15101综采面煤层注水设计

15101综采面煤层注水设计山西凌志达煤业通风科15101综采面煤层注水设计一、设计依据按《煤矿安全规程》第一百五十四条第（二）规定：1、围岩有严重吸水膨胀性质，注水后易造成顶板垮塌或底板变形，或者地质情况复杂、顶板破坏严重，注水后影响采煤安全的煤层；2、注水后会影响采煤安全或造成劳动条件恶化的薄煤层；3、原有自然水分或防灭火灌浆后水分大于4%的煤层；4、孔率小于４％的煤层；5、煤层很松软、破碎，打钻孔时易塌孔、难成孔的煤层；6、采用下行垮落法开采近距离煤层群或分层开采厚煤层，上层或上分层采空区采取灌水防尘措施时的下一层或下一分层。

符合以上情况之一时，采煤工作面不宜采取煤层注水防尘措施，否则进行煤层注水。

二、15101综采面具体情况根据勘探地质报告提供，15号煤层原煤水分为0.49－1.43%，平均0.92%，煤层直接顶板为泥岩或K2石灰岩，老顶为K2灰岩，底板为泥岩或含黄铁矿泥岩，局部为粉砂质泥岩，需进行煤层注水。

15号为厚煤层，倾角平缓，15101综采面采用综采一次采全高采煤方法，煤层为近水平煤层，煤厚4.22m,其中工作面长175m，年推进度为1560m（取采面可采长度值）。

三、设计15101综采面注水情况设计采用下向长孔煤层注水防尘。

1、注水方式的选择煤层注水方式是指钻孔长度、位置和方向，一般分为长孔、短孔、深孔和巷道注水等四种注水方式。

本设计采用长孔注水方式。

注水方式采用单向钻孔布置，即在工作面回风顺槽中平行于工作面向煤体打长钻孔注水，钻孔均沿煤层均匀布置，钻孔口布置在巷道中距底板1.4m处。

2、注水参数的确定注水参数主要是注水钻孔的参数，即孔径、孔深、间距、倾角、封孔长度和方式等。

（1）钻孔直径：孔径大小与煤的硬度、要求的注水量、封孔技术和钻具条件有关。

由于目前均采用钻机打孔，孔径为50～75mm。

由于注水量较大，钻孔直径取60mm。

（2）钻孔长度：钻孔长度可根据工作面长度和煤层倾角而确定，根据我国的注水经验，工作面较长，倾角平缓，厚煤层，下向注水钻孔长度根据公式：L＝L1－M式中：L—钻孔长度，m；L1—工作面长度，175m；M—与煤层透水性和钻孔方向有关的参数，上向孔M≥20m，下向孔M=1/3L1，m；经计算，钻孔长L＝117m。

