综放工作面煤层注水设计.docx
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综放工作面煤层注水设计
综放工作面动压注水设计
设计：
审核：
批准：
党新煤矿有限责任公司
二零一七年一月二日
第一章工作面概况………………………………………3
第二章煤层注水设计……………………………………4
第三章劳动组织…………………………………………8
第四章安全技术措施……………………………………9
附表1………………………………………………………12
附图1………………………………………………………13
参考文献：
1、党新煤矿《初步设计》
2、《设计手册》
综放工作面动压注水设计
第一章工作面概况
1、采煤工作面位置：
综采工作面位于22#煤层，运输巷标高比回风巷标高低7米。
工作面西面是22102工作面，正在掘进，东部为采空区，北部为未开采煤田，南部为韩家洼未开采井田范围。
二、工作面有关参数
1、顺槽走向长度：
840米，煤层倾角：
2～4°
2、2、煤层平均厚度：
11.39米，平均采高：
3.2米，工作面倾向长：
180m，工作面倾角2.2°
3、煤层孔隙率：
77%
4、瓦斯等级：
低瓦斯
5、煤层硬度：
f=3.5，煤质牌号：
气煤（QM），容重：
1.41T/m3
6、自燃危险等级：
Ⅱ级，自燃倾向性为自燃
7、煤层爆炸指数：
据山西省煤炭工业局综合测试中心2009年8月19日对柴家沟煤业有限公司22（5）号煤层做了检验报告，22（5）号煤层火焰长度>400mm，岩粉用量65%，煤层煤尘有爆炸性。
在今后掘进、生产中应注意洒水防尘，定期清理巷道壁浮尘，以杜绝煤尘爆炸事故的发生。
3、工作面地质情况及煤层原始水份
本工作面走向近东西，倾向北，倾角2—4°，煤层厚度；平均11.39米，煤层结构简单-发杂，赋存稳定，顶板为粉砂岩、细砂岩、砂质泥岩，底板为泥岩、细砂岩，煤层原始水份（Mad）：
0.92%～3.48%，平均2.27%。
四、采煤方法
工作面采用走向长壁综采放顶煤采煤法。
第二章煤层注水设计
煤层注水是减少采煤工作面粉尘产生的最根本、最有效的措施。
通过煤尘注水一般除尘率可达60%～80%，煤尘注水实施较好的工作面，可以将总粉尘浓度减少75%～85%，呼吸性粉尘浓度减少65%以上。
煤层注水是通过钻孔将压力水注入煤层中，使煤层得到预先湿润，增加煤体的水分，减少采煤时粉尘产生的一种技术措施。
移交生产时设计在22号煤层工作面顺槽进行采前预注水。
一、设计依据
1、煤的水分、孔隙率、透水性、饱和含水率、裂隙、节理、层理、破碎、硬度等情况。
2、煤层顶底板岩石的孔隙率、透水性、自然含水率、饱和含水率。
3、煤层的厚度、倾角、稳定性、构造、结构以及夹石的岩性、厚度、结核伴生情况、煤尘爆炸指数。
4、井田开拓方式，采区巷道布置及采煤方法，采煤、掘进装备，回采工作面月进度、月产量、通风方式、进回风巷支护方式及断面尺寸。
5、井下消防洒水（给水）系统。
二、注水方式的选择
根据22号煤层采区巷道布置和采煤方法，结合煤层赋存特征，回采工作面煤层注水采用工作面超前动压注水工艺，移动式注水泵单孔注水方式。
设计中选用较先进的深孔煤层采前注水方式。
采用单向钻孔布置，即在工作面轨道顺槽中平行于工作面向煤体打长钻孔注水，钻孔沿煤层均匀布置，钻孔口布置在巷道中距底板1m左右处。
三、注水参数的确定
1、钻孔直径：
钻孔选用ZDY-1200S型液压钻机，钻孔深度可达200m，开孔直径75mm，终孔直径65mm。
2、钻孔长度：
根据煤层节理裂隙发育情况、工作面长度、注水时间和注水压力、注水钻机能力，确定单向钻孔长度为155m。
