9301综放工作面煤层注水方案.docx

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9301综放工作面煤层注水方案

山东济宁运河煤矿有限责任公司

9301综放工作面煤层注水方案设计

编制

审核

通防科

安全科

生产部

总工程师

山东济宁运河煤矿有限责任公司通防科

运河煤矿9301综放工作面煤层注水方案设计

一、煤层注水设计基础资料

（一）9301工作面概况

本矿井采用一对立井开拓，副井进风，主井回风，中央并列式通风方式。

九采区位于井田东部，东西宽约1240m，南北长约1400m，采区面积1.736km2。

采区内布置有九采区轨道上山、九采区北翼皮带上山和九采区南翼皮带上山三条采区巷道。

9301放顶煤开采工作面位于-490水平九采区南部，东到济宁支二断层保护煤柱，西到9301轨顺联络上山（后期为九采区南翼皮带巷），南临五采区保护煤柱，北至9303保护煤柱。

9301工作面面长为196m，轨道顺槽长895m，皮带顺槽长1082m。

工作面推进长度845m。

工作面标高为-461～-560m，平均为-510m。

（二）9301工作面煤层物理机械特性及煤尘爆炸指数

9301工作面的煤层煤质较好，属低灰、低硫、特低磷、高发热量煤层，煤层硬度系数f=1～2,属中硬煤。

9301工作面煤层的原始水分为2.72%，孔隙率为2.08%，煤的容重为1.38t/m3,煤尘爆炸指数为34%。

（三）9301工作面巷道布置及采煤方法

9301工作面采用一进一回的“U”通风方式，轨道顺槽进风，皮带顺槽回风。

9301工作面轨道顺槽煤层总体为西部高，东部低。

顺槽内煤层倾角为2°～7°，平均5°。

9301工作面轨道顺槽通过9301轨顺联络巷与-490东翼轨道大巷相连。

轨道顺槽断面为矩形，沿煤层底板布置，规格为净宽×净高=3.6×3.0m，巷道断面积：

10.8m2；巷道采用锚网梯支护。

9301工作面皮带顺槽也为一褶曲构造，工作面中部为一向斜构造东部为一背斜构造，煤层总体为西部高，东部低，顺槽内煤层倾角为0°～17°，平均8°。

9301工作面皮带顺槽直接与-490东翼皮带巷相连。

皮带顺槽断面为矩形，沿煤层底板布置，规格为净宽×净高=4.0×3.0m，巷道断面积：

12.0m2；巷道采用锚网梯支护。

9301工作面采用综采放顶煤后退式开采，全部垮落法管理顶板。

9301工作面日推进度为3.6m，日产量为3500~4000t；月推进度为90~100m，月产量为85000~100000t。

工作面巷道布置详见附图1：

9301工作面巷道布置及供水系统示意图。

（四）煤层基本情况及地质构造

9301工作面沿切眼方向煤层倾角为10°～22°，平均14°。

9301工作面煤层赋存稳定，仅工作面东部存在0.2~1.0的夹煤层厚度为4.0~5.3m，平均为4.65m。

9301工作面夹矸及其影响情况详见附图1。

该工作面两顺槽煤层倾角变化不大，总体趋势中部低，东西部高，煤层角度平均为12°。

该工作面轨道顺槽设计停采线位于7#西14m，皮带顺槽设计停采线位于14#点西14m，主要是为了避开DF39断层，其断层性质为H=3.5倾角为45°。

工作面两顺槽实际揭露断层情况详见附图1及附表1。

地

质

构

造

情

况

1、皮带顺槽为一背斜构造，顺槽内煤层倾角变化不大，设计停采线附近煤层倾角较小一般为8°，而18#点以东煤层倾角相对较大，最大处煤层倾角可达18°。

顺槽在掘进时，在3#导线点前2m，揭露了①#正断层其性质为：

240°∠75°，H=7m；在8#导线点前26m处揭露了②#正断层其性质为：

237°∠40°，H=3m；在10#导线点前18m，揭露了③#正断层其性质为：

220°∠45°，H=1.0m；31#导线点前15m揭露④正断层其性质为：

250°∠70°，H=3.5m；32#导线点前6m处揭露⑤正断层其性质为350°∠70°H=2.0m.切眼布置在距离济宁支二断层55m处，根据超前探水的资料分析，济宁支二断层有一定的导水性，但导水性较弱。

