1W401综采工作面煤层注水设计方案静压注水.docx
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1W401综采工作面煤层注水设计方案静压注水
1W401综采工作面煤层注水
设计方案
石梯子西沟煤矿
2012年12月29日
1W401综采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措施之一，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。
为有效改善我矿1W401综采工作面的作业环境，提高生产效率，遏制煤尘事故发生，决定对1W401综采工作面实施煤层注水，特编写《1W401综采工作面煤层注水设计方案》如下：
一、工作面概况
该工作面位于井田西翼，倾向长度为1550m，工作面长度为200m，可采长度为1450m，斜面积为290000㎡，煤层倾角为13～15°，煤层厚度2.53～8.18m，平均5.67m，工业储量为2092500t，可采储量为1957500t，工作面煤层赋存平稳，节理发育。
二、工作面地质构造
井田内地势南高北低，有两条河沟水自南部从井田穿过，并最终汇入一条大沟流出井田北矿界。
河沟水主要接受井田南部的雪山雪融水的补给，其次为大气降水。
河沟水均为季节性水，每年5～11月份河沟内有水流，12月至次年4月，河沟干涸。
由于其流向与地层走向相交，在顺地势流淌过程中侵蚀切割地层，并通过地表风化、构造裂隙补给地下。
同时河沟水亦顺地层渗漏或侧向补给，形成河沟两侧的第四系孔隙潜水，河沟两岸的孔隙潜水再渗透补给地下，从而形成井田微承压水。
另外暂时性地表水流在顺河沟往下游渲泄时具有时间短、速度快的特点，对地下水的补给主要体现在瞬间补给，故地表水与地下水的之间存在一定的水力联系。
主要接受河沟水、大气降水补给而形成的侏罗系西山窑组孔隙裂隙含水层，由于此层所在的位置处于三工河组地层之上，区域上该层为相对隔水层，它有效地隔阻了从区域南部运移而来的地下水，这样使得本来接受补给有限且富水性较弱的西山窑组地层与井田内的其它含水层之间的水力联系不甚密切。
据2010年新疆煤矿矿用安全产品检验中心《鉴定报告》，本煤层自燃倾向性等级为II级，属于自燃煤层；煤尘具有爆炸性。
三、设计目的
有效减少1W401综采工作面在回采过程中的产尘量，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，防止职业病的发生，从根本上杜绝粉尘危害。
并为1W401综采工作面回采过程中的瓦斯治理创造良好的条件、为矿井安全生产奠定坚实的基础。
四、注水钻孔参数的确定
1、注水方式：
采用工作面倾向单向长钻孔注水
2、注水方法：
采用静压注水（具体方式根据现场实际情况决定）
3、钻孔布置：
从1W401综采工作面进风巷沿煤层延伸方向、距巷道底板1.4m（距离煤层底板2.5米左右）处打平行于工作面的下向孔，采用静压注水的方法进行煤层预注水。
4、钻孔直径：
Ф65mm
5、钻孔长度
L=L1-M=200-1/5×200=160m
式中：
L—钻孔度，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（我矿取下向孔且煤层透水性强，取1/3L1），m
6、钻孔间距
B=2.5RH=2.5×2×3.6=18m
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、钻孔角度
γ=α－θ=13°－0.5°=12.5°
式中：
γ—钻孔倾角
α—煤层倾角
θ—钻孔最大下沉角；θ＝arctanh/L=0.5°
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0.5％
8、封孔深度
封孔深度一般通过试验和生产实践确定，我国煤矿封孔深度一般为2．5～10m。
我矿封孔深度取4米。
9.封孔方式
煤层注水是通过密封在钻孔内的注水管将水注入钻孔并渗入煤体。
封孔即把注水管封在钻孔内。
封孔方法有两种，即水泥砂浆封孔和封孔器封孔。
我矿采用水泥砂浆封孔。
（1）水泥砂浆封孔
这种封孔方式的具体操作及注意事项如下：
a.注水管
工作面注水采用外径为25mm、壁厚为2．5mm的聚氯乙烯硬管作为注水管。
管长2m，管与管之间通过用同类材料制成的接头连接起来。
最后一根注水管，采用相同直径、长为0．8m的钢管。
