闽安9煤采空区放水设计Word格式.docx
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二、排水方案及施工方法
在井底水仓联络巷入口位置处设置一个钻场,巷道高度为3.5m,采用ZDY-1250坑道钻机(钻杆直径φ50)沿水仓联络巷顶板岩层自下而上打钻进入9煤层采空区,通过钻孔将积水排出。
施工方法如下:
1、钻场:
井底水仓联络巷喷浆支护完好的地点以巷道为钻场布置4个钻孔,钻孔开口布置在巷道高度3.2m位置,孔间距2m,钻孔参数见下表,实际施工以打穿采空区为准。
放水钻孔参数表
孔号
方位角(NE)
仰角
预计长度(m)
1
180°
+30°
47′
55
2
165°
+18°
6′
56
3
131°
22′
+36°
4
90°
+33°
13′
62
2、套管:
套管采用无缝钢管,直径φ100,长10m,一端焊接法兰,法兰外接相同直径的(φ100)球阀、三通、放水管及堵板(详见附图四)。
3、挡水板:
挡水板采用4-6mm圆形钢板,外径φ600,中孔直径φ60(略大于钻杆直径),按照法兰螺孔的孔径及孔间距在挡水板上钻4个螺孔,再用M16螺杆固定在三通法兰上,挡水板与法兰间距为300mm,即固定螺杆的内接长度为300mm。
3、放水管:
放水管采用φ100钢丝软管,从水仓联络巷钻场位置敷设至水仓入口变坡点处并固定,在球阀前方的套管上安装一个真空压力表(0-1.6Mpa),便于观测水位变化和估算积水量。
4、掏槽与锚固:
套管需用10号槽钢锚固在顶板岩层内,由于钻孔不垂直岩面,为确保套管法兰牢固固定在顶板岩层内,需在钻场的开孔处,开挖一条三角形槽沟,槽沟的一面垂直于钻孔中心线,另一面与钻孔中心线平行,槽沟长1000mm,宽360mm。
槽钢为每个钻孔2条,长950mm,两端对称各钻1个φ25的圆孔,便于安装锚杆。
锚杆每个钻孔4根,直径φ18-20,长1800mm,每根锚杆采用树脂锚固剂3节。
(详见插图)。
5、施工方法与顺序:
先施工水仓口联络巷处最里的第一个钻孔,其它钻孔根据第一个钻孔施工情况和放水效果确定施工时间和顺序。
第一个钻孔的施工顺序如下:
1)底部联络巷巷道净高不低于3.5m,确保安全退路畅通无阻,利用水仓、配水井至水泵房之间的通道进行全负压通风,全负压供风量不小于300m3/min,如果全负压风量不足,则应安装局部通风机进行压入式供风,并有专人检查CH4和CO2等有毒有害气体。
2)水泵房已安装的两台MD150-30×
9型卧式离心水泵,在施工放水孔前必须提前对水泵进行联合排水试验,确保水泵最大排水能力。
3)掏槽。
4)安装、调试钻机。
5)用φ105钻头打套管孔,孔深10m。
6)安装套管并锚固。
7)安装球阀、三通、挡水板、压力表、连接放水管。
8)改用φ75钻头从球阀内进入套管打放水孔。
9)打穿采空区见钻孔出水后退钻,待钻头退出球阀后立即关闭球阀,观测并记录水压。
将剩余的钻杆全部退出,在三通外侧法兰加装堵板,打开球阀放水。
3、套管锚固力验算
套管直径为φ100,受压面积为86.6cm2,估计最大水压为1.0Mpa,则每根套管承受的压力为F=86.6×
1.0×
10.2=883kg。
每根锚杆的锚固力约为40-50KN,每组安装4根锚杆,满足要求。
四、钻孔自然流量估算:
根据《流体力学》短管水力计算公式:
Q70=μc×
A×
×
3600(m3/h)
式中:
A—管路截面积0.005m2,H—水头高度m
μc—综合阻力系数。
μc=
=0.2;
其中:
α—修正系数,按紊流,取1;
λ—管壁阻力系数,λ=K(0.0125+0.0011/D)=0.034125
K—管壁粗糙系数,一般为1-1.3,取1.3;
D—管径,单位:
m,用φ75钻头,钻孔终孔直径取80mm,即0.08m;
L—管长,单位:
m,取钻孔全长,即60m。
Σζ—管嘴阻力系数,取0.5。
水位为74m时:
Q=μc×
3600=0.2×
0.005×
38×
3600=137m3/h
水位降为10m时:
14.14×
3600=50m3/h
经过计算,在最大水位为74m时,钻孔的自然流量为137m3/h。
当水位降为10m时,钻孔的自然流量为50m3/h,单孔平均流量取85m3/h。
5、钻孔个数及水泵选型
1、钻孔个数、放水时间及水泵选型:
估算的总积水量约49万m3,单孔平均流量60m3/h,放水时间为60天时,则放水钻孔个数=490000÷
85÷
60÷
24=4个,平均总流量为340m3/h,最大总流量为548m3/h,但单台水泵的排水能力仅为190m3/h。
以此类推,放水时间为120天时,则正常放水钻孔个数为2个,水位降低时可增加放水孔数,平均总流量控制在190m3/h以下。
实际放水时间按120天安排,正常情况下一台水泵运行,一台备用。
MD150-30×
9型多级水泵工况点运行参数
型号
流量
(m3/h)
总扬程(m)
转速(r/min)
电机功率
(kW)
效率
%
必须汽蚀余量(m)
MD150-30×
9
190
215
1480
200
75
4.7
五、安全技术措施:
1、巷道支护:
钻孔前后10m范围内的巷道必须加强支护,开孔处的顶板必须坚硬、完整,不得出现明显裂缝、褶曲、冒落等现象,同时用木板背实背严,防止冒顶。
2、安装套管:
在套管外面的法兰边缘必须焊接两块槽钢(对称焊接),每块槽钢安装2根锚杆,锚杆眼应平行于钻孔中心线,锚固剂应搅拌均匀,锚杆螺帽要拧紧。
3、安装挡水板:
为防止高压水喷射伤人,必须在闸阀与钻机之间安装一块挡水板。
挡水板用4根M16螺杆固定在法兰上,挡水板中心点应尽量与套管中心点重叠,钢板厚度不小于4mm。
4、安装与调试钻机:
在钻头穿透顶板岩层的瞬间,钻机如不能采取有效措施进行固定,钻头、钻杆在高压水的作用下,将产生很高的加速度,从而形成强大的冲击力,其冲击力为:
F=ma=360×
60/(2×
3)=3600kg力
F—冲击力(kg力);
m—加速距离内(3m)钻头钻杆总质量(kg),取360kg;
L—加速距离,取3m;
a—加速度(m/s2),a=v2/2L=60m/s2。
v—钻头钻杆的最高速度,取近似于射流速度,v=q/A=137/(0.002×
3600)=19m/s。