船窩煤礦20101工作面煤層注水設(shè)計(jì)

李國(guó)才

(山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山西 太原030045)

1 問題的提出

兼并重組后的山西曙光船窩煤業(yè)有限公司礦井， 生產(chǎn)能力1.20Mt/a，采用斜立井開拓，2 號(hào)煤層采煤方法為長(zhǎng)壁綜采放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板,礦井為低瓦斯礦井，2 號(hào)煤層煤塵有爆炸危險(xiǎn)性， 屬Ⅱ-Ⅰ級(jí)自燃煤層。 為有效改善20101 綜采工作面的作業(yè)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，遏制煤塵事故發(fā)生，決定對(duì)20101 綜采工作面實(shí)施煤層注水，特編寫20101 綜采工作面煤層注水設(shè)計(jì)。

2 工作面概況

20101 工作面傾向長(zhǎng)度為660m，工作面長(zhǎng)度為165m，可采長(zhǎng)度為610m， 煤層傾角為3～5°， 煤層厚度4.56～7.12m， 煤層平均厚度為5.85m，工作面煤層賦存平穩(wěn)，節(jié)理發(fā)育。

3 工作面構(gòu)造

工作面構(gòu)造總體上為走向NE，傾向NW 的單斜構(gòu)造。局部為緩波狀起伏背向斜，煤層傾角3°～5°，構(gòu)造簡(jiǎn)單。 沒有發(fā)現(xiàn)斷層、陷落柱，無(wú)巖漿巖侵入。 2 號(hào)煤層有爆炸危險(xiǎn)性。

4 設(shè)計(jì)目的

有效減少20101 綜采工作面在回采過程中的產(chǎn)塵量，降低工作面的粉塵濃度，提高作業(yè)場(chǎng)所能見度，改善工作面的作業(yè)環(huán)境，防止職業(yè)病的發(fā)生，從根本上杜絕粉塵危害、防止煤塵爆炸。并為20101 綜采工作面回采過程中的瓦斯治理創(chuàng)造良好的條件、奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 注水鉆孔參數(shù)的確定

根據(jù)采區(qū)巷道布置和采煤方法，結(jié)合煤層賦存特征，回采工作面煤層注水采用工作面超前動(dòng)壓注水工藝，設(shè)計(jì)中選用較先進(jìn)的深孔煤層采前注水方式。 采用單向鉆孔布置，即在工作面軌道順槽中平行于工作面向煤體打長(zhǎng)鉆孔注水，鉆孔沿煤層均勻布置，鉆孔口布置在巷道中距底板1m 左右處。 作業(yè)方式：邊鉆邊注水。

5.1 注水參數(shù)的確定

1）鉆孔直徑：鉆孔選用MYZ～200 型液壓鉆機(jī)，開孔直徑115～87mm，終孔直徑65mm。

2）鉆孔長(zhǎng)度：根據(jù)煤層節(jié)理裂隙發(fā)育情況、工作面長(zhǎng)度、注水時(shí)間和注水壓力、注水鉆機(jī)能力，確定單向鉆孔長(zhǎng)度為145m。

3）鉆孔間距：鉆孔間距根據(jù)煤層的濕潤(rùn)半徑計(jì)算，孔深時(shí)孔距大，孔淺時(shí)孔距小。 合理的鉆孔間距一般通過實(shí)踐來(lái)確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般按10～20m 考慮，設(shè)計(jì)確定為20m。

4）鉆孔角度：鉆孔角度原則上與煤層角度基本一致，使鉆孔始終保持在煤層內(nèi)。生產(chǎn)中根據(jù)煤層節(jié)理發(fā)育程度選擇采用垂直鉆孔或偽傾斜鉆孔，以使節(jié)理面盡量與鉆孔垂直。

5）封孔深度：封孔深度一般通過試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐確定，為2.5～10m。 設(shè)計(jì)暫按按10m 考慮,待礦井投產(chǎn)后再按實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。

6）封孔方式：封孔方式分為水泥封孔和封孔器封孔兩種，根據(jù)確定的注水方式和煤層特征，設(shè)計(jì)選用水泥砂漿封孔方式，選用SLB-Ⅱ型水泥砂漿封孔泵，流量0.5m3/h，壓力1.0MPa。

5.2 注水系統(tǒng)的選擇

注水系統(tǒng)分為靜壓注水系統(tǒng)和動(dòng)壓注水系統(tǒng)，鑒于本礦井煤層注水鉆孔較大，注水壓力較大，設(shè)計(jì)選用動(dòng)壓注水系統(tǒng)。 注水泵型號(hào)為KBZ-100/150，注水泵流量6m3/h，壓力15MPa。

煤體注水后，煤體水分應(yīng)達(dá)到4%左右，注水效果和注水時(shí)間以實(shí)際注水效果衡量，通過快速水分測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試。 注水工作超前工作面回采1 個(gè)月完成。

