煤层注水中添加粘尘棒降尘试验

D0I:10.13374/j.issn1001053x.2001.01.027 第23卷第1期 北”京科技大学学报 Vol.23 No.1 2001年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2001 煤层注水中添加粘尘棒降尘斌验 金龙哲》傅清国)任宝宏)吴吉男) 1)北京科技大学资源工程学院，北京100083 2)大屯煤电集团有限责任公司，徐州221611 摘要提出了在煤层注水钻孔中，添加具有降低注人水表面张力和防止水分蒸发双重功效 的粘尘棒，提高注水效果的新方法.测定了不同注水方法润湿煤体的效果；分别采用浸润法和 煤壁刻槽法测定了粘尘棒防蒸发性能；进行了普通注水与添加粘尘棒注水降尘的对比试验.研 究结果表明，注水时添加粘尘棒不仅可以有效地防止注人水分的蒸发，而且还可大幅提高煤层 注水的降尘效果. 关健词煤层注水；降尘率；粘尘棒；粉尘 分类号TD713.33;TD714.42 煤层注水减尘方法是当前一项最积极、有 制成功具有降低注入水的表面张力、防止水分 效的限制尘源措施".但是，由于水的表面张力 蒸发双重功效的棒状粘尘剂，并在大屯煤电公 较大（约为72N/m),而大多数煤矿采用的静压 司姚桥矿进行了对比试验研究. 注水压力又较小（一般在3MPa以下），因此，注 入水在煤体内的渗透效果普遍较差，导致煤层 1 注水钻孔的布置 注水湿润半径较小、注水预湿煤体面积有限的 在进行本试验时，姚桥矿7005工作面（倾斜 结果.此外，为了防止采、注干扰而采用的超前 长度160m)仅存约220m(走向长度)的可采煤 注水方法，则常因水分的蒸发，导致注水效果受 体.为了在测定煤层注水湿润半径的同时，测定 到很大的影响. 其水分的蒸发速度，以停采线为基准布置了试 为了解决煤层注水中存在的上述问题，笔 验钻孔.3个试验钻孔的布置及钻孔参数见表1 者在研究NCZ-1型粘尘阻燃粉的基础上，研 和图1. 表1注水钻孔参数 Table 1 Parameters of the drilling hole and the infused water 钻孔 de件果tm 钻孔深度血 封孔深度m Px/MPa t继*/h 2t水Lmin' 年 20 0 3 2.4 72 2-8 2# % 3 2.4 72 2-8 3# 89 60 6 >2 ↑ 卧 Ⅲ 采 1 3 4 区 20m 39m 30m20m 110m C8 N10N20N35 图1试验钻孔布置图 Fig.1 Distribution of test drilling holes 收稿日期：2000-05-22 金龙哲男，36岁，博士后，副教授

第 2 3 卷 第 1 期 2 0 1 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u rn a l fo U n iv e招 iyt fo s c i e n e e a n d l 愁c h n o】o yg B e ij i n g 、 勺L 23 N O 一 1 F比 。 20 1 煤层注水中添加粘尘棒降尘试验 金龙哲 ” 傅清国 2, 任 宝 宏 2 , 吴 吉男 ” 1月匕京科技大学资源工程学院 , 北京 1 0 0 83 2) 大屯煤电集团有限责任公司 , 徐州 2 2 16 1 摘 要 提出了在煤层 注水钻孔中 , 添加 具有降低注 人水表面张 力和 防止水分蒸发双重 功效 的粘尘棒 , 提高注 水效果的新方法 . 测 定了不 同注 水方法润湿煤体的效果 ; 分别采用 浸润 法和 煤壁 刻槽法测定 了粘尘棒防蒸发性能 ; 进行了普通 注水与添加粘尘棒注水降尘的对比试验 . 研 究结果表明 , 注水时添 加粘尘棒不仅可 以有效地 防止注人水分的蒸发 , 而且还 可大幅提高煤层 注水的 降尘效果 . 关扭词 煤层 注水 ; 降尘率 ; 粘尘棒 ; 粉尘 分类号 T D 7 13 . 33 ; T D 7 14 . 42 煤层 注水减尘方 法是 当前一项最 积极 、 有 效 的限制尘源措施 〔1] . 但 是 , 由于水 的表 面张力 较 大 (约 为 72 N /m ) , 而大多数煤 矿采用 的静压 注水压力又较小 (一 般在 3 M P a 以下 ) , 因此 , 注 人 水在煤体 内的渗透效果普 遍较差 , 导致 煤层 注水 湿润半径较 小 、 注水预湿煤 体面积有 限 的 结果 . 此外 , 为了防止采 、 注干扰 而采用 的超前 注水方法 , 则常 因水分 的蒸发 , 导致注水效果受 到很 大的影响 . 为 了解 决煤层 注水 中存在 的上述 问题 , 笔 者在研 究 N C Z 一 1 型粘尘 阻燃 粉 的基础上 〔2] , 研 制成功具 有降低 注人水 的表 面张力 、 防止水分 蒸发双重 功效 的棒状粘尘剂 , 并在 大屯煤 电公 司姚桥矿 进行 了对 比试验研究 . 1 注水钻孔的布置 在进行本试验 时 , 姚桥矿 7 0 05 工作面(倾斜 长度 1 60 m ) 仅存约 2 20 m (走 向长度 ) 的可采煤 体 . 为了在 测定煤层注水湿润半径 的同时 , 测定 其水分 的蒸发速度 , 以停 采线为基 准布置了试 验钻孔 . 3 个试验 钻孔 的布置及钻孔参 数见表 1 和图 1 . 衰 1 注水 钻孔参数 几 b le 1 P a r a m e t e sr o f t h e d r i】】1 . g h o le a n d ht e in fu s ed w a et r 钻孔 瘫~ lm 钻孔深度lm 封孔深度m/ p 注水爪任a 坛水 h/ 么 水 几 · m in 一 ` l # 2 0 40 3 2 . 