2、轨道顺槽也为一背斜构造，停采线附近煤层倾角较大，一般为20°，到14#点煤层倾角趋于稳定，一般为12°。

轨道顺槽在掘进时，在12#导线揭露了DF40正断层其性质为：

150°∠70°，落差大于10m；在25#导线点前6m处揭露了⑥正断层其性质为：

110°∠50°，H=3.5m；两断层落差都较大，工作面回采时会带来很大影响，造成工作面局部割矸，顺槽内平均煤厚约为4.8m。

断层名称

走向（°）

倾角（°）

落差（m）

性质

对回采的影响程度

①#

240°

75°

7m

正断层

影响较大

②#

237°

40°

3m

正断层

影响较大

③#

220°

45°

1.0m

正断层

影响不大

④#

250°

70°

3.5m

正断层

影响较大

⑤#

350°

70°

2.0m

正断层

影响不大

⑥#

110°

50°

4.5m

正断层

影响不大

DF40

150°

70°

大于10m

正断层

影响较大

DF38

70°

0～3m

正断层

影响较大

济宁支二

断层

70°

大于60m

正断层

影响较大

附表1：

9301工作面地质构造特征表

（五）9301工作面供水水源及供水系统

9301工作面的供水水源来自地面静压水池，供水系统详见9301工作面供水系统示意图。

附图2：

9301工作面供水系统示意图

二、注水方式及其选择

煤层注水方式是指钻孔长度、位置和方向的概念，一般分为长孔、短孔、深孔和巷道注水四种方式。

由于9301工作面倾斜长度为196m。

工作面生产系统已经形成，轨道顺槽需要经常性的轨道运输，皮带顺槽已安装胶带输送机并需进行不定期地进行轨道运输，钻孔水施工及注水操作应不对工作面生产造成影响，设计钻孔施工及注水操作均在两顺槽的安全硐室内进行（安全硐每隔40m一个）。

综合比较各注水方式的优缺点并充分考虑现场适用条件，设计采用长孔注水方式，并在安全硐室内扇形布置钻孔。

注水方式及钻孔布置形式详见附图3：

9301综放工作面煤层钻孔布置平面图。

三、注水工艺及相关参数的确定

1、钻孔直径

设计采用型号钻机打孔，钻孔直径为mm。

2、钻孔长度

影响钻孔长度的因素有煤层的透水性、工作面长度、注水时间、注水压力、钻机能力和煤层倾角、厚度、构造及夹矸情况。

9301工作面煤层孔隙率为2.08%，透水性较差；工作面长度为196m，若采用单向长孔方式钻孔眼向误差较大，达不到设计效果，设计采用双向长孔以减小孔深；依据现场适用原则，拟采用静压注水，注水压力为3~5Mpa，注水时间为10天；型钻机最大能力为150m。

