红兴煤层注水设计解析.docx
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红兴煤层注水设计解析
红兴煤业有限公司
3113综采工作面煤层注水设计及安全技术措施
编制人：
郭永波
编制单位：
防治水科
施工单位：
探放水队
时间：
2016年5月18日
总工程师批示：
安全科
矿调度
机电科
生产科
综采队
通风科
施工负责人
3113工作面煤层注水设计
一、设计依据
1）根据煤矿安全规程“采煤工作面应采取煤层注水防尘措施”的规定。
2）根据《煤矿各工种操作规程》。
二、工程项目：
3113工作面煤层注水设计。
三、用途：
通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分，从而减少煤层开采过程中煤尘的的产尘量。
四、钻孔布置方式及详细参数
1.钻孔布置
在辅运顺槽布置钻孔，进行煤体预注水，辅运顺槽由里向外每隔20m布置一个钻孔，垂直煤壁钻进。
2.钻孔参数
钻孔间距20m，垂直煤壁钻进，上仰8º，孔深170-175m；
3.设备及器材
（1）钻机：
JDY1200S（MK-4）型全液压坑道钻机，符合煤矿井下防爆要求，具有煤矿安全标志；
（2）钻杆：
选用ф50mm的钻杆。
（3）钻头：
ф70mm钻头，适应岩性f＞4。
4.钻孔施工
（1）采用地质罗盘仪确定钻机钻进的方位和倾角；
（2）钻孔排粉方式：
直接采用井下防尘管道供水排粉；当供水压力小于2MPa时，应采用辅助排粉设备；
（3）接上钻杆及钻头，开动钻机进行钻孔作业。
5.封孔
将封孔器与井下静压水或高压水连接，封孔器插入需要注水的煤层孔内，打开水路安全阀，当封孔水压达到1Mpa时，靠静压水或高压水压力将封孔器的胶管膨胀后封孔，而后注水，注水完毕后，打开控制水阀，可将管内水放出，当封孔水压下降到0.5Mpa以下时，封孔器即可恢复原状，然后将封孔器抽出，完成注水工作。
封孔深度
采用自动封孔器封孔时，封孔深度应不小于1.8m。
6.注水
6.1设备及器材
（1）108mm静压水管，水压2.2-2.5MPa。
（2）单向阀：
直通式，开启压力为≤0.04MPa，额定压力≥16MPa，流量≥80L／min；
（3）注水表：
流量2.0～4.5m3/h；额定压力≥16MPa；
（4）压力表：
量程0～16MPa，精度1.5级；
（5）阀门：
高压阀门，耐压≥16MPa；普通阀门，耐压6.3MPa；
（6）钢丝编织高压胶管40Mpa；
（7）管路接头：
采用快速接头，尺寸符合规定；
（8）煤层注水封孔器：
MZF-70-5,1×3台，Φ小于钻孔6-12mm；
（9）等量分流器：
DF-3型，4×2台
6.2注水系统
本工作面采用静压注水系统。
6.3注水参数
（1）注水压力
（1.2-1.5）Pw≤P≤PT
（1）
式中：
P——注水压力，MPa；
Pw——煤层中瓦斯压力，MPa；
PT——上覆岩层压力，MPa。
根据我矿实际情况确定注水压力为2.2-2.5Mpa；
（2）吨煤注水量
应为0.02～0.04m3/t。
本工作面取0.02m3/t。
（3）单孔注水量
（2）
式中：
Q——单孔注水量，m3；
k——钻孔前方煤体湿润系数，1.1～1.3；本工作面取1.2；
M--开采厚度，m；取4.8米；
lj——钻孔间距，m；取20m；
l——钻孔长度，m；取175m；
ρ——煤的密度，t/m3；取1.45t/m3；
δ——吨煤注水量，m3/t，取0.02m3/t
将相关参数代入式
（2）得：
单孔注水量：
Q＝1.2×24.8×20×175×1.45×0.02=3021m3
（4）单孔注水流量
由于注水流量与注水压力及煤的特性有关，本工作面设计时取8m3/h。
（5）注水时间
（3）
式中：
T——注水时间，h；
q——单孔注水流量，m3/h；本工作面设计时取8.0m3/h。
将相关参数代入式（3）得单孔注水时间为378h（注:
如果在实际注水时，注水流量达不到注水要求，则注水时间要延长）。
（6）同时注水钻孔数量
n=Tu/（24*Lj）
式中：
n——同时注水的钻孔数量；
T——单孔注水时间；
u——工作面日推进度，m/d，本工作面取1.6m/d。
Lj——钻孔间距；
将相关参数代入式（4）得同时注水钻孔数：
n=1.26取2个（注：
如果在实际注水时，注水流量和注水时间变化，同时注水钻孔数应适当增加）。