4 7 2 2 ~ 8 2# 5 9 4 0 3 2 . 4 72 2 ~ 8 3# 8 9 6 0 6 > 2 一 一 叫一卡守 , ~ mnl 1 . .2 3 ` .4 20 m } 3 9 m 30 m } 2 0 m 110 m N 10 N 20 N 3 5 — 一一 曰卜 、 t 蝗瞪仕厂 \ ó| " 一 | 祥 图 1 试验 钻孔 布里 图 F.ig 1 D is 幻d b u it o n of t e , t d r i】il n g h o l es 收稿 日期 : 2 0 0戒】5 - 22 金龙 哲 男 , 36 岁 , 博士 后 , 副教授 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 01. 027

●2· 北京科技大学学报 2001年第1期 2煤体湿润半径的测定 20m(序号：N20),35m(序号：N35)工作面方向布 置了3个钻孔；由1孔向停采线方向8m处布置 煤层注水效果与煤体含水量有着直接的关 了另1个钻孔（序号：C8).采样钻孔的深度达到 系.一般认为，煤体水分增加1%即可具有良好 4.2m,超出了2个注水孔的封孔深度.将采集的 的降尘效果.因此，目前主要以注水钻孔为中 钻粉在姚桥矿运销科化验室进行了全水分化 心，周围煤体的水分增加1%的界限确定为煤层 验，结果如图2及表2所示 注水的湿润半径. 为了进行纯水与添加粘尘棒注水的对比试 验，1钻孔和2钻孔的深度及封孔状况完全相 同，只是在2钻孔中，添加了24m长共34.8kg 的粘尘棒：而1孔为普通注水钻孔.除了1钻孔 和2钻孔按表1的注水参数进行注水外，3钻孔 和4钻孔均暂缓注水，以便准确测定1孔和2* 孔的湿润半径.测定时采用了打钻采样法 打钻采样法是指在注水钻孔周围，用具有 N10 N20 N35 C8 螺旋钻杆的煤电钻向煤壁打干钻采取煤样的方 钻孔点 法.由于条件所限，本次试验中只布置了4个钻 图2煤层注水润湿效果比较图 Fig.2 Humidification effect comparison after coal seam 孔采样点（如图2）：距2"钻孔10m(序号：N10), was water-infused 表2煤层注水湿润煤体效果测定值 Table 2 Measured values of humidfication effect on coal body when coal seam was water-infused 项目 N10 N20 N35 C8 m■比样/g 73.4750,81.5538 78.1156,65.8567 72.3764.68.4991 73.8251,72.3744 mnn/g 63.4720,71.5513 68.1122,55.8527 62.3720,58.4955 63.8234,62.3721 m试n/g 10.0030,10.0025 10.0034,10.0017 10.0044,10.0036 10.0017,10.0023 干燥后m1以样侣 72.7940,80.8758 77.4796,65.2247 71.8324,67.9501 73.4421,71.9844 干燥后mn试√g 72.7944,80.8761 77.4799,65.2249 71.8326,67.9504 73.4424,71.9846 煤样的全水分M% 6.81,6.78 6.36,6.32 5.44,5.49 3.83,3.90 平均M% 6.80 6.34 5.46 3.87 (1)煤层注水中添加粘尘棒，可在小于2.4 法2种测定方法 MPa的注水压力下，达到35m以上的湿润半径； 3.1漫润法 (2)与普通煤层注水相比，添加粘尘棒煤层 本试验的主要目的是，考察纯水与不同浓 注水效果显著，在相同湿润半径下其水分增加 度的粘尘棒溶液浸润煤体后，在一定时间内的 75.7%N10孔与C8孔相比)，湿润半径分别增加 蒸发情况.为了便于携带、编号和称量，试验时 1倍和3倍时，水分分别增加63.8%和41.5%. 采用了废旧自救器作为容器.在地面制作出6个 浸润煤样（其中1个浸润样因计算与测量有误而 3注入水的蒸发试验 失效)，在井下7005面制氨雨室内放置一定时期 本试验分别采取了浸润法和煤壁刻槽采样 后，取回地面进行称量、计算，结果如表3 表3浸润法蒸发试验的计算 Table 3 Calculation of the experiment of awash method 25d后 62d后 序号 man/g m率如水/g m转尘*/g w黑中水/% 水分损益量g样品水分% 水分损益量g样品水分% 1 50 6 √ 18.5 -4 10.5 -3 12.5 2 50 6 18.5 -3 12.5 0 18.5 3 50 6 18.5 2 22.5 6 30.5 4 50 6 18.5 +3 24.5 9 36.5 5 50 6 18.5 -8 2.5 -8 2.5