为了充分湿润煤体，加快注水时间，取120m。

（3）钻孔间距：钻孔间距可根据煤层的湿润半径来计算，孔深时，孔距要大些；孔浅时，孔距要小些。

合理的钻孔间距一般通过实践来确定。

根据经验一般按10～25m考虑，本设计由于煤层厚，并采用综采，孔距取15m。

（4）钻孔角度：钻孔角度原则上与煤层倾角保持一致，使钻孔始终保持在煤层内。

生产中应根据煤层节理发育程度选择采用垂直钻孔还是伪倾斜钻孔，以使节理面尽量与钻孔垂直。

开口位置设在煤层底板以上1.4m处，以避免钻孔下沉穿透底板岩石。

（5）封孔深度：封孔深度一般通过实验和生产实践确定，为2.5～10m。

设计暂按10m考虑，待矿井生产后再按生产实际进行调整。

（6）封孔方式：封孔方式分为水泥封孔和封孔器封孔两种，由于本井煤较软，封孔器容易发生卡在壁内或从孔内抛出的可能。

因此，设计选择简单方便的灌注水泥砂浆封孔法。

3、注水系统及注水参数（1）注水系统本矿井回采工作面推进速度较快，所以采用分组注水，即几个注水钻孔分成一组共同注水，以满足综采推进速度。

注水系统分为静压注水系统和动压注水系统，根据本矿的注水孔深、注水压力大小及供水系统，设计采用动压注水系统。

煤层注水水源采用井下消防洒水管路供给。

动压注水系统设备如下：供水管路（接入水箱）、供水胶管、水表、水泵、压力表、三通、快速接头、高压胶管、截止阀、至煤壁钻孔。

（2）注水压力注水压力一般分为低压、中压、中高压、高压和超高压，动压注水多属中压，我国的注水经验动压注水一般为4.9～19.6MPa。

根据煤层埋藏深，夹矸较多的特点，本井注水应采用较高压力注水。

但是，由于压力太高又容易造成煤壁跑水和窜水，因此，初定水压为7MPa，生产后可根据实际情况调节。

（3）注水量①按经验公式计算钻孔注水量Q＝LBMγq＝175×15×4.22×1.45×0.03＝483m3式中：Q－一个钻孔注水量，m3；L—工作面长度，m；单向钻孔注水L＝175m；B—孔间距，m；M—煤层厚度，m；γ—煤容重，t/m3；q—吨煤注水量，一般按0.03m3/t考虑。

②按水分增加值计算钻孔注水量Q=LBMγ（W1-W2）K=175×15×4.22×1.45×（0.04-0.0092）×1.5=743m3式中：W1—注水后要求达到的水分，%；W2—煤层原有水分，%；K—考虑围岩吸收水分、水的漏失和注水不均衡系数，取1.5。

其余符号代表意义同前。

③吨煤注水量根据上述两式计算，选择单孔注水量为678.5m3。

则吨煤注水量为：q=Q/（LBMγ）=743/（175×15×4.22×1.45）=0.046m3/t式中：符号代表意义同前。

注水后煤体水分应达到4%左右。

根据实际注水效果，通过快速水分测定仪测试，调整注水量和注水时间。

为保证注水效果，并适应工作面回采推进速度，注水工作超前工作面回采1个月完成。

④日注水量Q=q×G式中：Q—矿井日注水量，m3；G—注水工作面日产量，t/d，本矿井为5062t/d；q—吨煤注水量，0.046；按上述公式计算，矿井日注水量为233m3/d。

4、注水设备及仪表注水设备及仪表配备见表3-2-1。

表3-2-1 注水设备及仪表配备表附：煤层注水操作流程一、钻孔1、钻机安装地点的顶板及周围支护要良好，固定钻机要安全可靠，钻孔角度及钻眼位置必须符合设计要求。

2、开钻前要详细检查机电设备和供水系统，发现问题先处理完好后再试钻，经空载运转检查钻机各部位正常且钻孔有少量返水时，方可开始钻进。

3、开钻时要先送水后送电，停钻时要先停电后停水。

4、钻机开始钻孔作业时，要缓慢接上离合器，钻杆推进5-10厘米后，再压紧离合器，当一根钻杆钻进剩余30厘米时，松开离合器，先停电后停水，然后加杆。

5、负责上下钻杆人员分别站到钻机两侧，用管钳把钻杆卡牢，反方向均匀将钻杆卸开。

6、钻孔过程中要在开孔位置加设防护档板，以防煤与瓦斯喷出伤人。

7、钻孔作业要求四人一套，一人操作开关按钮和停送水，一人操作钻机，二人上下钻杆。

8、钻孔过程突然遇到地质构造，瓦斯涌出，透水预兆等异常情况，必须停止钻进，切断电源，保持钻进状态，拔出钻杆并汇报通风科。

9、钻水过程出现夹钻、顶钻，断杆等情况时，必须停钻采取措施处理。

10、当班钻孔施工完毕，必须将钻杆全部拔出，切断电源，并闭水源，并将钻机设备放到巷道一侧的安全地点，方可离开工作岗位。

11、收工时当班组长要如实填写钻孔记录，汇报通风科。

二、封孔1、设备开机前要检查电机、安全离合器、变速系统、搅拌机、送浆泵、离合器及各联接部件是否完好，机座是否稳固可靠，搅拌机内是否有杂物，送浆泵出口、联接管是否通畅，当以上检查全部合格后方可进行运行操作。