（7）注水超前工作面距离
（5）
式中：
lc——注水超前工作面距离，m；
lt——停止注水时钻孔距工作面的距离，应为8～20m。
本工作面取20m；
将相关参数代入式（5）得注水超前工作面距离为
lc＝378×1.6/24＋20＝45.2m，取45m；
（8）注水孔长度
L=LG-S
式中LG为工作面长度，3113工作面为220m
S为保留煤体宽度，我矿为45-50m
则我矿注水钻孔长度为170-175m
6.4注水方法
（1）封孔后按照设计连接注水系统；
（2）打开静水管与注水孔连接管上的阀门进行注水；
（3）当注水达到设计要求或钻孔周围煤壁有水渗出时，可结束或暂停对该钻孔或该组钻孔的注水。
使用自动封孔器封孔注水时，封孔器外接1－2节钻杆。
孔口钻杆捆绑牢固，其它工序同上。
二、施工安全技术措施
1、技术要求
（1）注水孔布置及参数
巷道
施工间距
孔径
mm
水平转角
仰
角
孔
深
（m）
间
距
（m）
封孔器长度
（m）
加压方式
注水压力（MPa）
注水
时间
（时）
注水
天数（天）
注水
量
（m3）
辅顺
20m
Φ70
Φ90
垂直
煤壁
8°
175
20
1.8
静压
2.2-2.5
378
15.8
3021
2、作业要求
1、打孔人员必须熟悉工作面情况，有不安全隐患必须处理后方可开工。
2、使用钻机时，钻架及开关必须安设牢固，并且钻架有防倒装置。
安装好以后，首先要检查各部位完好和开关按扭是否灵敏可靠，否则，严禁操作。
3、三角架底部稳设在实底上，严禁稳设在浮煤、浮矸上，前后三角架底部钢管内各插1根钻杆，以防翻钻伤人。
4、移动钻机时，必须停电、停水后，一人抬起钻架头移动1m，放稳后，两人抬起钻架尾移动1m，放稳后，将钻架调整好，经试运转正常后方可开工。
5、操作钻机时，要随时注意观察钻具上水情况，如发现钻具上水不好时，要停机检查原因，处理后方可施工。
6、延接钻杆时，要清除钻杆内的杂物，先把钻机机头退至正好延接1根钻杆的位置处，然后用管钳把钻杆与接头拧紧，再使钻机机头与杆的尾部对接拧紧方可开机。
7、钻机钻孔作业必须做到开机先开水，停机后停水的原则施工。
8、钻孔钻好后，先把钻机退出来，并用管钳咬紧钻杆逐段拔出钻杆，拧开接头，严禁使钻机反转松扣，防止将钻孔内的钻杆脱扣掉入孔中。
9、两人拧松钻杆要喊号，防止一人用力，另一人因钻杆旋转带动管钳打伤。
10、注水过程时，作业人员必须对作业区进行安全检查，确认安全后，方可将阀门、注水泵、水表与静压水管、注水孔口联接，联接好后，先进行试水，确认管路、封孔无跑水现象后，方可进行正式注水。
11、注水时先把封孔器放到钻孔扩孔段，接好封孔器膨胀腔进水管。
打开阀门待封孔器橡胶管膨胀把钻孔封严后再关闭阀门，然后将注水管接到封孔器注水端上
12、注水工作必须配备两人，严禁单独作业。
14、要随时观察注水情况，发现水管跑水，水压不够，水从煤壁或封口处大量流失，要停止注水进行处理。
15、经常观察注水区域煤壁情况，发现煤壁挂汗，认为煤体已经湿润，即可停止注水。
16、注水过程中，人员要坚守岗位，作好注水记录。
17、注水孔完毕后做好注水孔的封堵工作。
三、安全措施
1、施工前必须将钻机管路摆顺、电缆吊挂整齐。
2、打眼前，作业人员必须将衣袖扎紧。
3、打孔过程中，操作人员应站在钻机0.5m的地方操作，开关处要有专人停送电。
4、加退钻杆时，必须在钻机完全停止运转，并停电的情况下进行，送电时必须等管钳离开后方可开机。
5、当瓦斯浓度达到1%时，必须停止电钻打眼，当瓦斯浓度达到1.5%时，必须切断电源撤出人员。
6、设备电缆完好要符合防爆要求，保护装置要齐全，严禁带电检修或搬迁设备。
7、严格按机电操作规程执行，每班出班前要把开关手把打到零位并闭锁。
8、出班前要把巷内节门关闭。
9、其它严格按《作业规程》、《煤矿安全规程》执行。
作业规程学习及考试记录
附《安全技术措施贯彻签字栏》
一、职工规程学习
学习时间：
年月日——年月日
学习地点：
班前会会议室
学习内容：
3113工作面煤层注水设计及安全技术措施
参加人数：
人
安全技术措施学习签名表
考试时间
年月日
考试地点
考试内容
主持人
员工学习签名
年月日
年月日
分
分
分
分
分
分
分
分
分
分
分
分
分
分
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