船窩煤礦20101工作面煤層注水設計

李國才

(山西省煤炭規劃設計院，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有限公司礦井， 生產能力1.20Mt/a，采用斜立井開拓，2 號煤層采煤方法為長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 號煤層煤塵有爆炸危險性， 屬Ⅱ-Ⅰ級自燃煤層。 為有效改善20101 綜采工作面的作業環境，提高生產效率，遏制煤塵事故發生，決定對20101 綜采工作面實施煤層注水，特編寫20101 綜采工作面煤層注水設計。

2 工作面概況

20101 工作面傾向長度為660m，工作面長度為165m，可采長度為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，節理發育。

3 工作面構造

工作面構造總體上為走向NE，傾向NW 的單斜構造。局部為緩波狀起伏背向斜，煤層傾角3°～5°，構造簡單。 沒有發現斷層、陷落柱，無巖漿巖侵入。 2 號煤層有爆炸危險性。

4 設計目的

有效減少20101 綜采工作面在回采過程中的產塵量，降低工作面的粉塵濃度，提高作業場所能見度，改善工作面的作業環境，防止職業病的發生，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造良好的條件、奠定堅實的基礎。

5 注水鉆孔參數的確定

根據采區巷道布置和采煤方法，結合煤層賦存特征，回采工作面煤層注水采用工作面超前動壓注水工藝，設計中選用較先進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。 作業方式：邊鉆邊注水。

5.1 注水參數的確定

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

2）鉆孔長度：根據煤層節理裂隙發育情況、工作面長度、注水時間和注水壓力、注水鉆機能力，確定單向鉆孔長度為145m。

3）鉆孔間距：鉆孔間距根據煤層的濕潤半徑計算，孔深時孔距大，孔淺時孔距小。 合理的鉆孔間距一般通過實踐來確定，根據經驗一般按10～20m 考慮，設計確定為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。生產中根據煤層節理發育程度選擇采用垂直鉆孔或偽傾斜鉆孔，以使節理面盡量與鉆孔垂直。

5）封孔深度：封孔深度一般通過試驗和生產實踐確定，為2.5～10m。 設計暫按按10m 考慮,待礦井投產后再按實際需要進行調整。

6）封孔方式：封孔方式分為水泥封孔和封孔器封孔兩種，根據確定的注水方式和煤層特征，設計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 注水系統的選擇

注水系統分為靜壓注水系統和動壓注水系統，鑒于本礦井煤層注水鉆孔較大，注水壓力較大，設計選用動壓注水系統。 注水泵型號為KBZ-100/150，注水泵流量6m3/h，壓力15MPa。

煤體注水后，煤體水分應達到4%左右，注水效果和注水時間以實際注水效果衡量，通過快速水分測定儀進行測試。 注水工作超前工作面回采1 個月完成。

5.3 注水的壓力、速度、單孔注水量、時間的確定

5.3.1 注水壓力

該礦煤層注水采用動壓注水。注水參數應考慮煤層裂隙、層理、節理及透水性等因素,由注水泵站調整煤層注水壓力。

5.3.2 單孔注水量

1）單向鉆孔注水時孔長的計算

L=L1－M

式中:

L—鉆孔長度，m；

L1—工作面長度，m；

M—與煤層透水性和鉆孔方向有關的參數，20m。

則L=L1－M=165－20=145m

2）鉆孔間距

鉆孔間距可根據煤層濕潤半徑計算，按經驗取20m。

3）鉆孔注水量按下式計算：

Q=BLMγ(W1－W2)K

式中：

Q—一個鉆孔注水量，m3；

B—孔間距20m；

L—工作面長度165m；

M—煤層厚度，5.85m；

γ—煤容重，1.42t/m3；

W1—注水后要求達到的水分取4%；

W2—煤層原有水分，2 號煤層0.28%；

K—考慮圍巖吸收水分，水的漏失和注水不均勻系數，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算：

Q日=K1G(W1－W2)

式中：

Q日—礦井日注水量m3；

K1—注水系數，取1.5；

G—礦井計劃注水回采工作面日產量3636t/d。

Q日=1.5×3636×(4%－0.28%)=203m3

5.3.4 注水流量(或注水速度)與注水時間

單孔注水流量按6m3/h 考慮, 注水時間為鉆孔開始注水至煤體全面濕潤為止,注水煤體全面濕潤的標志為濕潤范圍內煤壁出現均勻的“出汗”滲水,注水時間通常為7～10d。

5.3.5 注水設備及儀器

煤層注水鉆機：MYZ-200 型，2 臺；

煤層注水泵：KBZ-100/150,2 臺；

夾布壓力膠管(與泵配套)：2×20m；

冷撥無縫鋼管(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；

安全閥：2×1 個；

內螺紋升降止回閥：H41H-160 型，2×1 個；

彈簧式壓力表：2×4 個；

葉輪濕式水表：2×1 個；

高壓注水表：DC-4.5/200 型，2×2 個；

等量分流器：DF-3 型，2×4 個；

高壓閘閥：JBH-160III，2×4 個；

封孔器：YPA-120 型，2×4 個；

鋼制三通：2×4 個；

便攜式快速水分測定儀：WM-A 型，2×1 個。

5.4 煤層注水水源

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

6 安全措施

1）采用多孔并聯注水，一次允許注水孔不得超過3 個。 2）注水流量按20L/min 左右，發現煤壁在預定范圍內出現水珠后，應停止注水。3）注水如發生異常情況，應立即停止注水，待查明原因，處理完畢后，方可進行正常注水工作。 4）不得隨意停注水。

7 煤層注水的降塵效果及其檢測

7.1 降塵率計算

C=[（G2-G1）-（G′2-G′1）]/（G2-G1）×100%

式中：C─降塵率，%

G2、G1─分別為未實施煤層注水前開采時，工作面回風流及進風流中的含塵量，mg/m3

G′2、G′1─分別為實施煤層注水后開采時， 工作面回風流及進風流中的含塵量，mg/m3預計降塵效果為60%～85%。

7.2 降塵效果的檢測

在工作面上下出口各距工作面15～20m 的地點使用測塵儀進行測塵，每周檢測1 次，并做好記錄進行整理分析，根據分析結果及實際需要對煤層注水參數進行修改。