矿井粉尘防治课程设计-煤矿综合机械化采煤放顶煤工作面防尘注水设计.docx

矿井粉尘防治课程设计中国矿业大学 安全工程学院矿井粉尘防治课程设计课程设计题目：煤矿综合机械化采煤放顶煤工作面防尘注水设计小组成员： 班级： 安全12-2班 指导教师： 成绩： 日 期：2015年7 月16号 小组成员课程设计任务分配表成员学号主要任务苑芳161255511. 主要负责第5章的内容，包括钻机、注水泵、封孔器的选择以及注水系统等相关内容，P16-P19；2. 参考文献的整理；斯琴高娃16125549戚凯旋061225751. 主要负责第4章的内容，包括钻孔布置参数的确定、注水工艺以及相关CAD的作图等，P10-P16；2. 统稿，排版；3. 定稿；谷斌洲161255211. 主要负责前3章的内容，包括矿井粉尘危害、煤层注水粉尘等，P4-P10；2. 统稿，排版；3. 打印；裴宇恒061226351. 主要负责第6章的内容，包括施工操作安全技术要求、注水过程中的监控、注水效果监测等，P19-P20；2. 目录；备注1. 前期文献的查阅由小组成员共同完成；2. 最后的审稿由小组成员共同完成，发现的问题由谷斌洲、戚凯旋审核修正；目 录1 矿井防尘防治采煤工作面概述41.1煤矿工作面情况41.2 煤层部分基础参数研究72 矿井粉尘危害83 煤层注水防尘83.1煤层注水的实质83.2影响煤层注水效果的因素84 煤层注水方案104.1钻孔布置参数的确定104.2注水工艺145 注水设备的选择165.1钻机的选择165.2注水泵的选择175.3注水封孔器的选择185.4注水系统186 注水施工操作安全技术要求和效果监测196.1施工操作安全技术要求196.2注水过程中的监控196.3注水效果监测20参考文献21附图 22 / 221.矿井粉尘防治采煤工作面概述1.1煤矿工作面情况煤层名称35水平名称1070采区名称二盘区工作面巷道名称5204巷 2204巷 8204高抽巷地面标高 (m)1488.81570.2工作面标高(m)10031037.8地面位置 地面为马林涧沟支沟的上游沟谷和山坡地段。井下位置及四邻采掘情况8204工作面位于本井田的东南部、二盘区的东北部，东北邻8202采空区，西南为8206采空区，西北部为F13810断层，东南部为二盘区回风巷。走向长（m）2204巷：1181.7米5204巷：1183.6米切眼：151.5米8204高抽巷:1189.7米巷道宽高（m）5.503.605.003.608.803.604.03.10断面（M2）19.80 18.0031.6812.40 煤层情况煤层总厚 (m)9.7217.76煤层结构煤层倾角1314.20复杂结构（度）2 煤层结构复杂，利用厚度：9.0015.84米，平均12.85米。煤层中含216层夹矸，平均10层，厚度为1.35米，夹矸单层厚度为0.020.45米之间变化。夹矸岩性为：黑色炭质泥岩，灰黑色、褐色高岭质泥岩、高岭岩、泥岩、砂质泥岩，煤层上部局部受煌斑岩侵入影响硅化、变质。煤层顶底板情况顶底板名称厚 度(m)岩性特征老顶2.3014.157.40灰白色中粒砂岩，长石、石英为主含暗色及绿色矿物，灰色、灰白色粗砂岩，中夹煤屑及含砾粗砂岩，较坚硬，局部赋存灰白色粉砂岩，均一结构，具厚层状。直接顶4.7739.4417.72黄白色、灰色煌斑岩，深灰色炭质泥岩、泥岩，灰黑色、黑色天然焦交替赋存，局部为灰黑色高岭质泥岩，块状含植物印痕，断口贝壳状含粘土矿物及炭化体。其上为2号煤层，厚0.302.75米，平均1.34米。顶部为灰色煌斑岩，粒度均一，坚硬，钢灰色天然焦，灰黑色炭质泥岩，灰白色细砂岩，含石英、长石及暗色矿物，深灰色高岭质泥岩、高岭岩，块状，性脆，贝壳状断口，深灰色粉砂岩，分选好，均一结构，具厚层状。