專利名稱：一種采礦過程中礦層注水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦山安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采礦過程中礦層注水的方法。
技術(shù)背景煤礦由于粉塵引起的災(zāi)害主要有瓦斯煤塵爆炸和由煤塵引起的礦山工作人員的塵肺、 矽肺職業(yè)病。瓦斯爆炸過程中，大部分的爆炸事故都有煤塵參與，煤塵使得爆炸的破壞力 增加，造成的損失加大；由粉塵引的起有塵肺、矽肺職業(yè)病逐年遞增，每年因此死亡的人 數(shù)不斷增加，我國煤炭行業(yè)有塵肺患者40多萬人，且每年以8000人的速度遞增，每年因矽 肺病死亡2500人左右。瓦斯爆炸和塵肺、矽肺職業(yè)病造成大量的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失和惡劣的社 會(huì)影響。煤體濕潤后，可以減少采礦過程中粉塵的產(chǎn)生，防止礦山工作人員吸塵導(dǎo)致的塵肺、 矽肺職業(yè)病，防止煤塵引起的爆炸。同時(shí)煤層注水可以降低煤體強(qiáng)度和彈性模量，增加煤 體的塑性，使應(yīng)力分布比較均勾，減緩髙應(yīng)力集中，防止煤與瓦斯突出、沖擊礦壓等災(zāi)害 的發(fā)生。另外，煤層注水軟化堅(jiān)硬煤體，使綜采速度加快，提高產(chǎn)量和效率還可以預(yù)防 煤層自然發(fā)火。煤層注水是煤礦防治多種災(zāi)害的重要技術(shù)手段。水在煤層中的流動(dòng)和吸收要經(jīng)過煤層裂隙中的滲流、微孔中的擴(kuò)散及煤表面的潤濕等 過程，許多學(xué)者對此過程進(jìn)行了大量的研究，如何增加煤體的潤濕效果也進(jìn)行了較多的研 究，如利用降塵劑增加與煤的吸水性、添加粘塵棒增加煤層注水的效果等，這些措施能夠 提高注水效果，但是容易污染地下水資源，所以無污染的煤層注水技術(shù)方法正R益得到人 們的重視。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供--種采礦過程中礦層注水的方法，可以提高煤層的濕化效果，不 污染地下水源，是一種無污染的礦層注水技術(shù)方法。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種采礦過程中礦層注水的方法，在對礦層注水的過程中注入的是磁化水，可以提高
水在礦層中的滲透性和礦層的吸水性能。所述的磁化水是在注入過程中被磁化的。所述的磁化方法為在向礦層注水的管路中設(shè)置具有設(shè)定磁化參數(shù)的磁化管路，普通水 流過磁化管路后，被磁化成磁化水。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采礦過程中礦層注水的方法，其特征在于，所述的磁化參數(shù)包括磁場處理強(qiáng)度與磁場處理時(shí)間。所述的磁場處理強(qiáng)度與磁場處理時(shí)間是通過對磁化前的普通水進(jìn)行試驗(yàn)分析得出的。 所述的磁場處理強(qiáng)度是選擇對磁化前的普通水的表面張力降低最大的磁場強(qiáng)度 所述的磁場處理時(shí)間是通過對磁化前的普通水的磁化效應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分析，得到最佳的磁場處理作用時(shí)間。所述的方法利用電磁感應(yīng)磁化裝置對礦層注水所用的水進(jìn)行磁化，并利用表面張力測 定儀測定不同磁場強(qiáng)度的磁化水的表面張力，得到表面張力降低最大時(shí)的磁場強(qiáng)度；最佳的磁場處理作用時(shí)間是對磁化前的普通水采用設(shè)定的磁場處理強(qiáng)度進(jìn)行磁化處 理，效果達(dá)到設(shè)定的要求的最短的時(shí)間。所述的磁化管路的長度與管徑依據(jù)水的流速、磁場處理強(qiáng)度與磁場處理時(shí)間選取。所述的磁化管路的管徑與向礦層注水的管路的管徑相適應(yīng)。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的采礦過程中礦層注水的方法， 在對礦層注水的過程中注入的是磁化水。而磁化水是在注入過程中通過設(shè)置于向礦層注水 的管路中的具有設(shè)定磁化參數(shù)的磁化管路中磁化的，磁化水可以提高礦層的吸水效果，不 污染地下水源，是一種無污染的礦層注水技術(shù)方法，從根源上防止粉塵產(chǎn)生，防止煤與瓦 斯突出、沖擊礦壓等煤巖動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生等煤礦多種災(zāi)害具有重要的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義a具體實(shí)施方式