5.3 注水的壓力、速度、單孔注水量、時(shí)間的確定

5.3.1 注水壓力

該礦煤層注水采用動(dòng)壓注水。注水參數(shù)應(yīng)考慮煤層裂隙、層理、節(jié)理及透水性等因素,由注水泵站調(diào)整煤層注水壓力。

5.3.2 單孔注水量

1）單向鉆孔注水時(shí)孔長(zhǎng)的計(jì)算

L=L1－M

式中:

L—鉆孔長(zhǎng)度，m；

L1—工作面長(zhǎng)度，m；

M—與煤層透水性和鉆孔方向有關(guān)的參數(shù)，20m。

則L=L1－M=165－20=145m

2）鉆孔間距

鉆孔間距可根據(jù)煤層濕潤(rùn)半徑計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)取20m。

3）鉆孔注水量按下式計(jì)算：

Q=BLMγ(W1－W2)K

式中：

Q—一個(gè)鉆孔注水量，m3；

B—孔間距20m；

L—工作面長(zhǎng)度165m；

M—煤層厚度，5.85m；

γ—煤容重，1.42t/m3；

W1—注水后要求達(dá)到的水分取4%；

W2—煤層原有水分，2 號(hào)煤層0.28%；

K—考慮圍巖吸收水分，水的漏失和注水不均勻系數(shù)，取1.5。

則：Q=20×165×5.85×1.42×(4%-0.28%)×1.5=152.97m3

5.3.3 礦井日注水量

礦井日注水量按下式計(jì)算：

Q日=K1G(W1－W2)

式中：

Q日—礦井日注水量m3；

K1—注水系數(shù)，取1.5；

G—礦井計(jì)劃注水回采工作面日產(chǎn)量3636t/d。

Q日=1.5×3636×(4%－0.28%)=203m3

5.3.4 注水流量(或注水速度)與注水時(shí)間

單孔注水流量按6m3/h 考慮, 注水時(shí)間為鉆孔開始注水至煤體全面濕潤(rùn)為止,注水煤體全面濕潤(rùn)的標(biāo)志為濕潤(rùn)范圍內(nèi)煤壁出現(xiàn)均勻的“出汗”滲水,注水時(shí)間通常為7～10d。

5.3.5 注水設(shè)備及儀器

煤層注水鉆機(jī)：MYZ-200 型，2 臺(tái)；

煤層注水泵：KBZ-100/150,2 臺(tái)；

夾布?jí)毫δz管(與泵配套)：2×20m；

冷撥無(wú)縫鋼管(與泵配套)：2×120m；

高壓鋼絲編織膠管(與泵配套)：2×100m；

快速接頭：K 型，2×20 個(gè)；

安全閥：2×1 個(gè)；

內(nèi)螺紋升降止回閥：H41H-160 型，2×1 個(gè)；

彈簧式壓力表：2×4 個(gè)；

葉輪濕式水表：2×1 個(gè)；

高壓注水表：DC-4.5/200 型，2×2 個(gè)；

等量分流器：DF-3 型，2×4 個(gè)；

高壓閘閥：JBH-160III，2×4 個(gè)；

封孔器：YPA-120 型，2×4 個(gè)；

鋼制三通：2×4 個(gè)；

便攜式快速水分測(cè)定儀：WM-A 型，2×1 個(gè)。

5.4 煤層注水水源

煤層注水水源取自井下消防灑水系統(tǒng)，從回采工作面順槽給水管網(wǎng)中接水管至注水泵站，將水注入2 輛移動(dòng)儲(chǔ)水箱內(nèi)，每個(gè)儲(chǔ)水箱容積為3m3，由注水泵從移動(dòng)儲(chǔ)水箱吸入加壓向煤層注水。

6 安全措施

1）采用多孔并聯(lián)注水，一次允許注水孔不得超過3 個(gè)。 2）注水流量按20L/min 左右，發(fā)現(xiàn)煤壁在預(yù)定范圍內(nèi)出現(xiàn)水珠后，應(yīng)停止注水。3）注水如發(fā)生異常情況，應(yīng)立即停止注水，待查明原因，處理完畢后，方可進(jìn)行正常注水工作。 4）不得隨意停注水。

7 煤層注水的降塵效果及其檢測(cè)

7.1 降塵率計(jì)算

C=[（G2-G1）-（G′2-G′1）]/（G2-G1）×100%

式中：C─降塵率，%

G2、G1─分別為未實(shí)施煤層注水前開采時(shí)，工作面回風(fēng)流及進(jìn)風(fēng)流中的含塵量，mg/m3

G′2、G′1─分別為實(shí)施煤層注水后開采時(shí)， 工作面回風(fēng)流及進(jìn)風(fēng)流中的含塵量，mg/m3預(yù)計(jì)降塵效果為60%～85%。

7.2 降塵效果的檢測(cè)

在工作面上下出口各距工作面15～20m 的地點(diǎn)使用測(cè)塵儀進(jìn)行測(cè)塵，每周檢測(cè)1 次，并做好記錄進(jìn)行整理分析，根據(jù)分析結(jié)果及實(shí)際需要對(duì)煤層注水參數(shù)進(jìn)行修改。