郑煤集团公司超化煤矿开采的二叠系山西组二1煤层属“三软”不稳定厚煤层，煤层的顶板、底板均由硬度低的泥岩或砂质泥岩组成，顶板随开采活动随采随落，底板也易发生底鼓现象，煤层松软破碎。矿井1993年投产，原设计生产能力90万t/a，经过技术改造后矿井生产能力提高到240万t/a，装备一综一炮两个放顶煤工作面组织生产，开采方法为一次采全高，全部垮落法管理顶板。矿井瓦斯区呈条带分布，掘进时易揭露煤层瓦斯富集区，巷道内瓦斯涌出量大，导致瓦斯时常超限，对于采用综掘机掘时的煤巷掘进面瓦斯问题更为突出。采取大功率对旋局部通风机、大直径强力风筒供风，增加有效供风量稀释排放涌出的瓦斯，但增风排瓦斯的能力是有限制的，同时风量过大对降尘和优化作业环境不利。因顶煤松软破碎掉落造成瓦斯超限情况仍经常发生，严重制约着掘进安全和掘进进度。探索“三软”煤层沿空沿底掘进大断面巷道防顶煤冒落、防瓦斯、防煤尘技术刻不容缓。
1 试验区概况
试验在21051综采工作面上副巷沿底煤巷掘进工作面进行，该巷道采用综掘机进行掘进，巷道净断面10.5m2。该掘进工作面上邻13013采空区，煤层倾角4°～11.5°，煤层平均厚度9.9m，煤体呈黑色粉末状，煤质属中灰、低硫、高发热量，硬度低，煤层硬度系数f＝0.1～0.3，极易破碎。直接顶，底板均为砂质泥岩，直接顶厚度1.97m，直接底厚度为6.17m，掘进工作面存在高瓦斯区，瓦斯涌出量1.0～3.0m3/min。
2 注水防治瓦斯及煤尘机理
通过向煤体钻孔注水，煤体内水分增加，使煤体湿润，达到主动减少掘进时煤尘产生量的目的；同时，注水后水份占据着煤体内的部分空间，减少了煤孔隙的有效容积，导致透气性能的降低，由于水形成的薄膜附在孔隙内表面上，从而封闭了瓦斯排放，煤层瓦斯排放量减少，使注水湿润后的煤体比干煤的瓦斯放散速度小，放散瓦斯量少，从而起到注水对煤层瓦斯涌出的抑制作用。注水后顶部煤体的整体稳定性增强，煤的坚固性相对增加，从而降低了掘进巷道迎头顶煤片帮、冒顶发生的几率，消除因顶煤冒落造成的瓦斯超限。
3 注水参数选择
3.1 注水压力
注水压力大小直接关系到透水半径、注水时间和注水效果。二1煤具有松软、强度低、易破碎以及透水性差的特点，所以注水压力过高，不利于迎头煤壁管理和煤壁的养护，注水压力小则有效渗水半径小，需要注水时间长，注水效果差。通过现场试验，注水压力超过4MPa，煤壁易片帮，低于2MPa，润湿半径太小，注水效果不好。因此，注水压力选定在2～4MPa。
3.2 注水孔布置
巷道掘进采用U型钢挂塑料编织网支护，巷道净断面积10.5m2，根据现场试验，水压在3MPa时水的润湿半径达3～4m，因此全断面注水孔采用两组共6个孔布置，由于使用封孔器长度为1～1.5m，要保证一定量的润湿面积，注水孔深度必须大于2m，且越深润湿面积越大，但注水孔过深影响打孔效率，且注水孔超过卸压区后，裂隙减少，达不到预期效果，受上述条件制约，根据现场试验，注水孔长度选定为5m。第一组3个孔距巷道轮廓线下0.3m处左右拱及拱顶开孔，为保证注水控制巷道顶煤不小于2m，孔仰角25°向顶煤注水；第二组3个孔距巷底1m布置，孔间距1.5m，钻孔沿水平方向向掘进面前方布置。
4 注水工艺
在交接班时间和掘进面简单检修期间进行注水工作。
1）打孔：打钻工艺对保证钻孔质量，提高封孔质量十分重要，由于钻孔在掘进面施工，钻孔深度浅，采用矿用隔爆型煤电钻配合轻型可接麻花钻杆即能满足打钻杆即能满足打钻需要。
2）封孔：封孔工艺是煤体注水的一个主要技术环节，目前国内有泥砂浆封孔和封孔器封孔两种方法，经多方比较，采用Bimbar-1型橡胶封孔器封孔是软煤层最佳封孔方法，且使用方便，操作简单，在加压后能实现封孔器与钻孔壁的无缝结合。
3）注水流程：利用掘进巷道内敷设的防尘管路供水，工艺流程是：打孔→连接管道→安装封孔器→供水。注水工艺融合进掘进面生产工艺之中，每个掘进班前30min先进行煤体注水，全断面分两组注水，每组3个孔，每组注水时间约需10min，全断面完成注水工艺需20min，以后每掘进5m再重复上述注水工艺。
5 效果分析
1）掘进期间迎头顶煤易于控制，松散干燥的煤体注水后增强了顶煤及煤壁的整体性、稳定性、片帮、冒项得到了有效控制。
2）巷道内瓦斯涌出量明显减少，平均减少0.6m3/min，瓦斯超限问题得到了有效控制。
3）通过对掘进工面作正常掘进生产时期掘进巷道内回风流中煤尘浓度的测定统计情况分析,采取注水措施后掘进巷道风流中的煤尘浓度平均降低约30mg/m3，实现了巷道风流中煤尘浓度基本保证在10mg/m3以内，符合《煤矿安全规程》的有关规定，有利于改善作业环境和保障作业人员身体健康。
4）通过注水前后掘进进度数据的统计比较，采取注水措施后掘进进度比注水平均提高2.4m/班，一个机掘面仅出煤一项年创经济效益307万元。
6 结语
1）“三软”厚煤层沿底大断面掘进巷道采取迎头煤壁注水工艺防瓦斯、防煤尘，技术上可行、操作简便、维护简单、安全可靠。
2）在保证掘进进度有所提高的前提下，掘进面迎头煤壁注水防瓦斯、防煤尘效果明显。
3）注水安排在交接班时间和掘进面简单检修期间，注水工作基本不占用正常掘进时间。
4）结合超化矿掘进工作面和供水管路静压水压力实际情况，掘进面迎头煤壁注水可直接采用供水管路静压水压力来代替常规注水泵，并取得了良好的防治瓦斯和煤尘效果。
