一种采矿过程中矿层注水的方法.pdf

本发明所述的采矿过程中矿层注水的方法，在对矿层注水的过程中注入的是磁化水。而磁化水是在注入过程中通过设置于向矿层注水的管路中的具有设定磁化参数的磁化管路中磁化的，磁化水可以提高矿层的湿化效果，不污染地下水源，是一种无污染的矿层注水技术方法。从根源上防止粉尘产生，防止煤与瓦斯突出、冲击矿压等煤岩动力灾害的发生等煤矿多种灾害具有重要的实用价值和现实意义。

1.  一种采矿过程中矿层注水的方法，其特征在于，在对矿层注水的过程中注入的是磁化水，可以提高水在矿层中的渗透性和矿层的吸水性能。

2.  根据权利要求1所述的一种采矿过程中矿层注水的方法，其特征在于，所述的磁化水是在注入过程中被磁化的。

3.  根据权利要求2所述的一种采矿过程中矿层注水的方法，其特征在于，所述的磁化方法为在向矿层注水的管路中设置具有设定磁化参数的磁化管路，普通水流过磁化管路后，被磁化成磁化水。

4.  根据权利要求3所述的一种采矿过程中矿层注水的方法，其特征在于，所述的磁化参数包括磁场处理强度与磁场处理时间。

5.  根据权利要求4所述的一种采矿过程中矿层注水的方法，其特征在于，所述的磁场处理强度与磁场处理时间是通过对磁化前的普通水进行试验分析得出的。

6.  根据权利要求5所述的一种采矿过程中矿层注水的方法，其特征在于：
所述的磁场处理强度是选择对磁化前的普通水的表面张力降低最大的磁场强度；
所述的磁场处理时间是通过对磁化前的普通水的磁化效应时间进行分析，得到最佳的磁场处理作用时间。

7.  根据权利要求6所述的一种采矿过程中矿层注水的方法，其特征在于：
利用电磁感应磁化装置对矿层注水所用的水进行磁化，并利用表面张力测定仪测定不同磁场强度的磁化水的表面张力，得到表面张力降低最大时的磁场强度；
最佳的磁场处理作用时间是对磁化前的普通水采用设定的磁场处理强度进行磁化处理，效果达到设定的要求的最短的时间。