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 1年 第 1期 2 煤体湿润半径的测定 煤层 注水效果 与煤 体含水量有着直接 的关 系 . 一 般认为 , 煤体水 分增加 1% 即 可具有 良好 的降尘效果 . 因此 , 目前 主要 以注 水钻孔 为 中 心 , 周 围煤体 的水分增加 1% 的界 限确定 为煤层 注水 的湿 润 半径 【 .al 为 了进行纯水 与添加粘尘棒注水 的对 比试 验 , 1 #钻 孔和 2 # 钻孔 的深 度及封孔 状况完 全相 同 , 只是 在 2 # 钻孔 中 , 添加 了 24 m 长共 34 .8 kg 的粘尘棒 ; 而 1 #孔 为普通注水钻孔 . 除了 1 “ 钻孔 和 2 #钻孔按表 1 的注水参数进 行注水外 , 3 #钻孔 和 4 #钻孔 均暂缓 注水 , 以便 准确测定 1 “孔和 2 # 孔 的湿 润半 径 . 测定 时采用 了 打钻采 样法 . 打钻采样 法是指 在注水 钻孔周 围 , 用 具有 螺旋钻杆的煤 电钻 向煤壁 打干钻采 取煤样的方 法 . 由于条件所 限 , 本次试 验 中只 布置 了 4 个钻 孔采样 点 (如 图 2 ) : 距 2 #钻孔 10 m (序号 : N 1 0 ) , 2 0 m (序号 : N Zo ) , 3 5 m (序号 : N 3 5 )工作面方 向布 置 了 3 个 钻孔 ; 由 1 #孔 向停采线方 向 s m 处布置 了另 1 个钻孔 (序号 : C )S . 采样钻孔 的深度达到 .4 2 m , 超 出了 2 个 注水孔的封孔深度 . 将采集的 钻 粉在 姚 桥矿 运 销科 化 验 室进 行 了 全 水分 化 验 , 结果 如 图 2 及 表 2 所示 . 下卜仁| 上f ` ù月峙几j , 矛 ù1 1 芝落 0 一 N 10 N 2 0 N 3 5 C S 钻 孔点 图 2 煤 层 注水 润湿效果 比较 图 F ig . 2 H u m id 访e a iot n e伤比t co m P a 由 o n a fet r e o a l s ea m W a S w a et r · in fu s e d 表 2 煤层 注 水湿 润煤体效果测 定值 aT b l e 2 M e a s u r e d v a lu e s o f h u m i d if e a it o n e fe e t o n e o a l b o dy w h e n e o a l s ea m w a s w a et -r in fu s ed 项 目 m 器皿喊样 g/ m 器耐g m 试。 g/ 干燥后 m 器皿 , 1 g/ 干燥后 m , ~ 样 2 g/ 煤样 的全水分城 o0/ 平均从肌 7 3 . 4 7 5 0 , 8 1 . 5 5 3 8 63 . 4 7 2 0 , 7 1 . 5 5 1 3 10 . 00 3 0 , 1 0 . 00 2 5 7 2 . 7 9 4 0 , 8 0 . 8 7 5 8 7 2 . 7 9 4 4 , 8 0 , 8 7 6 1 6 . 8 1 , 6 . 7 8 6 . 80 7 8 . 1 1 5 6 , 65 . 8 56 7 6 8 . 1 1 2 2 , 5 5 . 8 5 2 7 1 0 . 0 0 3 4 , 10 . 0 0 1 7 7 7 . 4 7 9 6 , 6 5 . 2 2 4 7 77 . 4 7 9 9 , 6 5 . 2 2 4 9 6 . 3 6 , 6 . 32 6 . 3 4 7 2 . 3 76 4 , 6 8 . 4 99 1 62 . 3 7 2 0 , 58 . 49 5 5 10 . 00 4 4 , 10 . 00 3 6 7 1 . 8 3 2 4 , 6 7 . 95 0 1 7 1 . 8 3 2 6 , 6 7 . 9 5 0 4 5 , 4 4 , 5 . 4 9 5 . 4 6 7 3 . 82 5 1 , 72 . 374 4 6 3 . 82 3 4 , 6 2 . 37 2 1 10 . 00 1 7 , 10 . 0 02 3 7 3 . 44 2 1 , 7 1 . 984 4 7 3 . 4 2 4 , 7 1 . 9 84 6 3 . 83 , 3 . 9 0 3 . 8 7 ( l) 煤层注水 中添加 粘尘棒 , 可在 小于 .2 4 M P a 的注水压力下 , 达 到 35 m 以上 的 湿润半径 ; (2 ) 与普 通煤层 注水相 比 , 添加 粘尘棒煤层 注水效果显 著 , 在 相 同湿 润半径下 其水分增 加 75 . 7% 伽 or 孔 与 C S 孔 相 比 ) , 湿润半 径分别增 加 1倍 和 3 倍 时 , 水 分分别增 加 63 . 8 % 和 41 . 5%. 3 注入水的蒸发试验 本试验分 别采取 了 浸润法 和煤 壁刻槽采样 法 2 种测定 方法 . 3 . 1 浸润法 本 试验 的主要 目的是 , 考察纯水 与不同浓 度 的粘尘棒 溶液浸润 煤体后 , 在一定 时间 内的 蒸 发情况 . 为 了便 于携 带 、 编号 和称量 , 试验时 采用 了废 旧 自救器作 为容器 . 在地面制作出 6 个 浸润煤 样 (其中 1 个浸润样 因计算与测量有误而 失效 ) , 在井下 7 0 05 面制氮铜室 内放置一定时期 后 , 取 回地 面进行称量 、 计算 , 结果 如表 3 . 表 3 浸润 法蒸 发试验 的计算 aT b l e 3 C a l e u l a it o n o f t h e e x P e ir m e n t of 研 a s h m e t b od 序号 m , 样 g/ m 。 加水 g/ m 。 尘 刻g w 黔水 /% 25 d 后 62 d 后 水分损益量龟 样 品水分了% 水分损益量 g/ 样品水分了% .5 …5 5 306128.2 -3场0+98 … 2 气乙 4 1 1 ù,2 +-323 1 8 . 5 1 8 . 5 1 8 . 5 1 8 . 5 1 8 . 5 l 内`,J 6 40 ùO 广O 尹0 6 nUC1 ù O 1 1 、以亡ùà`口ùō J气C 2 内ù、 4争ō