当注水压力较高并采用SLB--1型水泥砂浆封孔泵向钻孔注入水泥砂浆时，为确保塑料注水管能被水泥砂浆均匀地包裹起来，使其具有可靠的耐压强度，在管的一端，距端头200mm处圆周上黏上木条以扶正注水管。
塑料板条或木条长80mm、宽10mm，与管接触的一面呈凹弧形，曲率半径与管的曲率半径相同。
3条木条在管的圆周上互成120°，在轴线方向上，各板条或木条首尾相距30mm。
黏木条后的分布圆直径应比钻孔直径小3mm～4mm。
水泥砂浆层厚不得小于13mm。
b.泥浆堵头
在注水管上距前端管口150mm处横插一个比封孔直径短的棒，将布条或棉纱均匀分布在管的圆周上，在棒的前头用钢丝捆紧。
捆有布条处的直径要比封孔直径小一些，以保证能顺利送进孔内。
c.封孔施工
将捆有布条的注水管先送进钻孔，随后逐根送入孔内。
管接头的螺丝扣要缠上密封胶带或涂上白铅油并加麻绳，严密连接。
送完注水管后，将注水管轻轻向后拉一下，使布条在孔内固紧。
水泥砂浆封孔泵注浆。
向孔内注浆前1d～2d，先在孔口用水泥固定一个木塞。
木塞上有两个通孔，一个孔穿过注水管，一个孔安装注浆接头。
注浆时，用夹布胶管将注浆接头与专门用于封孔的SLB—1型水泥砂浆封孔泵连接起来。
封孔后的状况如图所示。
水泥砂浆的水、灰、砂比为0．5：
1：
1。
为使水泥砂浆固化后的收缩量尽可能小一些，水的用量应以水泥砂浆呈稠状为准。
10.1W401综采工作面注水钻孔参数表
本次施工在1W401综采工作面进风巷，从开切眼位置设计停采线位置，每隔18m钻一个注水孔，设计钻孔工81个。
钻孔编号
机心高度（m）
钻孔直径（mm）
钻孔俯角（°）
钻孔深度（m）
1～81
1.40
65
67.5°
160
五、煤层注水参数的确定
1、注水系统
设计采用静压注水系统，详见附图《1W401综采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8个。
在1W401综采工作面进风巷静压供水管路的三通阀门上引出Ф32的的高压胶管，接入分流器，分出三支Ф10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。
单孔累计注水时间不少于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个月的推进度，超前时间不少于1个月。
2、注水压力
由于设计采用静压注水，所注水为井下饮用水，因此注水压力以1.5～3Mpa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，直至注水压力稳定为止。
3、单孔注水量
Q=L1BMrq=200*18*5*1.35*0.03=729m3
式中：
Q—每孔的注水量，m3；
r—煤的密度，t/m3；B4煤层1.35t/m3
L1—工作面长度，m；取200米
B—钻孔间距，m；取18米
M—煤层厚度，m；根据1W401实际情况，取5米
q—吨煤注水量。
一般为0.03m3/t。
4、注水流量
实践工作中应避免出现等待注水的现象。
一般来讲，采煤工作面深孔注水，应有半个月左右的提前量。
过早注水，采煤时煤体会失水干燥；过晚注水，煤体不能充分湿润，会影响防尘效果。
单孔注水实践中以煤壁渗水为参照，经验公式如下：
5、单孔注水时间
t＝[Q/（60×q）]×1000
＝[729/（60×20）]×1000
＝607.5h=26d
式中：
t─单孔累计注水时间，h
Q─单孔注水量，Q＝729m3
q─注水流量q＝20l/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。
注水工作制度采用全天24小时不间断注水。
6、注水超前于回采的距离和时间
为提高煤层注水效果，煤层注水工作应在常压带内进行。
为保证足够的注水量，注水工作不易过迟。
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：
Lm＝Lq＋[Ta＋t×（t1＋t2）/（24×t1）]×V
式中：
Lm─注水开始时超前工作面的距离，m
Lq─工作面前方应力集中带宽度，取Lq＝30m
Ta─注水钻孔倒孔转换时间，d；取Ta＝0；
t─单孔累计注水时间，取t＝607.5h
t1─每次纯注水时间，取t1＝24h
t2─注水间隙时间，取t2＝0h
V─工作面正常的推进度，取V＝2.4m/d
Lm＝30＋[0＋607.5×（24＋0）/（24×24）]×2.4＝66m
⑵超前时间：
T＝Lm/V＝66/2.4＝27.5d
式中：
T─注水的最小超前时间，d
Lm─注水开始时超前工作面的距离，m
V─工作面正常的推进度，取V＝2.4m/d
