注水相关基础参数测定153.1 煤样及矿井取水153.2 煤样原始水分的测定15
10、3.2.1 测试原理153.2.2 测定方法与步骤153.2.3 测试设备163.2.4 测定结果及分析173.3 煤样吸水性的测定173.3.1 测试原理173.3.2 测定方法与步骤183.3.3 测试设备与仪器193.3.4 测定结果与分析203.4 矿井水表面张力测试213.4.1 测试原理213.4.2 测定方法与步骤213.4.3 测定仪器与设备213.4.4 测定结果与分析223.5 矿井水接触角测定293.5.1 测试原理293.5.2 测试方法与步骤293.5.3 测试设备与仪器313.5.4 测试结果与分析323.6 小结334 21301综采工作面煤层动压注水试验354.
11、1 试验工作面概况354.1.1工作面位置及煤层情况354.1.2 地质构造及顶底板情况354.1.3 水文地质情况及涌水量364.1.4 回采方式及工艺374.2 煤层气动高压注水试验384.2.1 注水原理384.2.2 注水方案及工艺394.2.3 注水进程及效果404.3 煤层脉动高压注水试验414.3.1 脉动高压注水概述414.3.2 注水设备414.3.3注水进程及效果444.4 小结495 21309综采工作面煤层静压注水试验515.1 试验工作面概况515.1.1工作面位置及煤层情况515.1.2 地质构造及顶底板情况515.1.3 水文地质情况及涌水量525.1.4 回采方
12、式及工艺535.2 煤层静压注水试验545.2.1 注水方式及参数545.2.2 施工方法555.2.3 注水效果555.3 小结576 结论59参考文献61 1绪论1.1 研究的背景和意义煤炭是我国重要的基础能源，是国民经济发展的重要支柱。我国煤炭资源丰富、品种齐全，在能源总量和已探明的储量中，煤炭占90左右。而且，煤炭在我国一次能源生产和消费构成中始终占70以上。我国煤炭资源总量为5.57万亿吨，是最可靠、最有保障的能源。这种状况决定了我国以煤为主的能源生产和消费格局将在今后一个相当长的时期内不会改变1。据专家预测，到本世纪中叶我国以本的能源消费结构不会改变，到2020年、2050年，煤炭
13、所占一次能源的比重仍然为68和50左右。因此，煤炭在我国国民经济发展中依然占据不可替代的重要位置，我国能源消费在未来相当长时期内仍以煤炭为主，煤炭作为我国基础能源的地位不会动摇2。近年来，随着煤炭科技的进步，煤矿管理的科学规范，我国煤矿安全生产状况得到不断好转，然而煤炭行业依然是我国的高危行业之一。据可靠资料记载，我国煤矿每年的死亡人数和百万吨死亡率均大大超过了世界其他主要产煤国家，中国的煤炭产量约占全球的35，事故死亡人数则占近80。我国的煤炭百万吨死亡率是美国的100多倍，南非的20多倍，印度的10多倍。据统计，全国576处重点煤矿，具有煤与瓦斯突出危险和高瓦斯矿井277处，占57.2，有
14、煤层自然发火倾向的矿并占54.9，有煤尘爆炸危险的矿井占95，此外，煤矿还受到突水、顶板冒落、冲击地压、火、CO2涌出等灾害的威胁。官方公布数据显示仅20002005年矿难的死亡人数，几乎是每年6000人。导致这些矿难事故的原因中瓦斯爆炸、煤尘爆炸、冲击地压、煤与瓦斯突出等占当大的比例。而煤尘、瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出对安全生产最为严重，对我国国民经济的发展和和谐社会的建设造成恶劣影响。我国煤矿由于煤尘引起的灾害主要有瓦斯煤尘爆炸和由煤尘引起的矿山工作人员的尘肺、矽肺职业病。近年来，瓦斯爆炸频繁发生，而且大部分的爆炸事故都有煤尘参与，煤尘使得爆炸的破坏力增加，造成的损失加大；煤炭行业有尘肺患者约
15、40多万人，且每年以8000人的速度递增，每年因矽肺病死亡2500人，而且每年新增尘肺病人数占普查人数的3以上。煤尘作为煤矿“五害”之一，一方面，它不仅污染井下工作场所，降低空气能见度，容易造成工伤事故，而且矿工长期吸入煤尘将会导致煤肺病，煤肺病的发生和发展主要是由于煤尘本身的影响所造成的，煤尘能引起尘肺病和皮肤病，危害矿工生命健康。另一方面，它能加速机械的磨损，并且能在一定的条件下发生爆炸，酿成重大灾害。根据测定，综采工作面个别瞬时煤尘浓度高达810g/m3。因此，从根本上减少综放工作面的煤尘产生量，对于保障正常生产、减少事故以及保障员工职业健康起着极其重要的作用。煤层注水是回采前在煤层中预先钻孔，将压水溶液注入煤体，增加煤体水分，从而改变其物理力学性质及热力学性质，以预防煤矿井下灾害的综合性措施。实践证明，通过煤层注水可以使开采过程中的产尘率降低50%60%，有的甚至能够降低90%以上。煤体湿润煤体后，可以有效减少采矿过程中煤尘的产生，防止井下工作人员因接尘导致的尘肺、矽肺职业病，防止煤尘爆炸事故的发生。同时，通过煤层注水可以降低煤体强度和弹性模量，增加煤体的塑性，使应力分布比较均匀，减缓高应力集