直接底1.663.252.51灰色，灰褐色高岭岩、碎屑高岭岩，块状，断口平坦上部含植印痕，灰黑色炭质泥岩，含植物化石，局部赋存深灰色砂质泥岩，含大量植物化石及粘土矿物。老底6.3537.5020.83灰白色、白色粗砂岩、中砂岩、含砾粗砂岩、砂砾岩交替赋存，成份以石英为主，长石次之，砾石直径最大1CM，分选差，硅质胶结，坚硬。水文地质分析报告1、上覆为为14号煤层采空区及古窑采空区，于上世纪70年代采用长壁大冒顶法及刀柱法采空，煤厚4.75.7米，采高4.75.7米。2、相邻8206工作面是上山开采，工作面停采密闭后，尾部附近容易聚水。为查清采空区内积水情况，在5204巷尾部施工探放水孔，钻孔在施工过程中要按设计角度开孔直至见空。钻孔打通采空区后，由瓦监员进行气体监测预防有害气体涌出，确保安全后钻机队要上下活动钻具确认钻孔畅通，再卸下钻杆，关闭闸阀，安排专人放水，并做好记录。如钻孔内水量减少，钻机队要重新疏通钻孔，以防异物堵塞钻孔，确认采空区没有积水后方可拆除套管。3、根据2212巷掘进过程中揭露，巷道顶板局部会有淋水现象，属于煤岩层裂隙水与孔隙水，根据关于进一步完善塔山煤矿采掘排水系统的要求，工作面必须配备一台45KM备用水泵及2吋、4吋排水管路各一趟。排水管路要随掘进进度延设。排水设备要经常检修、确保安全生产。影响掘进的其它地质情况最大涌水量0.05 m3/min正常涌水量0.01m3/min瓦（矿）斯根据2013年瓦斯测定结果，相对涌出量为2.83m3/T，绝对涌出量为90.16m3/min煤尘具有爆炸危险性煤的 自燃 发火 期自燃发火期为180天地温无高温热害区，地温梯度为2.41c/100m煤量预算巷道巷道长（m）巷道宽（m）面积（）巷高 （m）容重（t/m3)掘进煤量（t)22041181.75.506499.43.601.4533926.952041183.65.005918.03.601.4530891.9切眼151.58.801333.23.601.456959.3附图1、 二盘区35号煤层2204、5204、8204切眼、8204顶板高抽巷掘进工作面煤层底板等高线预测图。比例尺：1：20002、 35号煤层2204巷掘进工作面预想地质剖面图。比例尺：水平：1：2000 垂直：1：2003、 35号煤层5204、8204顶板高抽巷掘进工作面预想地质剖面图。比例尺：水平：1：2000 垂直：1：2004、 二盘区35号煤层2204、5204、8204切眼、8204顶板高抽巷钻孔综合柱状图。 地质构造情况根据邻近2202巷、5206巷掘进过程中揭露资料显示， 2204巷掘进过程中将揭露断层17条、5204巷掘进过程中将揭露断层15条、8204顶板高抽巷掘进过程中将揭露断层14条，落差在0.101.80米之间。1、从回风巷起算，2204巷掘进前方4米、144米、224米、247米、348米、565米、659米、684米、722米、774米、793米、829米、839米、889米、905米、954米、988米处预计将揭露17条正断层，落差分别为0.50、0.30米、1.00米前方均为下降盘、0.10米前方为上升盘、0.10米前方为下降盘、0.30米前方为上升盘、1.30米、0.90米、0.30米、0.40米、0.40米、0.400.70米、0.20米前方均为下降盘、0.50米前方为上升盘、1.10米、0.30米前方均为下降盘、1.10米前方为上升盘。2、从回风巷起算，5204巷掘进前方70米（辅运巷起算）、91米、183米、323米、432米、509米、599米、601米、617米、778米、814米、865米、987米、1037米、1043米处预计将揭露15条正断层，落差分别为0.30米、1.00米前方均为下降盘、0.10米前方为上升盘、0.50米、0.10米、1.30米、0.90米前方均为下降盘、0.30米、1.80米前方均为上升盘、0.40米、1.10米、0.40米、0.20米前方均为下降盘、0.50米前方为上升盘、0.30米前方为下降盘。