本發(fā)明所述的一種采礦過程中礦層注水的方法，其核心是在對礦層注水的過程中注入的是磁化水，可以提高礦層的吸水性能，這里的磁化水是在注入過程中被磁化的。 本文中的礦層包括煤巖層，并以煤巖層為典型的方案。在注入過程的磁化方法是在向礦層注水的管路中設(shè)置具有設(shè)定磁化參數(shù)的磁化管路， 普通水流過磁化管路后，被磁化成磁化水，
所述的磁化參數(shù)包括磁場處理強(qiáng)度與磁場處理時(shí)間。而磁場處理強(qiáng)度與磁場處理時(shí)間 需要通過對磁化前的普通水進(jìn)行試驗(yàn)分析得出。磁場處理強(qiáng)度選擇對磁化前的普通水的表面張力降低最大的磁場強(qiáng)度，也就是最佳的 磁場處理強(qiáng)度磁場處理時(shí)間通過對磁化前的普通水的磁化效應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分析，得到最佳 的磁場處理作用時(shí)間。具體方法是利用可調(diào)的電磁感應(yīng)磁化裝置對礦層注水所用的水進(jìn)行磁化，并利用表面 張力測定儀測定不同磁場強(qiáng)度的磁化水的表面張力，得到表面張力降低最大時(shí)的磁場強(qiáng) 度最佳的磁場處理作用時(shí)間是對磁化前的普通水采用設(shè)定的磁場處理強(qiáng)度進(jìn)行磁化處 理，效果達(dá)到設(shè)定的要求的最短的時(shí)間，一般來說，磁處理時(shí)間越長，處理效果也越好， 但是從經(jīng)濟(jì)上考慮不能無限制的延長時(shí)間， 一般做法是利用上述的最佳的磁場處理強(qiáng)度對 礦層注水所用的水在不同的時(shí)間(ls—lmin)長度內(nèi)分別進(jìn)行磁化，并利用表面張力測定 儀測定磁場處理水的表面張力，得到表面張力降低較大(能滿足設(shè)計(jì)的要求，足夠提高水 在礦層中的潘透性和礦層的吸水性能)而時(shí)間又較短的磁場強(qiáng)度即為最佳的磁處理時(shí)間。上述的磁化管路的長度與管徑依據(jù)水的流速、磁場處理強(qiáng)度與磁場處理時(shí)間選取。且 所述的磁化管路的管徑與向礦層注水的管路的管徑相適應(yīng)。以上的論述針對的是礦層，包括所有在開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量塵的開礦作業(yè)，尤其以 煤巖層為代表，因此本發(fā)明適用于開礦過程中易產(chǎn)生粉塵的采礦作業(yè)，以采煤為例本發(fā)明 較佳的具體實(shí)施方式
是，在對煤巖層注水的過程中注入的是磁化水。而磁化水是在注入過 程中被磁化的，當(dāng)然也可以是其它過程已經(jīng)磁化好的，在注入過程中被磁化也就是在向煤 巖層注水的管路中設(shè)置具有設(shè)定磁化參數(shù)的磁化管路，普通水流過磁化管路后，被磁化成 磁化水。水被磁化后，表面張力降低，可以使水更容易被煤表面吸引，從而增加煤巖的潤 濕性，對于改變煤巖的力學(xué)性質(zhì)，防止煤巖動(dòng)力災(zāi)害以及降低煤塵都具有重要的意義。磁 處理后水中懸浮物顆粒明顯減少，同時(shí)磁處理后B、 Si、 Fe、 Ca、 K等元素含量明顯減少。 這種變化，不僅有利于減少注水時(shí)對煤巖層喉道的堵塞，對低滲透和特低滲透煤層十分有 利，而且對于防止礦井水對管道的腐蝕及結(jié)垢具有重要的意義。所述的磁化參數(shù)包括磁場處理強(qiáng)度與合適的磁場處理時(shí)間。并非磁場強(qiáng)度越高，表面 張力下降越大，所以對于注水所使用的礦井水，必須經(jīng)過研究得出最佳的磁場強(qiáng)度值，才 能最大限度地降低表面張力。磁場處理強(qiáng)度是通過對磁化前的普通水進(jìn)行磁化處理試驗(yàn)得 出的，磁場處理強(qiáng)度是選擇對磁化前的普通水的表面張力降低最大的磁場強(qiáng)度，所述的磁 場處理時(shí)間是通過對磁化前的普通水的磁化效應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分析，得到最佳的作用時(shí)間o所