3、钻孔间距：
钻孔间距根据煤层的湿润半径计算，孔深时孔距大，孔浅时孔距小。
合理的钻孔间距一般通过实践来确定，根据经验一般按10～20m考虑，设计确定为20m。
4、钻孔角度：
钻孔角度原则上与煤层角度基本一致，使钻孔始终保持在煤层内。
生产中根据煤层节理发育程度选择采用垂直钻孔或伪倾斜钻孔，以使节理面尽量与钻孔垂直。
5、封孔方式：
封孔方式采用封孔器封孔，由于该采面煤层注水时动压注水，煤层硬度较小，且裂隙较发育，封孔深度不得小于1.5m。
6、封孔器长度：
封孔器长度一般是生产厂家通过试验和生产实践确定，为1.5～2m。
设计暂按1.5m考虑,待注水开始后再按实际需要进行调整。
四、注水工艺参数的选择
注水系统分为静压注水系统和动压注水系统，鉴于本矿井煤层注水钻孔较大，注水压力较大，设计选用动压注水系统。
注水泵型号为7BZ-6.3/16，公称流量6.3m3/h，工作压力16MPa。
煤体注水后，煤体水分应达到4%左右，注水效果和注水时间以实际注水效果衡量，通过快速水分测定仪进行测试。
注水工作超前工作面回采1个月完成。
1、注水压力
注水压力反映了钻孔的注水阻力，其影响因素较多，主要与煤层的透水性及瓦斯压力有关。
注水压力一般分为低压、中压、中高压、高压和超高压，为了提高煤层的湿润效果，采用动压注水。
动压注水多属中压，我国的注水经验动压注水一般为4.9—19.6MPa。
在所取的注水流量条件下造成的注水压力是否符合该煤层的注水要求，需通过注水实践来确定。
一般情况下注水压力应满足以下条件：
（1.2—1.5）Pw≤P≤Pr
式中：
P—注水压力，MPa；
Pw—煤层中瓦斯压力，MPa;
Pr—上覆岩压力，MPa。
本矿井煤层埋藏浅，瓦斯含量少，应采用较低压力注水。
同时，由于22号煤较软，节理发育，压力太高又容易造成跑冒，因此，初定水压为10MPa，生产后可根据实际情况调节。
所选煤层注水泵最高压力可达16MPa，能够满足该项目单向长钻孔动压注水的需要。
2、单孔注水量
（1）单向钻孔注水时孔长的计算
L=L1－M
式中：
L——钻孔长度，m；
L1——工作面长度，m；
M——与煤层透水性和钻孔方向有关的参数，25m。
则L=L1－M=180－25=155m
（2）钻孔间距
钻孔间距可根据煤层湿润半径计算，按经验取20m。
（3）钻孔注水量按下式计算：
Q=BLMγ（W1－W2）K
式中：
Q——一个钻孔注水量，m3；
B——孔间距20m；
L——工作面长度180m；
M——煤层厚度，22号煤层：
11.39m；
γ——煤容重,22号煤层：
1.41t/m3；
W1——注水后要求达到的水分取4%；
W2——煤层原有水分,22号煤层2.27%,；
K——考虑围岩吸收水分,水的漏失和注水不均匀系数,取1.5。
则:
22号煤层钻孔注水量Q=20×180×11.39×1.41×0.7×（4%-2.27%）×1.5=1050m3。
3、矿井日注水量
矿井日注水量按下式计算：
Q日=K1G（W1-W2）
式中：
Q日——矿井日注水量m3；
K1——注水系数，取1.5；
G——矿井计划注水回采工作面日产量：
4号煤4545t/d。
22号煤层日注水量Q日=1.5×4545×（4%-2.27%）=118m3。
4、注水流量（或注水速度）与注水时间
单孔注水流量按6m3/h考虑,注水时间为钻孔开始注水至煤体全面湿润为止,注水煤体全面湿润的标志为湿润范围内煤壁出现均匀的“出汗”渗水,注水时间通常为6～12d。
单孔注水时间T（小时，h）取决于钻孔单孔注水量和单孔注水流量，按T=Q/V计算，根据所选设备，取6m3/h。
T=1050/6=175h