Vol.23 No.1 金龙哲等：煤层注水中添加粘尘棒降尘试验 ·30 浸润法蒸发试验结果表明： (1)通过对比试验可见，煤层注水中添加粘 4煤层注水降尘效果的测定 尘剂可有效地控制水分蒸发现象；相同条件下， 4.1普通注水的降尘效果 煤体内添加2%~10%（质量分数）的粘尘棒，可 为了对普通注水工艺和添加粘尘棒注水工 使煤中水分蒸发量降低10%~34%，如表3所示. 艺的降尘效果进行对比试验，首先在7005综放 (2)煤体中的纯水分容易蒸发，25d后煤体 工作面普通注水区域进行了粉尘测定工作. 中的水分含量由全水分18.5%降至2.5%以下， 本次测定，笔者采取了直接在工作面注水 因此，正常注水的超前时间应根据实测蒸发周 段（图4中的测点1）和未注水段（图4中的测点 期确定. 2)进行对比测定的方法.在测点1和测点2进行 3.2煤壁刻槽采样法 测定时，同时在液压支架和刮板输送机上方布 为了确定煤层注水中添加粘尘棒防止水分 置了测点.此外，当采煤机开采注水段和未注水 蒸发的实际效果，笔者还采取了煤壁刻槽采样 段煤层时，还在回风巷道距工作面约15m处（图 方法.具体实验步骤如下：当7005工作面采至 4中的测点3处)进行了测定. 2钻孔附近时，在距进、回风巷各20m的工作面 测尘仪采用AHFQ-Ⅲ型和AFQ-20A型粉 煤壁以及工作面中部的煤壁，取3个采样点，如 尘采样器 图1中的I,Ⅱ和Ⅲ采样点.在每个采样点，首 4.2注水中添加粘尘棒降尘效果的测定与分析 先为了防止水分蒸发影响分析结果，在新鲜煤 壁上进行取样，剥去煤层表面氧化层，并仔细平 测点3 整煤层表面，平整后的表面必须垂直顶、底板； 采煤工作面 然后在平整过的煤层表面上，垂直层理方向从 45m 80m 45 m 顶板到底板刻一宽20cm、深15cm的槽. 测点2 测点2 在采样地点的底板上放好1块铺布，采下 煤样落在铺布上.适当破碎和缩分后，全部装人 图4粉尘测定的测点布置图 煤样袋内，将袋口扎紧，并填好标签.在地面要 Fig.4 Point arrangement of dust determination 按GB474“煤样的制备方法”第6.13条之规定 制备煤样并测定其水分.测定结果如图3所示. 当回采工作面采过2钻孔（参见图1）约3~5 m时，进行了粉尘测定工作，此时，2*钻孔停注 分析图3不难看出： (1)尽管停注时间达60余天，但在注水时添 时间已达56d.为了准确地测定出注水中添加 粘尘棒的降尘效果，笔者采用了与4.1完全相同 加粘尘棒后，仍可使工作面煤壁的水分达到6% 以上，大于煤层注水需要的含水量(4%)；(2)由于 的测点位置和仪表. 在如图4中的3个测点上，采用定点采样 受注水润湿半径的影响，随着远离注水钻孔，煤 方法分别测定了采煤机顺风割煤和逆风割煤及 体中的水分将逐渐降低，基本上呈线性规律；(3) 由采样点Ⅱ可见，添加粘尘棒可使注水润湿半 移架等工序的产尘量.具体的采样方法如下. (1)顺风割煤时，采煤机距离测点1和测点 径达到40m以上. 2约5m时开始测尘，测定时间为1min;测点1 7 46.37% 6 测定5min后或测点2测定3min后，在测点3 4.26% 开始测尘（测定时间为2min). 是 4 2.83% (2)逆风割煤时，在测点1和测点2从采煤 3 机机尾开始测尘，测定时间为lmin;在测点3处 的测定方法与顺风割煤时相同 0 (3)分别对第90架液压支架（在测点1附近） I n 和第38架液压支架（在测点2附近）移架时的产 采样地点 尘量进行测定，测尘位置距离移架点均为3m. 图3粘尘棒防蒸发性能测定（刻槽法，丨，‖，川见图1） 由表4,5及图5,6可见： Fig.3 Determination of dust-adhering bars for preventing vaporization function(Carve Coal Wall Method) (1)注水中添加粘尘棒可使注入水的保湿

、 b l . 3 2 N o . 金龙 哲等 l : 煤 层注 水 中添 加粘 尘 棒 降尘试 验 浸润法 蒸发试验 结果表 明 : 通 过对 比试 验可见 ( 1 ) , 煤层 注水 中添 加粘 尘剂 可有效地控制水分蒸发现象 ; 相 同条件下 , 煤体 内添 加 2% ~ 1 0% (质量分 数 ) 的粘尘 棒 , 可 使煤 中水分蒸发量降低 or % 一 3 4 % , 如表 3 所示 . (2 ) 煤体 中的纯水分 容易蒸发 , 25 d 后 煤体 中 的水 分含量 由全水 分 18 . 5% 降 至 2 . 5 % 以下 , 因此 , 正 常注水 的超前 时间应根据 实测蒸发周 期确定 . 3 . 2 煤壁刻槽采样 法 为 了确定煤层 注水 中添加粘尘棒 防止 水分 蒸 发 的实 际效果 , 笔者还采 取 了煤 壁刻槽采样 方 法 . 具 体实验 步骤如下 : 当 7 0 0 5 工作面采 至 #2 钻孔附近时 , 在距进 、 回风巷各 20 m 的工作 面 煤 壁以 及工作 面中部 的煤壁 , 取 3 个采样 点 , 如 图 1 中的 I , n 和 1 采样点 . 