9301综放工作面煤层注水方案.docx
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9301综放工作面煤层注水方案
山东济宁运河煤矿有限责任公司
9301综放工作面煤层注水方案设计
编制
审核
通防科
安全科
生产部
总工程师
山东济宁运河煤矿有限责任公司通防科
运河煤矿9301综放工作面煤层注水方案设计
一、煤层注水设计基础资料
(一)9301工作面概况
本矿井采用一对立井开拓,副井进风,主井回风,中央并列式通风方式。
九采区位于井田东部,东西宽约1240m,南北长约1400m,采区面积1.736km2。
采区内布置有九采区轨道上山、九采区北翼皮带上山和九采区南翼皮带上山三条采区巷道。
9301放顶煤开采工作面位于-490水平九采区南部,东到济宁支二断层保护煤柱,西到9301轨顺联络上山(后期为九采区南翼皮带巷),南临五采区保护煤柱,北至9303保护煤柱。
9301工作面面长为196m,轨道顺槽长895m,皮带顺槽长1082m。
工作面推进长度845m。
工作面标高为-461~-560m,平均为-510m。
(二)9301工作面煤层物理机械特性及煤尘爆炸指数
9301工作面的煤层煤质较好,属低灰、低硫、特低磷、高发热量煤层,煤层硬度系数f=1~2,属中硬煤。
9301工作面煤层的原始水分为2.72%,孔隙率为2.08%,煤的容重为1.38t/m3,煤尘爆炸指数为34%。
(三)9301工作面巷道布置及采煤方法
9301工作面采用一进一回的“U”通风方式,轨道顺槽进风,皮带顺槽回风。
9301工作面轨道顺槽煤层总体为西部高,东部低。
顺槽内煤层倾角为2°~7°,平均5°。
9301工作面轨道顺槽通过9301轨顺联络巷与-490东翼轨道大巷相连。
轨道顺槽断面为矩形,沿煤层底板布置,规格为净宽×净高=3.6×3.0m,巷道断面积:
10.8m2;巷道采用锚网梯支护。
9301工作面皮带顺槽也为一褶曲构造,工作面中部为一向斜构造东部为一背斜构造,煤层总体为西部高,东部低,顺槽内煤层倾角为0°~17°,平均8°。
9301工作面皮带顺槽直接与-490东翼皮带巷相连。
皮带顺槽断面为矩形,沿煤层底板布置,规格为净宽×净高=4.0×3.0m,巷道断面积:
12.0m2;巷道采用锚网梯支护。
9301工作面采用综采放顶煤后退式开采,全部垮落法管理顶板。
9301工作面日推进度为3.6m,日产量为3500~4000t;月推进度为90~100m,月产量为85000~100000t。
工作面巷道布置详见附图1:
9301工作面巷道布置及供水系统示意图。
(四)煤层基本情况及地质构造
9301工作面沿切眼方向煤层倾角为10°~22°,平均14°。
9301工作面煤层赋存稳定,仅工作面东部存在0.2~1.0的夹煤层厚度为4.0~5.3m,平均为4.65m。
9301工作面夹矸及其影响情况详见附图1。
该工作面两顺槽煤层倾角变化不大,总体趋势中部低,东西部高,煤层角度平均为12°。
该工作面轨道顺槽设计停采线位于7#西14m,皮带顺槽设计停采线位于14#点西14m,主要是为了避开DF39断层,其断层性质为H=3.5倾角为45°。
工作面两顺槽实际揭露断层情况详见附图1及附表1。
地
质
构
造
情
况
1、皮带顺槽为一背斜构造,顺槽内煤层倾角变化不大,设计停采线附近煤层倾角较小一般为8°,而18#点以东煤层倾角相对较大,最大处煤层倾角可达18°。
顺槽在掘进时,在3#导线点前2m,揭露了①#正断层其性质为:
240°∠75°,H=7m;在8#导线点前26m处揭露了②#正断层其性质为:
237°∠40°,H=3m;在10#导线点前18m,揭露了③#正断层其性质为:
220°∠45°,H=1.0m;31#导线点前15m揭露④正断层其性质为:
250°∠70°,H=3.5m;32#导线点前6m处揭露⑤正断层其性质为350°∠70°H=2.0m.切眼布置在距离济宁支二断层55m处,根据超前探水的资料分析,济宁支二断层有一定的导水性,但导水性较弱。
2、轨道顺槽也为一背斜构造,停采线附近煤层倾角较大,一般为20°,到14#点煤层倾角趋于稳定,一般为12°。
轨道顺槽在掘进时,在12#导线揭露了DF40正断层其性质为:
150°∠70°,落差大于10m;在25#导线点前6m处揭露了⑥正断层其性质为:
110°∠50°,H=3.5m;两断层落差都较大,工作面回采时会带来很大影响,造成工作面局部割矸,顺槽内平均煤厚约为4.8m。
断层名称
走向(°)
倾角(°)
落差(m)
性质
对回采的影响程度
①#
240°
75°
7m
正断层
影响较大
②#
237°
40°
3m
正断层
影响较大
③#
220°
45°
1.0m
正断层
影响不大
④#
250°
70°
3.5m
正断层
影响较大
⑤#
350°
70°
2.0m
正断层
影响不大
⑥#
110°
50°
4.5m
正断层
影响不大
DF40
150°
70°
大于10m
正断层
影响较大
DF38
70°
0~3m
正断层
影响较大
济宁支二
断层
70°
大于60m
正断层
影响较大
附表1:
9301工作面地质构造特征表
(五)9301工作面供水水源及供水系统
9301工作面的供水水源来自地面静压水池,供水系统详见9301工作面供水系统示意图。
附图2:
9301工作面供水系统示意图
二、注水方式及其选择
煤层注水方式是指钻孔长度、位置和方向的概念,一般分为长孔、短孔、深孔和巷道注水四种方式。
由于9301工作面倾斜长度为196m。
工作面生产系统已经形成,轨道顺槽需要经常性的轨道运输,皮带顺槽已安装胶带输送机并需进行不定期地进行轨道运输,钻孔水施工及注水操作应不对工作面生产造成影响,设计钻孔施工及注水操作均在两顺槽的安全硐室内进行(安全硐每隔40m一个)。
综合比较各注水方式的优缺点并充分考虑现场适用条件,设计采用长孔注水方式,并在安全硐室内扇形布置钻孔。
注水方式及钻孔布置形式详见附图3:
9301综放工作面煤层钻孔布置平面图。
三、注水工艺及相关参数的确定
1、钻孔直径
设计采用型号钻机打孔,钻孔直径为mm。
2、钻孔长度
影响钻孔长度的因素有煤层的透水性、工作面长度、注水时间、注水压力、钻机能力和煤层倾角、厚度、构造及夹矸情况。
9301工作面煤层孔隙率为2.08%,透水性较差;工作面长度为196m,若采用单向长孔方式钻孔眼向误差较大,达不到设计效果,设计采用双向长孔以减小孔深;依据现场适用原则,拟采用静压注水,注水压力为3~5Mpa,注水时间为10天;型钻机最大能力为150m。
综合考虑以上因素,设计采用双向长孔方式,钻孔长度以眼底分别至两顺槽沿切眼方向70m为宜,每个钻孔的具体长度应根据现场倾角、煤厚、断层及夹矸情况进行确定。
由于眼向偏差导致钻孔进入煤层顶底时,应立即停止钻进。
若孔深未达到设计长度但已超过60m时,则做为一个注水钻孔;若孔深小于60m,应重新调整角度补打新的钻孔。
3、钻孔间距
根据其他矿井的成功经验,钻孔间距一般为10~25m,由于现场两顺槽的安全硐室每隔40m一个,因此采用钻孔开口间距为1.5m,终孔间距为15m。
本工作面的合理注水间距应根据实际注水效果检测后进行适当调整。
4、钻孔角度