每天注水时间按24个小时计算，得出注水的天数：
Td=T/24=7.3d。
计算得出，在钻孔间距为20m时的注水时间为7.3d。
5、注水超前工作面的最短距离X
X=Td·s+x
式中：
s—工作面日推进进度为2.4m；
x—停止注水时钻孔与工作面的距离，取30m。
计算得出注水超前工作面的最短距离为47.5m，取50m。
6、注水工艺技术及参数优化
煤层注水工艺参数的确定，应能保证在该工艺参数条件下，注水钻孔所承担范围的煤层得到最大可能均匀、充分的湿润，注水一段时间后，根据观察及实验数据，实施优化注水参数。
五、系统设计
（一）动压注水系统设计
1、煤层注水水源
煤层注水水源取自井下消防洒水系统，从回采工作面顺槽给水管网中接水管至注水泵站，将水注入1辆移动储水箱内，储水箱容积为1m3，由注水泵从移动储水箱吸入加压向煤层注水。
2、动压注水系统设计
根据高家窑22101综采工作面作业规程设计采煤工艺，为满足工作面推进速度需要煤层日注水量Q日=118m3，而一台注水泵日可注水量Q泵=6×24=144m3，故设计2台泵注水，一台使用，一台备用，既满足了综放推进速度，又有足够的设备维护检修时间。
注水系统由煤层高压注水水泵、自动控制水箱、SGS型双功能高压水压表及截止阀等组成。
主要由注水泵、分流器、注水表、单向阀、阀门、压力表、钢丝编织高压胶管等组成。
设备及材料明细见附表1（注水设备及仪表材料明细表）。
系统图详见附图1（动压注水系统图）。
（二）封孔系统设计
采用成套封孔器定型产品封孔，严格按照封孔器操作规程操作。
第三章劳动组织
一、作业方式：
边钻孔边封孔边注水，平均23.5天一个循环，每个循环进度60米。
1、按本设计提前一个月注水，按此确定注水循环。
2、第一个钻孔距工作面50米（0.5*2.4+7.3*2.4+30≈50）。
3、工作面月推进2.4×26=62.4米，孔距20米，需要打3个孔。
4、钻机正常进度：
15-17m/h，每班按7h纯工作时间，则每班钻进约112米，钻孔深155米，1个钻孔钻进需要约9.5小时，搬家1次0.5小时，合计一个钻孔需要约10小时，3个钻孔需要约30小时，约4.5个班，一天半时间。
5、钻孔结束，第一个钻孔开始注水；175小时后第二个孔开始注水；如此，3个孔全部注完需要175×3÷24=22天。
6、一个循环总天数：
1.5+22=23.5天。
7、上一个循环结束，工作面推进了2.4×23.5=56.4米。
8、下一个循环开始时间：
上一个循环结束接着开始下一个循环。
9、如果由于各方面原因工作面推进速度降低，相应推迟钻孔和注水时间，下一个循环开始时间就需要做调整，以上一个循环的第四个孔距工作面50米开始为准。
10、第一个循环需要打4个孔，工期增加0.5天，从第二个循环开始就进入了正规循环，23.5天，3个孔，进度60米。
11、实际操作过程中，根据注水效果，各工艺时间做进一步优化，记录员要做好每一个步骤需要时间的准确记录，精确到分钟，同时做好各工艺参数的准确记录。
二、劳动组织
1、三班作业，三八制
2、每班人员组成：
班长：
1名，兼巡回记录员，负责注水作业全面管理并做好各种工艺参数的准确记录以及与工作面的协调工作。
操作工：
2名，负责钻机、封孔器及水泵的操作和日常维护、保养。
机械维修工：
1名，负责机械设备的维修，可以由区队维修工兼职。
电气维修工：
1名，负责电气设备的拆装和维修，可以由区队电工兼职。
第4章安全技术措施
1、准备工作
1、对打钻注水设备及所需材料如：
仪表、钻头、钻杆及备件要齐全，详细检查，做到安全可靠。
2、安装钻机和注水泵处要加强支护，并检查巷道周围的隐患，防止片帮冒顶，确保足够的工作空间。
