煤矿采煤工作面注水防尘设计.docx
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煤矿采煤工作面注水防尘设计
集团
X县X煤矿
2903采煤工作面注水防尘设计
会审签字表
编制
矿长
总工
生产矿长
安全矿长
机电矿长
会审意见：
2903工作面煤层注水设计方案
煤层注水是采煤工作面最有效的防尘办法之一，实践证明，实施煤层注水不但能有效减少采煤工作面煤尘的产生，而且能够改变煤体的多种物理力学性质，减少冲击地压、煤层自燃发火，对采煤工作面的安全生产具有重大的意义。
为有效改善2903采煤工作面的作业环境，提髙生产效率，遏制煤尘飞扬，决定对2903I作面实施煤层注水，特编写《2903X作面煤层注水设计方案》如下：
一、工作面概况
（一）、地面相对位置及临近采区开采情形
一、地表状况：
该工作面在工业广场西南面，地表为高山地带，地面标高在+1138ni〜+1250m之间，工作面相对应的地表为荒山，北低南髙。
二、工作面位置及井上下关系
工作面位置及井上下关系
水平标高
+920m
采区名称
2采区
地面标高
+1138m〜+1250m
工作面标高
+870m〜+890m
地面相对位置
该工作面在工业广场西南面，地表为高山地带，工作面相对应的地表为荒地，无重要建筑设施。
回采对地面设施的影响
地面无建筑设施，回采对地面影响不大。
井下位置及与四邻关系
2903采煤工作面位于2采区轨道下山以西，东面为2采区下山保护煤柱，北部为2901采煤工作面采空区，南部为未开采区域。
走向长
615m倾斜长141m面积879450m2
（2）、煤层
1、煤层厚度
按照2903回风巷、运输巷、切眼掘进探煤数据资料：
本工作面运回及切眼煤层厚度在2.8m〜3.4m之间，平均煤厚3.0mo
2、煤层产状
2903釆煤工作面开釆煤层为二叠系上统龙潭组9#煤层，地层走向南东~北西向，偏向北东，倾角5〜12°,—般7°o
3、煤质
厚度1.66〜4.79m,平均3.44m,夹歼0至2层，厚0.10〜0.44m,平均0.21m。
采用厚度1.66〜4.35m,平均3.26m,全区可采，属稳固煤层。
上距8煤层底8.06〜11.83m,平均9.83m。
煤层賦存特征及煤质指标表
煤岩层名称
9#煤
煤岩类别
半光亮型
厚度（m）
平均3.0m
煤尘爆炸性
无
煤层结构
筒单
煤的自燃
不易自燃
煤层倾角
5°〜12。
地温
21°C
品种
无烟煤
地压
一般
容重
1.42t/m:
发热量
27.507MJ/kg
硬度（f）
0.5〜1
（3）、煤层顶底板
9#煤层顶底板多为泥质粉砂岩、泥岩，遇水易软化，膨胀。
上距
8煤层底&06〜11.83m,平均9.83m。
顶板单轴天然抗压强度21.10〜
24.4Mpam,平均22.75Mpa,按岩石坚硬程度分类为较软岩。
煤层综合柱状图如下：
煤层柱状图
3号层
&号层
y号展
J3号毎
（四）、地质构造
2903采煤工作面地质构造为单斜构造，地层走向南东~北西向，偏向北东，倾角5〜12°，—般7。
。
2903运回两巷及切眼掘进进程中未发觉断层。
地质构造类型为简单。
三、设计目的
有效减少2903工作面在回采进程中的产尘量，降低工作面的粉尘浓度，提高作业场所能见度，改善工作面的作业环境，避免职业病的发生，从根本上杜绝粉尘危害。
并为2903工作面回采进程中的瓦斯治理创造良好的条件、奠定坚实的基础。
四、注水钻孔参数的肯定
一、注水方式：
采用工作面偏向单向长钻孔注水
二、注水方式：
采用静压注水（具体方式按照现场实际情形决
定）
3、钻孔布置：
从2903X作面回风巷沿煤层偏向方向、距底板1.4（n处打平行于工作面的下向孔，采用静压注水的方式进行煤层预注水。
4、钻孔直径：