在 每个采样 点 , 首 先为 了 防止水 分蒸发 影响分析 结果 , 在新鲜煤 壁上进行取样 , 剥去煤层 表面氧化层 , 并仔 细平 整煤层表 面 , 平整后 的表 面必须垂 直顶 、 底板 ; 然后在平整 过的 煤层 表面上 , 垂直层 理方 向从 顶板 到底板 刻一宽 20 c m 、 深 巧 cm 的槽 . 在 采样地点 的底板 上放好 1 块铺 布 , 采下 煤样落在铺 布上 . 适 当破碎 和 缩分后 , 全部装人 煤样 袋内 , 将 袋 口扎 紧 , 并填好 标签 . 在地 面要 按 G B 4 74 “ 煤样 的制备 方法 ” 〔4 ]第 6 . 13 条之规定 制备煤样 并测定其水分 . 测定 结果如 图 3 所示 . 分 析 图 3 不难 看 出 : ( 1) 尽管停注 时间达 60 余天 , 但在注水 时添 加粘尘棒后 , 仍可使工作 面煤壁的水分达到 6% 以上 , 大于煤层注水需要 的含水量 (4 % ) ; ( 2) 由于 受注水润湿半径 的影 响 , 随着远离注水钻孔 , 煤 体 中的水分将逐渐降低 , 基本上呈线性规律 ; ( 3) 由采样 点 n 可见 , 添 加粘尘棒 可使注水 润湿半 径达 到 40 m 以上 . 4 煤层注水降尘效果 的测定 4 . 1 普通注 水的降尘效果 为了 对普通注水工艺 和 添加粘尘棒注水工 艺 的降尘效果进行 对 比试验 , 首先 在 7 0 05 综放 工作 面普通 注水 区域进 行 了粉尘 测定工作 . 本 次测定 , 笔 者采取 了直 接在工作 面注水 段 (图 4 中的测点 l) 和未注水段 (图 4 中的测 点 2) 进行 对 比测定 的方法 . 在测点 1 和 测点 2 进行 测定 时 , 同时在液 压支架 和刮板输送机 上方布 置 了测点 此外 , 当采煤机开采注水段和未注水 段煤层 时 , 还在 回 风巷道距工作 面 约 巧 m 处 (图 4 中的测点 3 处 )进 行 了测定 . 测 尘仪采用 A HF Q 一 uI 型 和 A F Q 一 加A 型 粉 尘采样 器 . 4 . 2 注水中添加粘尘 棒降尘效果 的测定与分析 图 4 粉尘测 定 的测 点布 t 图 F i g · 4 P o in t a r ar n g e m e n t o f d u s t d e t e r m in a iot n 3 7% 1 1 1 采样地 点 图 3 粘 尘棒防蒸 发性 能测 定 (刻槽法 , l , 11 , 1 见 图 l) F i g . 3 D e t e mr i n a iot n o f d u s -t a d h e ir n g b a r s fo r P ver e n it n g va P o irZ a iot n fu n e it o n (C a vr e C o a l 、 Va ll M e t h o d ) 当回采工作 面采过 2 #钻孔 (参见 图 l) 约 3 ~ 5 m 时 , 进行 了 粉尘测定 工作 , 此时 , 2 即钻孔停注 时 间已 达 56 d . 为 了 准确地测定 出注水 中添加 粘尘棒 的降尘效果 , 笔者采用 了与 4 . 1完 全相 同 的测点位 置和仪表 . 在如 图 4 中 的 3 个测 点上 , 采 用 定点采样 方法分别测定 了采煤机顺风割煤 和逆风割煤及 移架等工 序 的产尘 量 . 具体 的采 样方法如下 . ( 1) 顺风割煤 时 , 采煤 机距离测 点 1 和测点 2 约 s m 时开始测 尘 , 测定时 间为 l m in ; 测点 1 测 定 s m in 后 或测点 2 测定 3 m in 后 , 在测点 3 开始测尘 (测定 时间为 Z m in) . (2 ) 逆 风割煤 时 , 在测点 1 和测 点 2 从 采煤 机机尾开始测尘 , 测定时间为 l m in ;在测点 3 处 的测 定方法 与顺 风割 煤时相 同 . (3 ) 分别对第 90 架液压支架 (在测点 l 附近 ) 和第 38 架液压支 架 (在测点 2 附近)移 架时的产 尘量进 行测定 , 测 尘位置距 离移架点均 为 3 .m 由表 4 , 5 及 图 5 , 6 可见 : ( l) 注水 中添加粘尘 棒可使 注人水的保湿 月了 6 1、 à 4 气`J, I “n 口八气落

北京科技大学学报 2001年第1期 表4普通注水的降尘效果测定 Table 4 Effect of dust fall when coal seam was generally water-infused 生产工序 c(测点1mgm’ c(测点2mgm 刀s尘% 测点位置 采煤机顺风割煤 175 465 62.4 液压支架处(90架处) 采煤机顺风割煤 945 2715 65.2 刮板机上方(90架处) 采煤机逆风割煤 42.5 47.5 10.5 液压支架处 移动液压支架 90 105 14.3 90架和30架处 采煤机顺风割煤 250 415 39.8 测点3处 采煤机逆风割煤 105 197.5 46.8 测点3处 注：由于采煤机逆风割煤时主要是割已润湿的底煤，因此降尘效率较低 表5注水中添加粘尘棒降尘效果 Table 5 Effect of dust fall when adding the dust-adhering bars into infused water 生产工序 c(测点1/mgm- c(测点2)/mgm- 7降坐/% 测点位置 采煤机顺风割煤 55 465 88.4 液压支架处(90架处) 采煤机顺风割煤 350 2635 86.7 刮板机上方(90架处) 采煤机逆风割煤 45 20* 液压支架处 采煤机逆风割煤* 