述的磁化管路的磁場強(qiáng)度選取磁場處理強(qiáng)度。所述的磁化管路的長度與管徑依據(jù)水的流速 與磁場處理時(shí)間選取。所述的磁化管路的管徑與向煤巖層注水的管路的管徑相適應(yīng)，相適 應(yīng)就表明管徑可與向煤巖層注水的管路的管徑相等，只要方便連接就可以了， 為了便于理解本發(fā)明，以煤層介紹幾個(gè)相關(guān)的原理-1、 煤吸附水的微觀機(jī)理在水分子(關(guān)〉中，氧原子周圍有8個(gè)電子，其電子構(gòu)型為lS22Sa2p',兩個(gè)氫原f 分別以自己的一個(gè)電子與氧原子2p軌道上的一對孤對電子組合形成H-娥價(jià)鍵。氧原子2p軌 道上的一對孤對電子未成鍵，對H-Oft學(xué)鍵中的電子對有一定排斥作用，從而形成H-O"H鍵 角為104.5°的非線性構(gòu)型。水分子中，氧原子的電負(fù)性(3.5)遠(yuǎn)大于氫原子的電負(fù)性 (2.1)，所以H-O共價(jià)鍵中的成鍵電子對受氧原子的吸引力強(qiáng)，偏向氧原子一邊，且氧原 子上還有一對孤對電子，這樣使得水分子中的正負(fù)電荷中心不重合，顯示出極性，是極性 分子。根據(jù)分子熱力學(xué)和表面物理化學(xué)理論，煤對水分子的吸收從本質(zhì)上是由于水分子與 煤表面相互吸引的結(jié)果，這些作用力包括取向、誘導(dǎo)和色散等分子間力和氫鍵。煤對水分 子的吸附是多層吸附，吸附第一層水主要是由于煤對水分子的氫鍵作用占主要地位，對其 余水分子層的吸附主要是由于分子間力引起的長程力作用的結(jié)果。2、 磁場對水及其與煤體表面相互作用力的影響機(jī)理水分子是由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子以共價(jià)鍵的形式組成的，水分子中有5對電子， 其中一對在氧核附近，另兩對分別在氧核與兩個(gè)氫核之間，其余兩對是孤對電子，它對產(chǎn) 生氫健起著重要作用，氧的電負(fù)性較氫大，因此O"H鍵的極性很強(qiáng)，由于這種極性，使水分 子之間由于氛鍵而形成締合水分子，水流經(jīng)強(qiáng)磁場后，受磁場作用，較大的水分子集團(tuán)鏈 中的氫鍵會(huì)發(fā)生彎曲和局部斷裂，使水分子締合體分解成單分子水、雙分子水或較小的締 合水分子，水分子之間的電性吸引力減小，具有了較強(qiáng)的活性。另外，水分子受磁場作用 其鍵角、鍵長均有變化，鍵長加長，鍵角增大，所以水分子之間的吸引力減小，也增加了 水的活性，水分子活性增加，使得其與煤表面的相互吸引力增加，更容易在煤體表面吸附，增加了煤體的潤濕性。另外，磁場使水分子締合體分解，水的黏性降低，根據(jù)達(dá)西定律，可以增加水在煤體中的流速，同時(shí)磁化水的溶解性增加，可以使煤巖體滲流通道上的 難溶礦物質(zhì)減少。這兩方面都可以使得煤體中水的滲透性增加，利用磁化水進(jìn)行煤層注水可以增加水在煤層中的流動(dòng)，并能夠有效提高煤層的吸水 性，增加煤層的潤濕效果。磁化水可以增加水在煤體的滲透性和潤濕性，這對于從根源上 防止煤塵產(chǎn)生，防止煤與瓦斯突出、沖擊礦壓等煤巖動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生等煤礦多種災(zāi)害具有 重要的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。具體在煤礦中，首先通過對所在礦井注水用的礦并水實(shí)驗(yàn)得到最佳的磁場處理強(qiáng)度， 分析得出合適的磁場處理時(shí)間。一般來說，磁處理時(shí)間越長，處理效果也越好，最佳的磁 處理時(shí)間是根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定磁化效果較好而且時(shí)間相對最短的時(shí)間。這樣確定的時(shí)間關(guān)系到 實(shí)際使用時(shí)安裝的管路長度和經(jīng)濟(jì)性。由上述實(shí)驗(yàn)得到的最佳磁場強(qiáng)度確定煤礦現(xiàn)場所需 要的相應(yīng)強(qiáng)度的磁場管路，并根據(jù)合適的磁場處理時(shí)間和管道水流速確定磁管路系統(tǒng)的長 度，將磁場發(fā)生管路安裝在煤礦的注水管路上，從而通過注水系統(tǒng)向煤體注水，使注入的 水已經(jīng)被磁化。上述原理同樣適用于其他巖層。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)a