①65mm
五、钻孔深度
L=L-M=141-l/3X141=94m
式中：
L—钻孔长度，m
Li一工作面长度，m
M—与煤层透水性和钻孔方向有关的参数，m
六、钻孔间距
B=2.5Rh=2.5X2X2.8=14m
式中：
B—钻孔间距，m
R—湿润半径，m
H—巷道净高（注水工作面、回风巷），m
7、钻孔倾角
Y=a-9=7°-0.3°=6.7°
式中：
Y—钻孔倾角
a—煤层倾角
9一钻孔最大下沉角；9=arctanh/L=0.3°
h—钻杆下沉距离，m
L—钻孔深度，m
h/L—钻杆下沉率，一般为0.3—5%,本设计取0.3%
八、2903X作面注水钻孔参数表
本次施工在2903工作面辅助运输巷，从开切眼位置设计停釆线
位置，每隔14m钻一个注水孔，设计钻孔工60个。
孔数
（个）
开孔位置
离底板（m）
倾角
（°）
孔径
（mm）
孔长
（m）
60
L4
-7
65
94
五、煤层注水参数的肯定
一、注水系统
设计采用静压注水系统，详见附图《2903工作面煤层注水系统示用意》。
釆用多孔注水，同时注水钻孔数为3个。
在2903I作面回风巷静压供水管路的三通阀门上引出①25的的髙压胶管，接入分流器，分出三支①10的高压胶管作为注水管路，并在注水管路上接入压力表、流量表和流量调节阀等。
单孔累计注水时刻很多于1个月或直到煤帮在预定湿润范围内“出汗”为止。
注水超前回采的距离不小于1个月的推动度，超前时刻很多于1个月。
二、注水压力
由于设计采用静压注水，所注水为纯水，因此注水压力以1.5〜5Mpa为宜；一般采用调节钻孔的注水量流量来控制注水压力，注水时从低压逐渐升压，直至注水压力稳固为止。
3、单孔注水量
Q=2BLMv（W-W2）K=14X94X2.8X1.44X（4%-2.55%）XI.5=115.4m3
式中：
Q—一个钻孔注水量，代
B一孔间距，m
L—钻孔长度，m
工作面煤层厚度，m,按照29031作面实际情形，取2.8m
Y—煤容重,t/m3,b煤层1..44t/m3
注水后要求达到的水分取，取4%m3/t
W2—煤层原有水分，取2.55%m7t
（W-W2）一般取1%〜2%,本设计中取1.45%m3/t
k—考虑围岩吸收水分，水的漏失和注水不均匀系数，取1.5
4、注水流量
注水流量不宜过大，小流量注水对煤层的湿润效果最好。
只要时刻允许，应尽可能采用小流量注水，注纯水时注水流量可取15〜20L/mino
五、单孔注水时刻
t=[Q/（60Xq）]X1000
=[115.4/（60X20）]X1000
=96.17h二4d
式中：
t—单孔累计注水时刻，h
Q—单孔注水量，Q=115.4m：
i
q—注水流量q=201/min
在实际注水中，亦可把预定湿润范围内“出汗”现象作为煤体受到全面湿润的标志。
“出汗”后即可结束注水。
注水工作制度釆用全天24小时不中断注水。
六、注水超前于回釆的距离和时刻
为提髙煤层注水效果，煤层注水工作应在常压带内进行。
为保证足够的注水量，注水工作不宜过迟。
⑴超前距离：
距工作面最近的注水孔开始注水时，超前工作面的距离可按下式计算：
U=Lq+[K+tX（ti+t2）/（24Xti）]XV
式中：
Lm—注水开始时超前工作面的距离，in
Lq—工作眼前方应力集中带宽度，取L（=30m
Ta—注水钻孔倒孔转换时刻,d；取Ta=0；
t—单孔累计注水时刻，取t=115.4h
ti—每次纯注水时刻，取ti=24h
t2—注水间隙时刻，取t2=0h
V—工作面正常的推动度，取V=2.4m/d
La=30+[0+115.4X（24+0）/（24X24）]X2.4=41.54m
⑵超前时刻：
T=Lm/V=41.54/2.4=17.3d
式中：
T—注水的最小超前时刻，d
L—注水开始时超前工作面的距离，m