45 65 30.8 刮板机上方 移动液压支架 125 245 50.0 90架和30架处 采煤机顺风割煤 47.5 227.5 79.1 测点3处 采煤机逆风割煤 62.5 197.5 68.4 测点3处 注：由于采样时粉尘采样器的电压不足，致使流量只有10Lmi加左右，故结果只能作为参考； *由于采煤机逆风割煤时主要是割已润湿的底煤，因此降尘效率有所降低 测点3（逆风） 测点3（顺风） 移架（放顶煤） 口普通注水 ■添加粘尘棒 顺风割煤（刮板） 顺风割煤（支架） 10 20 30 60 70 80 % 7尘/% 图5普通注水与添加粘尘棒降尘效果的比较 Fig.5 Comparison of dust fall effect between generally water-infusing and adding the dust-adhering bar 逆风（测点3） 顺风（测点3） 口注水段 ●未注水段 移架（放顶煤 逆风（刮板） 逆风（支架） 顺风（刮板） 顺风（支架） 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 c0虫/gm3 图6添加粘尘剂注水效果比较 FIg.6 Comparison of water infusion effect when adding the dust-adhering agent

北 京 科 技 大 学 学 报 2 00 1 年 第 l 期 表 4 普通 注水 的降 尘效果 测定 Ta b le 4 E fe e t o f d u s t fa ll w h e n e o a l s e a m w a s g e n e r a ly w a t e r · i n fu s e d 生产工 序 c (测点 1 ` )/m g · m 一 , c( 测点 2 举 ) /m g . m 一 , 伽尘 %/ 测点位置 采煤机顺风 割煤 采煤机顺风割煤 采煤机逆风 割煤 移动液压支架 采煤 机顺风割煤 采煤机逆风割煤 1 7 5 94 5 4 2 . 5 9 0 2 5 0 10 5 4 6 5 2 7 15 4 7 . 5 1 0 5 4 1 5 1 9 7 . 5 6 2 . 4 6 5 . 2 10 5 14 . 3 3 9 . 8 4 6 . 8 液压支架处 (90 架处) 刮板机上方(90 架处 ) 液压支架处 9 0 架和 30 架处 测点 3 处 测点 3 处 注 : 由于采 煤机逆风割煤 时主要 是割 已 润 湿 的底煤 , 因此降尘效率较低 表 5 注水 中 添加粘 尘棒降 尘效果 aT b le S E 场 eC t o f d u s t fa l w h e n a d di n g t h e d u s t · a d h e ir n g b a sr i n t o i n fu s e d w a t e r 生产工 序 c咖叮点 1#)/ m g’ m 一 , c( 测点 2 即 ) /m g . m 一 , 枷尘%/ 测点位置 采煤机顺风割煤 采煤机顺风割煤 采煤机逆风割煤 采煤机逆风割煤 * 移动液压支架 采煤机顺风割煤 采煤机逆风 割煤 5 5 35 0 4 6 5 26 3 5 20 * 6 5 2 4 5 2 2 7 . 5 1 9 7 . 5 8 8 . 4 8 6 7 八石 0 通` 1 … n” no , 产 气J ù 7 4545125 4 7 . 5 62 . 5 6 8 . 4 液压支架处 (90 架处) 刮板机上方 (90 架处) 液压支架处 刮板机上方 9 0 架和 30 架处 测点 3 处 测点 3 处 注 : 由于采样时 粉尘采样 器 的电压不足 , 致使流量 只 有 10 L m/ in 左右 , 故结 果 只能作为参考 ; * 由于采 煤机逆 风割煤时 主要 是割 已润 湿 的底 煤 , 因此降尘效率有 所 降低 . 测 点 3 (逆风 ) 测点 3 (顺风) 移架 (放顶煤) J顷风割煤 (刮板) 顺风割煤 (支架) 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 枷 尘 o/ 图 5 普通 注水 与添 加粘 尘棒降 尘效果 的比较 F i g · 5 C o m P a ir s o n o f d u s t fa l e月er c t b e掬 e e n g e n e ar ly w a t e r 一 i n fu s i n g a n d a d d i n g th e d u s -t a d h e r i n g b a r 逆风 (测点 3) 顺风 (测点 3) 移架 (放 顶煤 ) 逆风 (刮板 ) 逆风 (支架) 顺风 (刮板) 顺风 (支架) 口 注 水段 . 未注水段 1 . 5 2 . 0 勺尘 g/ · m 一 3 图 6 添加 粘尘 剂注 水效果 比较 lF g · 6 C o m P a isr o n o f w a t e r i n fu s i o n e fe e t w h e n a d d in g t h e d u s t 一 a d h e r i n g a g e n t