综合考虑以上因素，设计采用双向长孔方式，钻孔长度以眼底分别至两顺槽沿切眼方向70m为宜，每个钻孔的具体长度应根据现场倾角、煤厚、断层及夹矸情况进行确定。

由于眼向偏差导致钻孔进入煤层顶底时，应立即停止钻进。

若孔深未达到设计长度但已超过60m时，则做为一个注水钻孔；若孔深小于60m，应重新调整角度补打新的钻孔。

3、钻孔间距

根据其他矿井的成功经验，钻孔间距一般为10~25m，由于现场两顺槽的安全硐室每隔40m一个，因此采用钻孔开口间距为1.5m，终孔间距为15m。

本工作面的合理注水间距应根据实际注水效果检测后进行适当调整。

4、钻孔角度

钻孔角度应与煤层倾角（钻孔方向上的煤层倾角）保持一致，使钻孔始终保持在煤层内，杜绝穿透顶底板。

考虑到钻杆的下沉，开口位置应靠近硐室顶部，设计采用在硐室顶板以下1.0m的位置开口。

5、封孔深度

设计封孔深度为2.5m。

应保证注水时不从孔口及其附近煤壁透水、泄水、渗水，孔口附近煤体破碎或断层附近施工钻孔时应增加封孔深度。

6、封孔方式

采用封孔器封孔。

封孔器胶筒外径比钻孔直径小5~10mm，采用封孔器直径为mm。

将封孔器送入钻孔，接上注水管再推入钻孔设计位置；利用注水压力或机械力等使封孔器膨胀封住钻孔。

7、注水系统及注水参数

（1）注水系统

设计采用静压注水系统，详见附图4：

9301综放工作面煤层注水系统示意图。

采用多孔注水，同时注水钻孔数为3个。

在9301轨（皮）顺供水支管的三通阀门上引出Φ25的高压胶管，接入分流器，分出三支Φ10的高压胶管做为注水管路，并在注水管路上接入压力表、流量表与钻孔注水管连接。

（2）注水压力

由于设计采用静压注，因此采用中压注水，注水压力为3~5Mpa。

（3）单孔注水量

单孔注水量（按水分增加值计算）：

Q=KLBhγ（W1-W2）

式中Q—一个钻孔注水量，m3；

K—考虑围岩吸收水分、水的漏失和注水不均匀系数，取1.1；

L—工作面长度，m，本设计中由于是双向注，则取工作面长度的一半；

B—钻孔间距，m；

h—钻孔范围内应湿润的煤层厚度，m；

γ—煤的密度，t/m3；

W1—注水后要求达到的水分，%；

W2—注水前煤层原有的水分，%。

Q=KLBhγ（W1-W2）

=1.1×98×15×4.5×1.38×（0.04-0.0272）

=128.5m³

（4）注水流量

由邻近矿井的经验，设计暂时选用注水流量为0.0075m3/h·m，该数据在实际操作过程中应根据注水情况进行校正。

（5）注水时间

T=Q/（24V*l）

式中T—注水时间，天；

Q—单孔注水量，m³；

V—注水流量，m3/h·m；

l—钻孔长度，m。

T=Q/（V*l）

=128.5/（24*0.0075*70）

=10.2

≈10天

（6）9301工作面日注水量

由于工作面上下两顺槽可分别同时注三个孔，每个的注水时间为10天，因此日注水量

Qˊ=6Q/10=6×128.5/10=77m³

四、9301综放工作面实际煤层注水所需的设备和材料

9301综放工作面实际煤层注水所需的设备和材料情况详见附表2。

附表2：

9301工作面煤层注水设备及材料一览表

名称

型号

规格

数量

备注

五、钻孔开始注水及停止注水的时间

由于9301工作面煤层孔隙率较低，为使煤体得到充分湿润，水分充分渗到煤体的微孔隙内而达到理想的降尘效果，而采取静压注水方式注水压力较小，因此需要较长的注水时间（必须保证单孔注水时间在10天以上），而停止注水超前工作面回采的时间以半个月为宜。

因此设计采用在上下两巷距工作面100m以外的地点进行钻孔施工，钻孔开始注水时间超前工作面回采一个月，停止注水时间超前工作面回采半个月。

六、煤层注水的降尘效果及其检测

1、降尘率的计算

C=[（G2-G1）-（G´2-G´1）]/（G2-G1）×100%

式中C—降尘率，%；

G2、G1—分别为未实施煤层注水前开采时，工作面回风流及进风流中的含尘量，mg/m3；

G´2、G´1—分别为实施煤层注水后开采时，工作面回风流及进风流中的含尘量，mg/m3；

预计降尘效果为50~80%。

2、降尘效果的检测

在工作面上下出口各距工作面15~20m的地点使用测尘仪进行测尘，每7天检测一次，应及时记录，并整理分析，总结效果后对煤层注水参数进行修改。

七、煤层注水劳动组织

钻孔、封孔工作由通防科钻探班进行施工并做好相应记录，连接管路、注水、换孔及记录注水参数由综采二区进行（记录表格由通防科设计提供），测尘工作由通防科测风员进行并做好相应记录。