V—工作面正常的推动度，取V=2.4m/d
按照煤层注水技术标准（Q/.02.1.09.002-2008）：
注水超前回釆的距离不小于月推动度，超前时刻不小于1个月，2903工作面注水超前回采的距离暂定为60m,超前回采时刻暂定为30d。
注水进程取样分析，并按照上述计算结果合理选取注水超前回采的距离和超前回采时刻。
7、2903工作面日注水量
Q'=nQ/t=3X115.4/2=173.lm3/d
式中：
Q'—工作面日注水量，m7d
n—同时注水的钻孔数，个
Q—单孔注水量，m3
t—单孔注水时刻，d
六、封孔
一、封孔深度
封孔是注水工作中一个重要环节，封孔质量的好坏直接关系着注水的成败。
按照巷道边缘破碎带宽度，设计封孔深度为3m。
封孔深度应保证注水时不从孔口及周围煤壁透水、渗水、泄水；封孔深度必需超过巷道边缘煤体破碎带宽度，在地质构造带（如断层）周围，应适当增加封孔深度。
二、封孔方式
釆用封孔器自动封孔。
封孔器胶筒外径比钻孔直径小5〜10mm,釆用O60mm的封孔器，
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。
七、劳动组织
一、2903X作面煤层注水所需设备及材料参数一览表
序号
设备材料名称
型号
单位
数量
备注
1
钻机
ZDY-620
台
2
2
压力表
个
3
3
流量表
个
2
4
钻头
①65
个
5
5
钻杆
①50
米
200
6
封孔器
个
1（）
7
分流器
个
2
8
流量调节阀门
个
2
9
钢管
①25
米
10（）
10
高压胶管
0>25
米
200
11
法兰盘
①25
个
10
二、人员组织一览表
序号
工种
班次
合计
早班
中建
夜班
1
带班长
1
1
1
3
2
钻机司机
2
2
2
6
3
检修工
1
1
1
3
4
巡回记录员
1
1
1
3
5
瓦斯员
1
1
1
3
6
安全员
1
1
1
3
7
技术员
1
1
1
3
8
合计
8
8
8
24
3、作业方式：
边钻边注水
4、作业工时：
200个工时
八、安全办法
（一）钻机操作及安全技术办法
一、运输钻机的安全规定
（1）钻机装好车后，应用钢丝绳等封扎牢固，封绳不得少于两股，以避免物料滑动或失落。
（2）平巷人力推车，必需遵守下列规定：
1一个人只准推一辆车。
同向推车的间距，在轨道坡度小于或等于5%。
时，不得小于10m；坡度大于5%o时，不得小于30m；坡度大于7%。
时，禁止人力推车。
2在夜间或井下，推车人必需备有矿灯，在照明不足的区段，应将矿灯挂在矿车进行方向的前端。
3推车时必需时刻注意前方，在开始推车、停车、掉道、发觉前方有人或有障碍物，从坡度较大的地方向下推车和接近孔岔、弯道、巷道口、风门、碉室岀口时，推车人都必需及时发出警号。
严禁放飞车。
4人力推物料车时，手不要抓在车沿上，或有棱角处。
（3）上、下山运输严格执行如下规定：
1斜井串车提升，严禁蹬钩。
行车时，严禁行人。
2输送物料时，每次开车前把钩工必需检查牵引的车数、各车的连接和装载情形。
牵引车数超过规定、连接不良或转载超重、超髙、超宽或偏载严峻有翻车危险是，都不得发出开车信号。
3绞车提升运输进程中，上山及下部所有人员均需进入躲避碉内，矿车运行范围内严禁有人停留、行走，严格执行“行车不行人制度”。
4绞车司机必需由通过专门培训，取得合格证的专职（或兼职）人员担任，并持证上岗，严格按小绞车操作规程作业。
绞车提升进程中，绞车司机严禁擅离工作职位。
上、下车场把钩工要精力集中认真负责，按章作业。
二、安装及移动钻机的安全规定
（1）不得用锚杆锚索起吊钻机；
（2）在斜巷中稳钻时，钻机必需下道，钻机下方的超柱很多于两根，并用钢丝绳或铁链与巷道内的固定物固定住，吊住钻机的绞车要有专人看管。