3、妥善安排好打钻注水系统。
如设备管线的布置、供电、供水便于操作，便于移动，确保打钻注水作业正常进行。
4、钻机必须安装牢固，煤层注水钻机跑道的安装角度要和煤层倾角保持一致，并使钻孔平行煤层顶板，防止钻孔打偏：
如打入顶板或底板。
5、如果钻机的立柱不够长，必须用道木架成井字型安装牢固。
二、打钻
1、打钻前，对钻机、钻机跑道、注水泵等凡需润滑的部位，要上足润滑油，机器运转要按时加油，防止损坏机器。
2、定好钻孔方位，必须要与回采工作面推进线顶底均保持平行，防止打顶板及打底板。
3、操作时，要做到先开泵后开钻，先停钻后停泵，如果静压供水能满足钻孔煤粉的清理要求可以直接使用静压供水替代泥浆泵。
4、钻孔长度必须按本设计要求去施工。
5、打钻时要始终注意设备运转情况，当发现运转异常，要立即停钻处理，当发现孔口出浆异常，要判明是否打顶或地质变化，采取相应措施，防止卡孔。
6、换钻杆时，要检查钻杆是否堵塞、弯曲、丝扣磨损等现象，不得使用不合格的钻杆。
7、用管钳卸或安装钻杆时，两人必须协调一致。
8、钻孔达到设计深度后，退钻前必须用清水冲孔，洗净煤粉。
9、认真做好煤层注水原始记录，主要有钻孔编写、钻孔实际深度、注水量、注水水压，每班填记在注水台帐上。
10、因故临时停钻时,要将钻头退离孔底15—20cm,暂停钻8小时以上时,再把钻退出。
11、钻孔打顶、打底或者遇到地质变化等因素时，该孔不得继续进行，立即停钻退出，将钻孔报废，不得再注水。
12、钻头钻丝扣要紧牢，如钻头掉入钻眼中，要采取措施打捞，如确定打捞不出，要将钻头丢失位置标在图纸上，以便采到位时回收。
13、打钻工作要连续进行，不得随意停钻，实行现场交接班制度。
三、封孔
严格按照封孔器操作规程封孔。
4、注水
1、注水时，注水压力先调定为5MP，根据实际注水情况进行调整，以实现注水泵排量达到6m3/h为止，最终得到本矿22号煤层一个合理的注水压力。
2.采用一泵一孔的注水方式，注水水箱同架安设，密切注意水箱水位，严禁水泵空抽。
3.注水量按每孔注水1050m3左右,但发现煤壁在预定范围内出现均匀的“出汗”渗水,应停止注水。
4.要注意用好流量计，保证有足够的注水量。
5.进入泵体的水必须经过过滤，保证水路畅通。
五、其它
1、本措施对泵站工及钻孔工、维修工，没有写到处，均按《煤矿安全规程》及《煤矿操作规程》有关规定执行。
2、编写22101工作面煤层注水设计，有些地方考虑不到之处，在实际施工中根据现场情况及时调整有关技术参数，以达到质量标准化防尘效果为原则。
煤业有限责任公司通风部
二零一三年一月二日
附表1
注水设备及仪表材料明细表
序号
名称
型号及规格
单位
数量
备注
1
煤层注水钻机
ZDY-1200S
台
1
2
煤层注水泵
7BZ-6.3/16
台
3
3
夹布压力胶管
米
20
购水泵后配
4
冷拔无缝钢管
米
120
购水泵后配
5
高压钢丝编织胶管
米
100
购水泵后配
6
弹簧式压力表
个
6
购水泵后配
7
高压闸阀
个
5
购水泵后配
8
快速接头
个
20
购水泵后配
9
安全阀
个
5
购水泵后配
10
高压水表
个
5
购水泵后配
11
止回阀
个
5
购水泵后配
12
钢制三通
个
3
购水泵后配
13
叶轮湿式水表
个
1
购水泵后配
14
便携式快速水分测定仪
WM-A
个
1
购水泵后配
15
封孔器
套
2
与钻孔配套
16
法兰
对
10
购水泵后配
17
钢板及型钢
Kg
1000
购水泵后配
18
平板车
5T
台
4
购水泵后配
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