0工作面煤层注水安全技术措施.docx
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0工作面煤层注水安全技术措施
山西临汾西山生辉煤业有限公司
20110工作面煤层长孔注水安全技术措施
第一章概述
一、编写依据
本规程依据生辉矿井回采设计图纸:
《20110工作面回采地质说明书》、《20110工作面设计》、《20110工作面安装设计》,以及《煤矿安全规程》和山西焦煤、西山煤电两级公司有关文件规定、企业标准和质量标准化相关要求编制。
二、工作面井上、下位置及四邻关系
工作面地表南邻麻坪煤矿,西南邻近段皮凹村(已拆除),东北靠近原宝泽林矿煤矿,区域地表以山地地形为主,切割强烈,沟谷纵横,主要沟谷为蟒王沟。
沟谷均为季节性沟谷,盖山厚度平均256米。
工作面开口于20110机轨合一巷,里程0~75米工作面上部间隔86~95米左右为原麻坪矿2号煤破坏区。
工作面东、南为原宝泽林小窑破坏区。
其它方位暂无工程。
工作面轨道顺槽长587米,皮带顺槽587米,切眼长163米,可采长度557米。
三、煤层赋存及储量情况
工作面所采煤层为石炭系太原组9+10+11号煤层,属稳定可采厚煤层,结构复杂,含2-5层稳定夹矸。
煤层节理不发育,顶板为石灰岩、泥岩,底板为泥岩、砂质泥岩。
整体呈一向斜构造,煤层倾角3~15°,平均为8°,煤层结构为:
0.95(0.3)3.5(0.3)0.45(0.3)0.45(0.8)
表1-1工作面储量情况
工作面
倾斜长(m)
工作面
走向长(m)
面积
(m2)
煤厚
(m)
容重
(t/m³)
工业储量(wt)
回采率
(%)
可采储量(wt)
163
557
90791
6.3
1.35
77.2
93
71.8
四、工作面概况
20102工作面采用综采放顶煤回采工艺。
煤层瓦斯含量2.4m³/t,自燃倾向Ⅱ级,9+10+11煤层平均水分为0.54%,煤层总得孔隙率为2.78%,煤尘具有爆炸危险性,局部煤质松软、破碎,内生裂隙发育。
第二章钻孔设计及施工
20110工作面为低位放顶煤综采工作面,采用倾斜长壁式开采。
工作面采用“U”型一进一回通风方式,主要有两条巷道,即工作面进风顺槽、回风顺槽,其中:
工作面回风顺槽和回风大巷相连,形成工作面回风系统。
。
在20110工作面回采期间,工作面原生煤尘和次生煤尘产生量较大,为降低工作面生产期间过多的煤尘,通过向煤层注水,可以达到湿润煤体,增加煤体水分,减少原生煤尘和次生煤尘目的。
1、煤层注水方式
采用20110轨道顺槽长钻孔动压注水方式。
2、煤层注水系统
煤层注水水源来源于轨道顺槽防尘用水,使用3BZ2.4/20-15煤层注水泵加压,采用Φ25m高压胶管连接,并安装压力表、流量表,每次注水5个孔。
3、煤层注水孔施工设备
(1)钻机:
ZL-2300探水钻机
(2)封孔选用ZF-4封孔器进行封孔。
4、煤层注水参数
(1)孔深:
单向钻孔长度应大于工作面长度2/3;计算得108m,因此取110m。
(2)孔径:
孔径为Φ75mm,封孔段2m。
(3)孔间距:
孔间距为15m,工作面走向587米,除去保留煤柱,剩余557米,共打孔37个。
(4)开孔位置:
钻孔开孔位置距顺槽底板1.5m。
(5)钻孔倾角
单向钻孔倾角按以下公式确定:
式中:
α——钻孔倾角,(°);
h——钻孔位置进回风巷对应点的高差,m;取
lg——钻孔位置对应工作面长度,m。
根据计算所有计算结果均小于1°,考虑到钻杆下沉,选择角度为向上3°。
(6)注水压力