（3）进入现场的所有设备要符合井下防爆要求。
设备进入现场前，要对现场安全环境进行检查，施工地址必需做到支护良好、通风、通电、通水、通气、通电话、排水通畅、底板平整、瓦斯煤尘、避灾线路等符合安全标准要求后，方可进入施工现场。
（4）钻机机身安装必需平稳，上紧底固螺丝，电器设备要垫高防潮，钻场前后10m之内的支护要完好，电缆要上钩并悬挂整齐、钻具器材要上架并码放整齐，机械转动部份防护栏、防护罩要安装齐全。
（5）钻机要打牢压柱及起柱。
在斜巷稳钻时必需执行如下规定:
1钻机必需下道，钻机垫平，钻机下方必需利用很多于两根的超柱，并用靠得住的钢丝绳或铁链与铁路或其他巷道上的固定物连接在一路。
2巷道坡度较大时，除采取上述办法外，还要用绞车钢丝绳拉着钻机，使绞车处于制动状态，并指定专人监护绞车避免有人开动。
（6）调试钻机，检查钻机各转动部份运转是不是正常；开关启动是不是灵活靠得住，各类零部件及钻具是不是齐全、合格，发觉不符合规定者，必需进行处置或改换。
（7）检查机械设备安装质量及安全设施情形，经试车合格后方可开钻。
3、钻孔施工安全办法
（1）钻探工必需通过安全、技术培训，能够掌握钻机的操作工艺，并经考试合格取得相关有效证件后，方可入井作业。
（2）瓦斯员必需通过安全、技术培训，能够掌握光瓦的操作工艺，并经考试合格取得相关有效证件后，方可入井作业。
（3）其他相关人员必需通过安全教育培训，且经考试合格后方可入井作业。
（4）动工前对所有施工人员进行技术交底和办法贯彻，保证每一个施工人员都能够了解掌握施工进程中的各类技术要求和相关规定，并做好办法贯彻签字记录。
（5）井下施工要严格执行《煤矿安全规程》、《地质勘探安全规程》及盘区有关的规定，特别要做到：
①严格依照煤矿三大规程作业，不得违章指挥，不违章作业、不
违背劳动纪律，严格执行不安全不生产的原则。
2施工人员下井必需持证上岗，工作中坚守职位，无特殊原因不得随意远离打钻地址走动。
3入井前要按要求配带好矿灯、矿帽、自救器。
4上、下井时必需听从现场管理人员指挥，不得拥堵、抢罐，听从管理人员指挥。
乘坐提人罐笼时身体及携带的工具严禁露出罐笼外，确保安全。
5严禁携带烟草和点火物品，严禁穿化纤衣服，入井前8小时严禁饮酒。
6人员在上、下山巷道内行走时，坚持“行车不行人”制度，严禁蹬钩扒车。
（6）严格按设计方案中规定的方位角、倾角、孔径、孔深进行施工；开孔位置方位角、倾角、孔径、孔深都必需符合设计要求，方位角左右误差不得超过1°，倾角不超过±0.1。
O
（7）钻探工人穿着要整齐、利落、衣襟袖口、裤脚必需束紧。
（8）开钻人员不得紧靠钻杆，给压要均匀，判断要准确，孔内情形要及时掌握，钻速及压力要及时调整，以保证正常钻速。
（9）启动开关时，注意力要集中，做得手不离按钮，眼不离钻机，随时观察和听从司机命令，准确、及时、迅速地启动和关闭开关,为避免钻杆滑落伤人，正对钻杆下方严禁站人。
（10）打钻用水要保证有足够的流量，严禁打干眼。
（11）禁止用手、脚和其它物件直接制动机械运转部份，禁止将
工具和其它物品放在钻机，水泵电机的保护罩上。
（12）当钻进进程中如发觉进尺慢、孔内返水变大或变小、水压突然增大或顶钻等情形时，要当即停钻，但不要退出钻杆，派人监视水情，并当即报告矿调度室及有关部门，如涌水量远大于排水能力，要用木楔将孔口封住。
（13）若发觉机械设备有异样情形时，必需当即停止施工，及时查明原因进行处置，不得凑合或让机械设备带病作业。
（14）孔深达到要求时，要用清水将孔内煤岩粉打扫干净再起钻。
（15）发生断杆、掉钻头、孔内弃物、卡杆等事故后当班必需查明原因和情形准确计算钻杆长度当即向有关领导汇报。
（16）临时停电时，必需将钻杆退出5米外，班后要将钻杆全数拔出，避免卡钻。