根据煤层注水技术标准（Q/.02.1.09.002-2008）：
注水超前回采的距离不小于月推进度，超前时间不小于1个月，1W401综采工作面注水超前回采的距离暂定为70m，超前回采时间暂定为30d。
注水过程取样分析，并根据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间。
7、1W401综采工作面日注水量
Q′=nQ/t=8×729/26=224.3m3/d
式中：
Q′─工作面日注水量，m3/d
n─同时注水的钻孔数，个
Q─单孔注水量，m³
t─单孔注水时间，d
六、封孔
1、封孔深度
封孔是注水工作中的一个重要环节，封孔质量的好坏直接关系着注水的成败。
根据我矿巷道边缘破碎带宽度，设计封孔深度为4m。
封孔深度应保证注水时不从孔口及附近煤壁透水、渗水、泄水；封孔深度必须超过巷道边缘煤体破碎带宽度，在地质构造带（如断层）附近，应适当增加封孔深度。
2、封孔方法
煤层注水是通过密封在钻孔内的注水管将水注入钻孔并渗入煤体。
封孔即把注水管封在钻孔内。
我矿采用水泥砂浆封孔。
七、劳动组织
序号
工种
班次
合计
早班
中班
零班
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
作业方式：
边钻边注水
八、安全措施
（一）钻机操作及安全技术措施
1、运输钻机的安全规定
钻机装好车后，应用钢丝绳等固定牢固，固定绳不得少于两股，以免物料滑动或失落。
2、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，钻机必须下道，钻机下方的趄柱不少于两根，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，施工地点必须做到支护良好、通风、通电、通水、通气、通电话、排水通畅、底板平整、瓦斯煤尘、避灾路线等符合安全标准要求后，方可进入施工现场。
（4）钻机机身安装必须平稳，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，机械转动部分防护栏、防护罩要安装齐全。
（5）钻机要打牢压柱及趄柱。
在斜巷稳钻时必须执行如下规定：
①钻机必须下道，钻机垫平，钻机下方必须使用不少于两根的趄柱，并用可靠的钢丝绳或铁链与铁路或其他巷道上的固定物连接在一起。
②巷道坡度较大时，除采取上述措施外，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防止有人开动。
（6）调试钻机，检查钻机各转动部分运转是否正常；开关启动是否灵活可靠，各种零部件及钻具是否齐全、合格，发现不符合规定者，必须进行处理或更换。
（7）检查机械设备安装质量及安全设施情况，经试车合格后方可开钻。
3、钻孔施工安全措施
（1）钻探工必须经过安全、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）瓦斯员必须经过安全、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）其他相关人员必须经过安全教育培训，且经考试合格后方可入井作业。
（4）开工前对所有施工人员进行技术交底和措施贯彻，保证每一个施工人员都能够了解掌握施工过程中的各种技术要求和相关规定，并做好措施贯彻签字记录。
（5）井下施工要严格执行《煤矿安全规程》、《地质勘探安全规程》及矿有关的规定，特别要做到：
严格按照煤矿三大规程作业，不得违章指挥，不违章作业、不违反劳动纪律，严格执行不安全不生产的原则。
施工人员下井必须持证上岗，工作中坚守岗位，无特殊原因不得随意远离打钻地点走动。
入井前要按要求配带好矿灯、矿帽、自救器。
上、下井时必须听从现场管理人员指挥，不得拥挤、抢道，听从管理人员指挥。
严禁携带烟草和点火物品，严禁穿化纤衣服，入井前8小时严禁喝酒。
（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、孔深都必须符合设计要求，方位角左右误差不得超过1°，倾角不超过±0.1°。
（7）钻探工人穿戴要整齐、利落、衣襟袖口、裤脚必须束紧。
（8）开钻人员不得紧靠钻杆，给压要均匀，判断要准确，孔内情况要及时掌握，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，做到手不离按钮，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，为防止钻杆滑落伤人，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分，禁止将工具和其它物品放在钻机，水泵电机的保护罩上。