煤层注水为动压注水,水源直接由回风顺槽防尘用水供给,使用3BZ2.4/20-15煤层注水泵加压,输出压力20MPa,流量为40L/min。
(7)注水量
按煤体水分增加至2.0%计算,
吨煤注水量W=0.015m3/t;
单孔注水量:
Q=
式中:
Q——单孔注水量,m3;
k——钻孔前方煤体湿润系数,1.1~1.3;
M——煤层厚度,m;
lj——钻孔间距,m;
l——钻孔长度,m;
ρ——煤的密度,t/m3;
δ——吨煤注水量,m3/t。
单孔注水量:
Q=1.1×15×110×6.3×1.4×0.015
=240m3。
注水后设计煤体水分含量不低于2%,则每孔所需注水量为不低于240m3。
注水完成后,及时拆卸注水管道,封闭钻孔。
(8)注水时间
以达到设计注水量为准。
工作面开始回采后,超前进行注水,同时保持有五个钻孔注水,一直注到注不进水为止;然后在采动影响到该注水区时,再进行注水,直到综采面推至距注水孔5m时停注,然后再连接下一组注水孔注水,始终保持五个注水孔注水。
根据注水泵输出流量40L/min计算,单孔注水流量为8L/min,
T=Q/L=240m3/0.008m3/min=20.84天取21天。
5、钻孔施工
⑴钻孔布置:
在回风顺槽垂直于巷帮,顺煤层施工。
⑵钻孔可在工作面生产前全部施工完毕,也可将钻机固定在回风顺槽平板车上,边注水边施工钻孔。
6、注水方法
工作面系统形成后,在工作面靠近切眼范围内安装好五个注水钻孔同时注水,当工作面推进至距第一个钻孔5m时,第一个钻孔停止注水,然后再连接安装下一个注水孔,使工作面始终保持五个钻孔同时注水,见长孔动压注水系统示意图。
7、注水封孔
选择使用ZF-4封孔器进行封孔,封孔长度为5m,封孔要求严密不漏水。
8、技术要求
(1)现场钻孔参数由通风队钻机人员、地测部测量人员共同标定,在施工完1#钻孔后,可根据钻孔具体情况调整其它钻孔施工参数,但必须经通风科同意。
(2)对钻孔注水量、水压、注水时间每天都要进行观测记录。
(3)钻孔角度误差±1°,丈量尺寸总误差±0.3m。
第三章、安全措施
一、准备工作
1、对打钻注水设备及所需材料、仪表、备件要齐全,详细检查。
2、安装钻机和注水泵处要加强支护,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、供水等,使之便于操作,便于移动,确保打钻注水作业正常进行。
同时要求保证设备完好,不漏电、不失爆。
4、钻机安装要牢固,严格按钻机说明书上要求安装,并使钻机孔位于煤层厚度的2/3为宜。
5、工作人员进入打钻现场,必须首先检查打钻现场及其周围的安全状况,如防水、防火、通风设施等,如有不安全因素不得开钻。
6、每班由带班长携带便携式瓦斯检查仪,开钻前先检查钻机附近5米范围内有害气体含量,当瓦斯浓度达到或超过0.5%时,不得开钻。
把便携式瓦斯检查仪吊挂在钻孔附近上方。
7、开钻前先将阀门打开均匀放水并检查钻机附近瓦斯情况,等水从钻孔流出后方可开钻,开钻后先不带负荷空钻。
二、打钻
1、钻孔的布置方式采用单排孔布置,在副巷内开钻。
钻孔长度为回采工作面长度的2/3以上。
2、打钻前要对钻机,需要润滑的部位,要上足润滑油,机器运转时,要随时加油,防止机器损坏。
3、定好钻孔方位,要与回采工作面开采线,与顶板保持平行,防止打顶或打底。
4、打钻时,要始终注意设备运转情况,当发现运转异常时,要立即停钻处理,当发现孔口吐浆异常时,要判明打顶或打底或遇地质构造,采取措施,防止卡机。
5、换钻杆时,要检查钻杆是否堵塞、弯曲,丝扣磨损严重等现象,不得使用不合格的钻杆。
6、用管钳安、卸钻杆时,两人要协调一致。
接钻杆时要对准丝口,避免歪斜和漏水.