钻孔角度应与煤层倾角(钻孔方向上的煤层倾角)保持一致,使钻孔始终保持在煤层内,杜绝穿透顶底板。
考虑到钻杆的下沉,开口位置应靠近硐室顶部,设计采用在硐室顶板以下1.0m的位置开口。
5、封孔深度
设计封孔深度为2.5m。
应保证注水时不从孔口及其附近煤壁透水、泄水、渗水,孔口附近煤体破碎或断层附近施工钻孔时应增加封孔深度。
6、封孔方式
采用封孔器封孔。
封孔器胶筒外径比钻孔直径小5~10mm,采用封孔器直径为mm。
将封孔器送入钻孔,接上注水管再推入钻孔设计位置;利用注水压力或机械力等使封孔器膨胀封住钻孔。
7、注水系统及注水参数
(1)注水系统
设计采用静压注水系统,详见附图4:
9301综放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3个。
在9301轨(皮)顺供水支管的三通阀门上引出Φ25的高压胶管,接入分流器,分出三支Φ10的高压胶管做为注水管路,并在注水管路上接入压力表、流量表与钻孔注水管连接。
(2)注水压力
由于设计采用静压注,因此采用中压注水,注水压力为3~5Mpa。
(3)单孔注水量
单孔注水量(按水分增加值计算):
Q=KLBhγ(W1-W2)
式中Q—一个钻孔注水量,m3;
K—考虑围岩吸收水分、水的漏失和注水不均匀系数,取1.1;
L—工作面长度,m,本设计中由于是双向注,则取工作面长度的一半;
B—钻孔间距,m;
h—钻孔范围内应湿润的煤层厚度,m;
γ—煤的密度,t/m3;
W1—注水后要求达到的水分,%;
W2—注水前煤层原有的水分,%。
Q=KLBhγ(W1-W2)
=1.1×98×15×4.5×1.38×(0.04-0.0272)
=128.5m³
(4)注水流量
由邻近矿井的经验,设计暂时选用注水流量为0.0075m3/h·m,该数据在实际操作过程中应根据注水情况进行校正。
(5)注水时间
T=Q/(24V*l)
式中T—注水时间,天;
Q—单孔注水量,m³;
V—注水流量,m3/h·m;
l—钻孔长度,m。
T=Q/(V*l)
=128.5/(24*0.0075*70)
=10.2
≈10天
(6)9301工作面日注水量
由于工作面上下两顺槽可分别同时注三个孔,每个的注水时间为10天,因此日注水量
Qˊ=6Q/10=6×128.5/10=77m³
四、9301综放工作面实际煤层注水所需的设备和材料
9301综放工作面实际煤层注水所需的设备和材料情况详见附表2。
附表2:
9301工作面煤层注水设备及材料一览表
名称
型号
规格
数量
备注
五、钻孔开始注水及停止注水的时间
由于9301工作面煤层孔隙率较低,为使煤体得到充分湿润,水分充分渗到煤体的微孔隙内而达到理想的降尘效果,而采取静压注水方式注水压力较小,因此需要较长的注水时间(必须保证单孔注水时间在10天以上),而停止注水超前工作面回采的时间以半个月为宜。
因此设计采用在上下两巷距工作面100m以外的地点进行钻孔施工,钻孔开始注水时间超前工作面回采一个月,停止注水时间超前工作面回采半个月。
六、煤层注水的降尘效果及其检测
1、降尘率的计算
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天检测一次,应及时记录,并整理分析,总结效果后对煤层注水参数进行修改。
七、煤层注水劳动组织
钻孔、封孔工作由通防科钻探班进行施工并做好相应记录,连接管路、注水、换孔及记录注水参数由综采二区进行(记录表格由通防科设计提供),测尘工作由通防科测风员进行并做好相应记录。
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