（12）当钻进过程中如发现进尺慢、孔内返水变大或变小、水压突然增大或顶钻等情况时，要立即停钻，但不要退出钻杆，派人监视水情，并立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）若发现机械设备有异常情况时，必须立即停止施工，及时查明原因进行处理，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须查明原因和情况准确计算钻杆长度立即向有关领导汇报。
（16）临时停电时，必须将钻杆退出5米外，班后要将钻杆全部拔出，防止卡钻。
（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。
同时加强对设备的使用与维护保养，严格按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使用。
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，防止钻具下窜伤人。
钻具的加、减尺过程中，人必须站在钻杆的两侧施工，严禁站在钻杆的后端工作。
施工中人员应分立钻机两侧，防止孔内突然来水、来压顶出钻杆伤人。
（19）严格执行停送电制度，停电以后必须验电，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守。
工作结束后必须全面检查，待一切无误其它岗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、工程进度等情况向矿调度室汇报。
钻孔施工时要协调好矿井其它岗位作业人员，钻机作业中不准轨道行车，因矿井需要必须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定情况，发现异常情况要及时处理，严禁强拉硬拧。
每次钻杆下入前要检查丝扣的好坏，钻杆是否有弯曲及裂痕等，不合格钻杆禁止下入孔内。
（22）在钻进时，发现片帮、来压或地层异常时，应当立即向矿调度室汇报，情况危急时，应立即撤出施工地点。
（23）若两钻机平行施工时，要相互协调，加强沟通，共同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、水文变化、机械运输情况等详细记录并向下班交班。
（二）注水操作及安全技术措施
1、封孔前要检查注水孔内的堵塞物是否排除清理，保证注水孔固位煤帮，顶板支护完好，发现不安全因素及时处理。
2、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，保证注水孔严密不漏水。
3、采用多孔并联注水，一次允许注水孔不得超过8个。
4、注水流量按20L/min左右，发现煤壁在预定范围内出现水珠后，应停止注水。
5、安排专人进行煤层注水工作，全天24小时不间断注水，每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。
6、注水前应检查注水管路是否完好，仪表和开关等能否正常工作，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、注水人员必须严格执行现场交接班制度，班中详细记录注水压力、水表读数、注水流量等各种参数，出井后认真填写煤层注水记录，每组注水孔注水完毕后，由技术人员对每个注水孔实际注水参数进行统计整理，填入煤层注水台帐。
8、注水如发生异常情况，应立即停止注水，待查明原因，处理完毕后，方可进行正常注水工作。
9、注水后要及时记录各种数据，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可靠的依据。
10、注水管路、仪表仪器悬挂整齐，仪表放到安全地点。
11、不得随意停注水。
12、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
1、降尘率计算
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1次，并做好记录进行整理分析，根据分析结果及实际需要对煤层注水参数进行修改。
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