8.  根据权利要求3或4所述的一种采矿过程中矿层注水的方法，其特征在于，所述的磁化管路的长度与管径依据水的流速、磁场处理强度与磁场处理时间选取。

9.  根据权利要求9所述的一种采矿过程中矿层注水的方法，其特征在于，所述的磁化管路的管径与向矿层注水的管路的管径相适应。

一种采矿过程中矿层注水的方法
技术领域
本发明属于矿山安全技术领域，尤其涉及一种采矿过程中矿层注水的方法。
背景技术
煤矿由于粉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。瓦斯爆炸过程中，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；由粉尘引的起有尘肺、矽肺职业病逐年递增，每年因此死亡的人数不断增加，我国煤炭行业有尘肺患者40多万人，且每年以8000人的速度递增，每年因矽肺病死亡2500人左右。瓦斯爆炸和尘肺、矽肺职业病造成大量的经济财产损失和恶劣的社会影响。
煤体湿润后，可以减少采矿过程中粉尘的产生，防止矿山工作人员吸尘导致的尘肺、矽肺职业病，防止煤尘引起的爆炸。同时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，减缓高应力集中，防止煤与瓦斯突出、冲击矿压等灾害的发生。另外，煤层注水软化坚硬煤体，使综采速度加快，提高产量和效率；还可以预防煤层自然发火。煤层注水是煤矿防治多种灾害的重要技术手段。
水在煤层中的流动和吸收要经过煤层裂隙中的渗流、微孔中的扩散及煤表面的润湿等过程，许多学者对此过程进行了大量的研究。如何增加煤体的润湿效果也进行了较多的研究，如利用降尘剂增加与煤的吸水性、添加粘尘棒增加煤层注水的效果等，这些措施能够提高注水效果，但是容易污染地下水资源，所以无污染的煤层注水技术方法正日益得到人们的重视。
发明内容
本发明的目的是提供一种采矿过程中矿层注水的方法，可以提高煤层的湿化效果，不污染地下水源，是一种无污染的矿层注水技术方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种采矿过程中矿层注水的方法，在对矿层注水的过程中注入的是磁化水，可以提高水在矿层中的渗透性和矿层的吸水性能。
所述的磁化水是在注入过程中被磁化的。
所述的磁化方法为在向矿层注水的管路中设置具有设定磁化参数的磁化管路，普通水流过磁化管路后，被磁化成磁化水。
4、根据权利要求3所述的一种采矿过程中矿层注水的方法，其特征在于，所述的磁化参数包括磁场处理强度与磁场处理时间。
所述的磁场处理强度与磁场处理时间是通过对磁化前的普通水进行试验分析得出的。
所述的磁场处理强度是选择对磁化前的普通水的表面张力降低最大的磁场强度；
所述的磁场处理时间是通过对磁化前的普通水的磁化效应时间进行分析，得到最佳的磁场处理作用时间。
所述的方法利用电磁感应磁化装置对矿层注水所用的水进行磁化，并利用表面张力测定仪测定不同磁场强度的磁化水的表面张力，得到表面张力降低最大时的磁场强度；
最佳的磁场处理作用时间是对磁化前的普通水采用设定的磁场处理强度进行磁化处理，效果达到设定的要求的最短的时间。
所述的磁化管路的长度与管径依据水的流速、磁场处理强度与磁场处理时间选取。
所述的磁化管路的管径与向矿层注水的管路的管径相适应。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的采矿过程中矿层注水的方法，在对矿层注水的过程中注入的是磁化水。而磁化水是在注入过程中通过设置于向矿层注水的管路中的具有设定磁化参数的磁化管路中磁化的，磁化水可以提高矿层的吸水效果，不污染地下水源，是一种无污染的矿层注水技术方法。从根源上防止粉尘产生，防止煤与瓦斯突出、冲击矿压等煤岩动力灾害的发生等煤矿多种灾害具有重要的实用价值和现实意义。
具体实施方式
本发明所述的一种采矿过程中矿层注水的方法，其核心是在对矿层注水的过程中注入的是磁化水，可以提高矿层的吸水性能。这里的磁化水是在注入过程中被磁化的。
本文中的矿层包括煤岩层，并以煤岩层为典型的方案。
在注入过程的磁化方法是在向矿层注水的管路中设置具有设定磁化参数的磁化管路，普通水流过磁化管路后，被磁化成磁化水。
所述的磁化参数包括磁场处理强度与磁场处理时间。而磁场处理强度与磁场处理时间需要通过对磁化前的普通水进行试验分析得出。
磁场处理强度选择对磁化前的普通水的表面张力降低最大的磁场强度，也就是最佳的磁场处理强度；磁场处理时间通过对磁化前的普通水的磁化效应时间进行分析，得到最佳的磁场处理作用时间。
具体方法是利用可调的电磁感应磁化装置对矿层注水所用的水进行磁化，并利用表面张力测定仪测定不同磁场强度的磁化水的表面张力，得到表面张力降低最大时的磁场强度；最佳的磁场处理作用时间是对磁化前的普通水采用设定的磁场处理强度进行磁化处理，效果达到设定的要求的最短的时间。一般来说，磁处理时间越长，处理效果也越好，但是从经济上考虑不能无限制的延长时间，一般做法是利用上述的最佳的磁场处理强度对矿层注水所用的水在不同的时间(1s-1min)长度内分别进行磁化，并利用表面张力测定仪测定磁场处理水的表面张力，得到表面张力降低较大(能满足设计的要求，足够提高水在矿层中的渗透性和矿层的吸水性能)而时间又较短的磁场强度即为最佳的磁处理时间。