（17）正常作业时，施工人员要协调配合作业，设备运转、停机时要先招呼、再操作。
严禁不打招呼启动。
同时增强对设备的利用与保护保养，严格依照设备的操作规程进行操作。
（18）上下钻具时，钻机上下夹持器应配合利用。
拧卸钻具和加减尺时应将钻具卡牢，作业人员应站在钻杆两边作业，避免钻具下窜伤人。
钻具的加、减尺进程中，人必需站在钻杆的双侧施工，严禁站在钻杆的后端工作。
施工中人员应分立钻机双侧，避免孔内突然来水、来压顶出钻杆伤人。
（19）严格执行停送电制度，停电以后必需验电，然后把开关的把手封锁在停电位置上，做明显标志或派专人看管。
工作结束后必需全面检查，待一切无误其它职位没有作业人员后方可送电撤人。
钻机移位时要停电作业，严禁带电检修和搬迁电器设备。
（20）施工现场要配备专用电话，当班班长负责当班施工中的安全、质量和人员管理工作，每班到现场后班长应及时把井下人数、工程进度等情形向矿调度室汇报。
钻孔施工时要协调好矿井其它职位作业人员，钻机作业中不准轨道行车，因矿井需要必需行车时应将钻机等设备移动至安全地带。
（21）钻进时要时刻注意掌握所钻煤岩层的稳固情形，发觉异样情形要及时处置，严禁强拉硬拧。
每次钻杆下入前要检查丝扣的好坏,钻杆是不是有弯曲及裂痕等，不合格钻杆禁止下入孔内。
（22）在钻进时，发觉片帮、来压或地层异样时，应当当即向矿调度室汇报，情形危急时，应当即撤出施工地址。
（23）若两钻机平行施工时，要彼此协调，增强沟通，一路做好现场安全文明生产。
（24）每班的跟班技术员应将钻机编号、倾角、终孔深度、孔底岩性扩孔深度、水文转变、机械运输情形等详细记录并向下班交班。
（二）注水操作及安全技术办法
一、封孔前要检查注水孔内的堵塞物是不是排除清理，保证注水孔固位煤帮，顶板支护完好，发觉不安全因素及时处置。
二、按标准要求进行封孔，封孔的深度要符合设计要求，同时
要严把封孔质量关，保证注水孔周密不漏水。
3、采用多孔并联注水，一次允许注水孔不得超过3个。
4、注水流量按20L/min左右，发觉煤壁在预定范围内出现水珠后，应停止注水。
五、安排专人进行煤层注水工作，全天24小时不中断注水，每一个注水工要掌握注水的工艺要求，并严格执行煤层注水操作规程。
六、注水前应检查注水管路是不是完好，仪表和开关等可否正常工作，确认注水系统完好后，方可依次打开注水开关，进行煤层注水工作。
7、注水人员必需严格执行现场交交班制度，班中详细记录注水压力、水表读数、注水流量等各类参数，出井后认真填写煤层注水记录，每组注水孔注水完毕后，由技术人员对每一个注水孔实际注水参数进行统计整理，填入煤层注水台帐。
八、注水如发生异样情形，应当即停止注水，待查明原因，处置完毕后，方可进行正常注水工作。
九、注水后要及时记录各类数据，分析注水结果，不断总结经验,为下一次的注水工作提供准确靠得住的依据。
10、注水管路、仪表仪器悬挂整齐，仪表放到安全地址。
1一、不得随意停注水。
1二、专用的注水管路不得兼作他用。
九、煤层注水的降尘效果及其检测
一、降尘率计算
C=[（G2-GJ-（G‘2-G/!
）]/（G2-G,）X100%
式中：
C—降尘率，％
g2.g—别离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/【2
G'2、G'―别离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
估计降尘效果为50%〜80%。
二、降尘效果的检测
在工作面上下出口各距工作面15〜20m的地址利用测尘仪进行测尘，每7天检测1次，并做好记录进行整理分析，按照分析结果及实际需要对煤层注水参数进行修改。
十、附图
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