Vol.23 No.1 金龙哲等：煤层注水中添加粘尘棒降尘试验 5 性能大为改观，停注近2个月后，工作面所有工 尘棒注水比普通注水的水分增加75.7%，润湿半 序的产尘量仍降低了68%以上. 径则达到40m以上. (2)由图7可见，煤层注水中添加粘尘剂可 (2)采用浸润法和刻槽法，进行的煤层注水 大幅度提高注水降尘效果，采煤机顺风割煤时 防蒸发试验结果表明：添加粘尘棒可显著控制 的降尘效率达到了86.7%~88.2%、移架时的降 注入水分蒸发现象的发生，在相同条件下，煤体 尘效率达50%、工作面的整个工序的降尘率在 中添加2%~10%的粘尘棒，可使煤中水分蒸发 68.4%~79.1%之间；这些指标均远高于该工作 量降低10%-34%. 面正常注水的降尘率. (3)煤层注水对比试验表明，添加粘尘棒注 (③)移架时的降尘效果相对较差的主要原 水降尘效果明显好于普通注水方式：添加粘尘 因分析为：注入水沿煤层层理方向的渗透效果 棒注水3d,并停注近2个月所达到的降尘率在 明显优于垂直层理，而7005面煤层平均厚度达 采煤机处高达86.7%~882%、整个回采面的降 6.06m,因水的自重力和渗透作用力对注入液毛 尘率达68.4%~79.1%、移架时的降尘率亦达50% 细作用力的影响，润湿效果亦相对较差.移动支 以上，均高于普通注水方式的降尘率约20~30 架时产生的粉尘主要来源于工作面的顶煤，由 个百分点. 于其润湿效果的较差，因此降尘效率亦低 参考文献 5结论 1傅贵.煤体预湿机理及注水防尘技术研究：[博士论 文]北京：中国矿业大学北京研究生部，1994 本文首次在国内矿山煤层注水工艺中添加 2黄元平，金龙哲.粘尘阻燃粉的性能及其应用技术 了粘尘棒.实践证明，注水中采用粘尘棒可进一 的研究.中国矿业大学学报，1997(3)：321 步降低回采时的粉尘产生量，具有良好的推广 3叶钟元.矿尘防治.北京：中国矿业大学出版社，1991 应用前景.本文试验研究取得的主要成果如下： 4国家标准(GB474一96).煤样的制备方法.国家技 (1)采用打干钻法，进行的煤层注水润湿半 术监督局，1997 径对比测定结果表明，在相同的范围内，添加粘 Test of Dust Fall by Adding the Dust-adhering Bar when Coal Seam Water-infused JIN Longzhe,FU Qingguo?,REN Baohong,WU Jinan 1)Resource Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Datun Coal and Electric Power(Group)Co.,Ltd ABSTRACT A new method was presented that adding the dust-adhering bar into the drilling hole in coal seam can decreases the infused water's surface tension and prevents vaporization for improving the infusion effect.The effect of different infustion water methods to humidify coal seam were determined.The awash method and carve wall method were taken to measure the dust-adhering bar's function to prevent vaporization. The test of adding dust-adhering bar into infused water was compared with that of generally water-infusing. The result showed that adding the dust-adhering bar into the drilling hole in coal seam can effectively prevent the infused water from vaporization,and greatly improve the dust fall effect of water infused into coal seam. KEY WORDS water infused into coal seam;dust fall rate;dust-adhering bar;dust

V b】 一 2 3 N O . l 金 龙哲 等 : 煤 层注 水 中添 加粘 尘棒 降尘 试验 性能 大为改观 , 停 注近 2 个月后 , 工作 面所 有工 序 的产尘量仍 降低 了 68 % 以上 . (2 ) 由图 7 可见 , 煤层 注水 中添加粘尘剂 可 大 幅度提 高注水 降尘效果 , 采煤 机顺 风割煤 时 的降尘效 率达 到了 86 . 7% 一 8 . 2% 、 移架 时的降 尘效率达 5 0% 、 工作 面的整个工 序的降尘率 在 68 . 4% 一 79 . 1% 之间 ; 这些 指标均远 高于该工作 面正 常注水的 降尘 率 . (3 ) 移架 时的降尘效 果相对较 差 的主要 原 因分析 为 : 注入水 沿煤层 层理方 向的渗透效 果 明显优于垂直层理 , 而 7 0 0 5 面煤层平均厚度 达 .6 06 m , 因水的 自重力和渗透作 用力 对注入液毛 细作用力的影响 , 润湿效 果亦相对较差 . 移动支 架时产生 的粉尘 主要来源 于工作面 的顶 煤 , 由 于其润湿 效果 的较 差 , 因此 降尘效率亦低 . 尘棒注水 比普通注水 的水分增加 75 . 