7、钻孔达到预定深度后,提钻前必须用水冲孔,排净煤粉。
8、认真做好原始记录,主要内容有:
钻孔编号、钻孔间距、钻孔深度、注水流量、注水压力、每孔每班打钻注水量,出井后及时整理并记入台帐。
9、因故临时停钻,要将钻头退离孔底15-20cm,需停钻8小时,要把钻杆提出,防止卡钻。
10、钻孔打顶、打底遇地质变化时,或塌孔不能进行时,要停钻抽杆,报废钻孔,并将钻孔封死,不得注水。
11、钻头、钻杆丝扣要牢,如钻头掉进钻眼中,要立即设法打捞,如确实打捞不出,要将钻头丢失位置标在图纸上,并通知有关单位。
12、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。
13、禁止用手脚接触制动机械转动部分,禁止将工具及其它物品放在钻机、水泵、电机的保护罩上。
14、扶把时,要站在立轴和手把一侧,不得紧靠钻机,钻机后面和前面的给进手把活动范围内,不准站人,防止高压水将钻具顶出伤人或给进手把翻起打人;给压要均匀,根据孔内情况及时调整钻法及压力。
15、清水钻进要保证有足够的水量,不准打干钻。
若发现孔内涌水,应测定水压、水量。
16、若发现煤岩松动、片帮、来压、见水或孔内水量水压突然加大或顶钻时,必须立即停钻,但不得拔出钻杆,要迅速向有关部门汇报,并派人监视水情。
17、打钻时,司机必须思想集中,边钻进边观察孔内变化,发现异常及时停钻处理。
18、在安、卸钻杆过程中,司机必须与其它工作人员紧密配合,互相关照。
操作要轻而稳,不得猛刹猛放,不得超负荷作业,不得用手脚扶摸固定装置。
19、在上下坡施工钻孔时,应在钻机下方打牢固可靠的道木和支设支柱,防止钻机下滑。
三、封孔注水:
1、注水前要把封孔器插入孔中2.0m进行封孔,要保证不漏水。
2、注水量一般使煤层在含水量的基础上增加1.5%,或煤壁出现挂汗为宜。
3、注水时,一次注孔5个。
如发现其中一个孔漏水,要立即停止该孔注水。
4、在注水过程中,每班要做好记录,记录当班的注水压力、流量、注水的孔数、当班注水量等.
5、在注水过程中,认真分析排水量、压力与煤体吸水量等参数的变化情况,掌握煤体注水的湿润规律。
四、特殊措施:
1、第一个注水孔不得超前工作面超过50米,以防水量流失和保证施工安全。
2、在注水过程中,如发现煤壁有跑水现象,要立即停止注水换孔。
3、每天打完钻后及时分解钻机,将钻机移设到下一个钻孔位置并派专人负责看管好钻机设备。
4、钻孔时发现有害气体喷出时,要停钻加强通风,并用黄泥封死,同时向有关部门回报。
5、所有打眼、注水人员必须执行现场交接班制度,每班班组长必须认真填写班报表,将施工地点、孔号、孔深、出勤人员、施工日期及班次填写清楚。
第四章、煤层注水作用及效果
1、降尘效果
注水后,工作面煤层全水分平均为2.0%,新增水分平均为1.5%,煤层注水对减少采煤各环节的粉尘起很大作用,水进入煤体后的减尘作用表现在以下3个方面:
(1)煤体内的裂隙中存在着原生煤尘,水进入后,可将原生煤尘湿润,使其在破碎时失去了飞扬的能力,从而有效地消除了这一尘源。
(2)水进入煤体的内部使之均匀湿润。
当煤体在开采中受到破碎时,绝大多数的破碎面均有水存在,从而消除了细粒煤尘的飞扬,预防了浮尘的产生。
(3)水进入煤体后使其塑性增强,脆性减弱,改变了煤体的物理力学性质。
当煤体因外力而破碎时,脆性破碎变为塑性变形,因而减少了煤尘的产生量。
注水后各工序的降尘率:
割煤81.7%,司机处90.8%,移架92.6%,回风94.9%,运煤88.8%,平均降尘率88%。
2、抑制工作面瓦斯的涌出
煤层注水对瓦斯治理的作用,不仅表现在防治瓦斯突出方面,而且对降低瓦斯涌出量也有十分明显的效果。
这是因为注水时高压水克服瓦斯压力后才能注进水,水改变了煤的力学性质,增加了煤的可塑性,降低了弹性模量,使应力分布均匀化,弹性能释放的速度变小,降低了释放的功率,水进入煤的孔隙,降低了瓦斯的排放。
3、降低工作面的气温
温度降低的水注入煤体后,由于水的汽化吸热比较大,对高温工作面起到了明显的降温作用,工作面上隅角温度能降低0.4℃,而工作面内平均温度降低2.5℃左右,回风流温度平均降低2.2-4℃,有效地改善了工作面的劳动环境。
4、防灭火
煤层注水后,采空区内的遗煤含水量增大,煤体的导热系数和热容量增大,使遗煤的温度不易升高,从而延长了自然发火日期,避免自然火灾的发生。
5、其它效果
煤层注水以后还能取的以下各种效果:
降低煤的硬度、软化煤体,降低切割和破碎能量,降低截齿的消耗,提高了生产效率,减少设备的破坏。
测定表明,煤层水分在原基础上增加0.8%-2%可使煤的单轴抗压程度降低14%-32%,节能显著。
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