上述的磁化管路的长度与管径依据水的流速、磁场处理强度与磁场处理时间选取。且所述的磁化管路的管径与向矿层注水的管路的管径相适应。
以上的论述针对的是矿层，包括所有在开采过程中会产生大量尘的开矿作业，尤其以煤岩层为代表，因此本发明适用于开矿过程中易产生粉尘的采矿作业，以采煤为例本发明较佳的具体实施方式是，在对煤岩层注水的过程中注入的是磁化水。而磁化水是在注入过程中被磁化的，当然也可以是其它过程已经磁化好的。在注入过程中被磁化也就是在向煤岩层注水的管路中设置具有设定磁化参数的磁化管路，普通水流过磁化管路后，被磁化成磁化水。水被磁化后，表面张力降低，可以使水更容易被煤表面吸引，从而增加煤岩的润湿性，对于改变煤岩的力学性质，防止煤岩动力灾害以及降低煤尘都具有重要的意义。磁处理后水中悬浮物颗粒明显减少，同时磁处理后B、Si、Fe、Ca、K等元素含量明显减少。这种变化，不仅有利于减少注水时对煤岩层喉道的堵塞，对低渗透和特低渗透煤层十分有利，而且对于防止矿井水对管道的腐蚀及结垢具有重要的意义。
所述的磁化参数包括磁场处理强度与合适的磁场处理时间。并非磁场强度越高，表面张力下降越大，所以对于注水所使用的矿井水，必须经过研究得出最佳的磁场强度值，才能最大限度地降低表面张力。磁场处理强度是通过对磁化前的普通水进行磁化处理试验得出的。磁场处理强度是选择对磁化前的普通水的表面张力降低最大的磁场强度。所述的磁场处理时间是通过对磁化前的普通水的磁化效应时间进行分析，得到最佳的作用时间。所述的磁化管路的磁场强度选取磁场处理强度。所述的磁化管路的长度与管径依据水的流速与磁场处理时间选取。所述的磁化管路的管径与向煤岩层注水的管路的管径相适应，相适应就表明管径可与向煤岩层注水的管路的管径相等，只要方便连接就可以了。
为了便于理解本发明，以煤层介绍几个相关的原理：
1、煤吸附水的微观机理
在水分子(H₂O)中，氧原子周围有8个电子，其电子构型为：1s²2s²2p⁴，两个氢原子分别以自己的一个电子与氧原子2p轨道上的一对孤对电子组合形成H-O共价键。氧原子2p轨道上的一对孤对电子未成键，对H-O化学键中的电子对有一定排斥作用，从而形成H-O-H键角为104.5°的非线性构型。水分子中，氧原子的电负性(3.5)远大于氢原子的电负性(2.1)，所以H-O共价键中的成键电子对受氧原子的吸引力强，偏向氧原子一边，且氧原子上还有一对孤对电子，这样使得水分子中的正负电荷中心不重合，显示出极性，是极性分子。根据分子热力学和表面物理化学理论，煤对水分子的吸收从本质上是由于水分子与煤表面相互吸引的结果，这些作用力包括取向、诱导和色散等分子间力和氢键。煤对水分子的吸附是多层吸附，吸附第一层水主要是由于煤对水分子的氢键作用占主要地位，对其余水分子层的吸附主要是由于分子间力引起的长程力作用的结果。
2、磁场对水及其与煤体表面相互作用力的影响机理
水分子是由两个氢原子和一个氧原子以共价键的形式组成的，水分子中有5对电子，其中一对在氧核附近，另两对分别在氧核与两个氢核之间，其余两对是孤对电子，它对产生氢健起着重要作用，氧的电负性较氢大，因此O-H键的极性很强，由于这种极性，使水分子之间由于氢键而形成缔合水分子。水流经强磁场后，受磁场作用，较大的水分子集团链中的氢键会发生弯曲和局部断裂，使水分子缔合体分解成单分子水、双分子水或较小的缔合水分子，水分子之间的电性吸引力减小，具有了较强的活性。另外，水分子受磁场作用其键角、键长均有变化，键长加长，键角增大，所以水分子之间的吸引力减小，也增加了水的活性。水分子活性增加，使得其与煤表面的相互吸引力增加，更容易在煤体表面吸附，增加了煤体的润湿性。另外，磁场使水分子缔合体分解，水的黏性降低，根据达西定律，可以增加水在煤体中的流速，同时磁化水的溶解性增加，可以使煤岩体渗流通道上的难溶矿物质减少。这两方面都可以使得煤体中水的渗透性增加。
利用磁化水进行煤层注水可以增加水在煤层中的流动，并能够有效提高煤层的吸水性，增加煤层的润湿效果。磁化水可以增加水在煤体的渗透性和润湿性，这对于从根源上防止煤尘产生，防止煤与瓦斯突出、冲击矿压等煤岩动力灾害的发生等煤矿多种灾害具有重要的实用价值和现实意义。
具体在煤矿中，首先通过对所在矿井注水用的矿井水实验得到最佳的磁场处理强度，分析得出合适的磁场处理时间。一般来说，磁处理时间越长，处理效果也越好，最佳的磁处理时间是根据实验确定磁化效果较好而且时间相对最短的时间。这样确定的时间关系到实际使用时安装的管路长度和经济性。由上述实验得到的最佳磁场强度确定煤矿现场所需要的相应强度的磁场管路，并根据合适的磁场处理时间和管道水流速确定磁管路系统的长度，将磁场发生管路安装在煤矿的注水管路上，从而通过注水系统向煤体注水，使注入的水已经被磁化。
上述原理同样适用于其他岩层。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。