權(quán)利要求
1、一種采礦過程中礦層注水的方法，其特征在于，在對礦層注水的過程中注入的是磁化水，可以提高水在礦層中的滲透性和礦層的吸水性能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種采礦過程中礦層注水的方法，其特征在于，所述的磁化 水是在注入過程中被磁化的，
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采礦過程中礦層注水的方法，其特征在于，所述的磁化 方法為在向礦層注水的管路中設(shè)置具有設(shè)定磁化參數(shù)的磁化管路，普通水流過磁化管路 后，被磁化成磁化水。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采礦過程中礦層注水的方法，其特征在于，所述的磁化 參數(shù)包括磁場處理強(qiáng)度與磁場處理時(shí)間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種采礦過程中礦層注水的方法，其特征在于，所述的磁場 處理強(qiáng)度與磁場處理時(shí)間是通過對磁化前的普通水進(jìn)行試驗(yàn)分析得出的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采礦過程中礦層注水的方法，其特征在于 所述的磁場處理強(qiáng)度是選擇對磁化前的普通水的表面張力降低最大的磁場強(qiáng)度； 所述的磁場處理時(shí)間是通過對磁化前的普通水的磁化效應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分析，得到最佳的磁場處理作用時(shí)間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種采礦過程中礦層注水的方法，其特征在于 利用電磁感應(yīng)磁化裝覽對礦層注水所用的水進(jìn)行磁化，并利用表面張力測定儀測定不同磁場強(qiáng)度的磁化水的表面張力，得到表面張力降低最大時(shí)的磁場強(qiáng)度最佳的磁場處理作用時(shí)間是對磁化前的普通水采用設(shè)定的磁場處理強(qiáng)度進(jìn)行磁化處 理，效果達(dá)到設(shè)定的要求的最短的時(shí)間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的--種采礦過程中礦層注水的方法，其特征在于，所述的磁化管路的長度與管徑依據(jù)水的流速、磁場處理強(qiáng)度與磁場處理時(shí)間選取。
9、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種采礦過程中礦層注水的方法，其特征在于，所述的磁化 管路的管徑與向礦層注水的管路的管徑相適應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明所述的采礦過程中礦層注水的方法，在對礦層注水的過程中注入的是磁化水。而磁化水是在注入過程中通過設(shè)置于向礦層注水的管路中的具有設(shè)定磁化參數(shù)的磁化管路中磁化的，磁化水可以提高礦層的濕化效果，不污染地下水源，是一種無污染的礦層注水技術(shù)方法。從根源上防止粉塵產(chǎn)生，防止煤與瓦斯突出、沖擊礦壓等煤巖動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生等煤礦多種災(zāi)害具有重要的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
文檔編號E21F5/02GK101161992SQ20061011368
公開日2008年4月16日 申請日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者何學(xué)秋, 聶百勝 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)