2、搅拌水泥稠浆将准备好的一定量（按水和水泥的比例）清水倒入搅拌机内，在搅拌机处于正常运转状态下，逐渐加入525硅酸盐水泥。

待加入搅拌机内的水泥分散后，再继续加入水泥（加水泥时，应避免将纸片等杂物混入搅拌机内），搅拌时间不得小于10min。

3、搅拌好的水泥浆必须用测试棒进行测试，保证水泥稠浆达到设计的水灰比。

4、封孔管采用抗静电的工程塑料管或铁管，孔内注水管长度为10m，为2寸双抗塑料或铁管。

5、用棉纱或水泥的袋子缠绕在注水管上，用麻绳或麻线等，将注水管、封孔管及水泥袋捆紧送入钻孔内封住孔口。

6、封孔操作时向上拉起离合器操作手柄，接合离合器，搅拌机内的水泥稠浆被吸入送浆泵，注入待封钻孔内。

7、待封钻孔孔口有水泥稠浆返出或孔口封堵棉纱被推出钻孔外时，缓缓将注浆管拔出钻孔，压下离合器操作手柄，脱开离合器，按下电机停止按钮。

8、设备使用完毕，必须对整机进行清洗，拧下送浆泵的清洗螺堵，用水清洗干净搅拌机及联接管。

9、拧上送浆泵的清洗螺堵，向搅拌机内注入清水，开启电机，向上拉起离合器操作手柄，接合离合器，直至送浆泵出口水流呈清洁状态；压下离合器的操作手柄，脱开离合器，按下电机停止按钮，停止电机。

10、严禁送浆泵空运转，严禁用硬物捅洗螺堵孔内管道。

11、封孔泵体及注浆管内水泥浆在短时间内凝结时，向搅拌机内注入清水进行搅拌，将泵体及注浆管内的干稠水泥浆用清水或稀浆置换。

12、注浆封孔过程中，送浆泵清洗螺堵必须拧紧。

13、因气温低不能启动送浆泵时，应取下离合器保护罩，利用离合器上的四个孔强行转动送浆泵数转。

三、注水1、注水前，要全面检查注水泵、管路、阀门、仪表、水枪、供水及供电系统，发现问题及时处理。

2、注水前，当班组长要仔细查看注水孔周围顶帮、支护情况，有隐患要及时排除。

3、注水准备工作完成后，将水箱内加满水把手动定在卸载位置，启动注水泵，待泵升压关闭手动卸载阀，同时打开高压不阀门向注水孔注水，注水期间水箱内必须保持500L水量。

并记录好水表初始读数和终止读数，记好压力表上的数值。

在注水过程中，司机要严密注视水泵运转，仪表灵敏度，水位、水压及油位状况，发现异常立即停泵处理。

4、煤层注水操作人员三人一套，一人看泵，一人拉管和控制注水孔口的单向阀门，并观察注水水表压力和注水量，注水时要检查操作地点的煤邦，顶板及巷道的安全情况，确保在安全条件下注水。

5、注水时，严禁操作工正对注水孔口，必须站立在注水孔侧面。

6、流水工要严格掌握注水质量，注水一定要达到邻孔出水或煤壁挂汗，方可进行下一孔作业。

7、动压注水停后，要立即关闭孔口的阀门，然后拔掉动压注水管，连接静压注水管，打开阀门进行静压注水。

8、静压注水时，不准卸掉注水水表，要记清水表压力和停止动压注水时的水流量底数，待静压注水水表无压力或水流量无指示时，关闭孔口阀门，拆除注水管。

9、注水人员现场要认真做好注水记录，下班后将记录交回通风科。