7% , 润湿半 径则 达到 40 m 以 上 . (2 ) 采 用浸润法和 刻槽法 , 进行 的煤层注水 防蒸 发试验 结果表 明 : 添加粘 尘棒可显著控制 注人水 分蒸 发现象的发生 . 在相 同条件下 , 煤体 中添加 2% 一 1 0% 的粘尘棒 , 可使 煤 中水分蒸发 量 降低 10 % 一 3 4 % . (3 ) 煤层 注水对 比试 验表 明 , 添加粘尘棒注 水 降尘效果 明显好 于普 通注水方式 : 添加粘尘 棒注水 3 d , 并停 注近 2 个月所 达到 的降尘率在 采煤 机处高 达 86 . 7% 一 8 . 2 % 、 整个 回采面 的降 尘率达 68 . 4 % 一 79 . 1% 、 移架时的降尘率亦达 5 0% 以上 , 均高 于普通 注水 方式 的降尘 率约 20 一 30 个百 分点 . 参 考 文 献 5 结论 本文首次在 国内矿山 煤层注水工艺 中添加 了粘 尘棒 . 实践证 明 , 注水 中采用粘尘棒 可进 一 步降低 回采 时 的粉尘 产生量 , 具有 良好 的推广 应用前景 . 本文试验研究取得 的主要成果如下 : ( 1) 采 用打干钻 法 , 进 行 的煤层 注水润湿半 径对 比测定 结果表明 , 在相 同的范围 内 , 添加粘 傅贵 . 煤体预湿 机理及注水 防尘技术研究 :[ 博士论 文 ] . 北 京 : 中 国矿 业大学 北京研究生 部 , 19 94 黄 元平 , 金龙哲 . 粘尘 阻燃 粉 的性能 及其应用技术 的研究 . 中 国矿 业 大学学 报 , 19 97 (:3) 321 叶钟 元 . 矿尘防治 . 北京 : 中国矿业 大学 出版社 , 19 91 国家标准 (G B 4 74 一96 ) . 煤 样 的制备方法 . 国家技 术监督 局 , 19 97 eT s t o f D u s t F a ll b y A d d i n g ht e D u s t 一 a dh e ir n g B ar w h e n C o a l S e a r n 认a/ t e r 一 i n fu s e d , 刀浑 L o n罗h e , ), F U Qi n及列。 , ), R E N B a o h o心), 砰 U inJ an , , 1) R e s o cur e E n gin e e ir n g S e h o o l , U S T B e ij ing , B e ij i n g 1 0 0 0 83 , C h i n a Z ) D at u n C o ia an d El ec itr c P ow er ( G r o u P ) C o . , L td A B S T R A C T A n e w m e th o d w a s rP e s e nt e d ht a t a d i n g ht e du s t 一 a dh e ir n g b ar int o ht e idr llin g h o l e i n e o a l s e am e an de er a s e s ht e i n fu s e d w at e r , 5 s ur fa e e t e n s i o n an d P r e v e nt s v ap o ir atZ i o n fo r im P r o v i n g ht e i n fu s i o n e fe e t . hT e e fe e t o f d i fe er nt i n fu s t i o n w aet r m e t h o d s t o h u 匡n lid fy e o a l s e am w er d e t e n n i n e d . hT e aw a s h m e ht o d an d e var e w a ll m e t h o d w e r e t a k e n ot m e a s ur e ht e du s t 一 a hd e ir n g b ar , 5 fu n e t i o n ot Per v e nt v ap ior z a t l o n . hT e t e st o f a d d i n g du st ~ a hd e ir gn b ar int o i n fu s e d w at e r w a s e o m Par e d w iht ht at o f ge en r a lly w aet r 一 in fu s ign . hT e er s u lt s h o w e d ht at a d d l n g ht e du s t 一 a hd e ir n g b ar int o ht e idr llin g h o l e in e o a l s e am e an e fe e t i v e ly P r e v e nt ht e in fu s e d w at er fr o m v a P ior z at i on , an d gr e at ly lm P r o v e ht e du s t fa ll e fe e t o f w at e r in fu s e d int o e o a l s e am . K E Y W O R D S w aet r in fu s e d int o e o a l s e am : du st fa ll r at e : du s t 一 a hd e irn g b ar : du s t