3、从回风巷起算，8204顶板高抽巷掘进前方32米、126米、206米、286米、431米、545米、607米、625米、792米、841米、863米、975米、1006米、1026米处预计将揭露14条正断层，落差分别为0.30米、1.00米前方均为下降盘、0.10米前方为上升盘、0.50米、0.10米、1.30米前方均为下降盘、0.30米前方为上升盘、0.90米、0.40米、1.10米、0.40米、0.20米、0.30米前方均为下降盘、0.50米前方为上升盘。1.2煤层部分基础参数研究 根据现有矿上给的资料，结合查到的有关数据和在一些矿井经过实验运用得出的有关经验结论。可以对本煤层作一下研究： 1.煤的天然含水率（全水率） 煤体中水的质量与煤颗粒质量之比。 参考临近工作面平均含水率为1.65。 2.煤的孔隙率 煤体内部的孔隙占总体积的比值，估值8。 3.煤的可注水孔隙率 孔隙率包含了煤的全部孔隙，并不是所有的孔隙都能够注入水。因此，提出煤的可注水孔隙率。根据资料求得一个平均值1.83。 4.吸水率 单位质量煤样在自然饱和吸水条件下能够吸入水的质量。根据煤的可注水孔隙率得出吸水率为1.26。 5.煤的坚固性系数 煤的坚固性是煤的各种性质所决定的抵抗外力破坏能力的一个综合性指标。根据现场技术员给的数据f=2.3。2.矿井粉尘的危害粉尘的危害主要表现在以下方面:（1）污染工作场所，危害人体健康，引起职业病。工人长期吸入矿尘后，轻者会患呼吸道炎症、皮肤病，重者会患尘肺病，而尘肺病引发的矿工致残率和死亡率都很高，且人数在国内外都十分惊人。(2)煤尘可以在完全没有混入瓦斯的条件下爆炸，对于高瓦斯矿井，煤尘很容易和瓦斯同时爆炸。瓦斯煤尘或煤尘的爆炸，都会给矿山带来突发性的灾难，造成重大灾害。(3)加速机械设备磨损，缩短精密仪器使用寿命。随着科学技术的发展，矿山机械化、电气化、自动化程度越来越高，粉尘对机械设备性能及其使用寿命的影响愈加明显，必须引起高度的重视。(4)降低工作场所能见度，增加工伤事故的发生。在一些综采工作面干割煤时，工作面煤尘浓度可达4000-8000mg / m3，有的可能更高，这种情况下，工作面能见度非常低，往往会造成操作失误，导致作业人员意外伤亡事故的发生。3、煤层注水防尘煤层注水是国内外煤矿广泛采用的最积极、最有效的防尘措施。煤矿安全规程第一百五十四条规定，采煤工作面应采取煤层注水防尘措施，有下列情况之一的除外：（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）孔隙率小于4%的煤层；（5）采煤很松软、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活分层开采厚煤层，上层或上分层的采空区采取灌水防尘措施时的下一层或下一分层。3.1煤层注水的实质煤层注水是采煤工作面最重要的防尘措施，它是在回采前预先在煤层中打若干钻孔，通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分和尘粒间的黏着力，并降低煤的强度和脆性，增加塑性，减少采煤时煤尘的生成量；同时将煤体重原生细尘黏结为较大的尘粒，使之失去飞扬能力。注水后的煤层在回采及整个生产流程中都具有连续的防尘作用，而其他防尘措施则多为局部的。采煤工作面产量占全矿井煤炭总产量的90%，因此，煤层注水对减少煤尘的产生，防止煤尘爆炸具有重要的意义。3.2影响煤层注水效果的因素（1）煤的裂隙和孔隙的发育程度对于不同成因及煤岩种类的煤层来说，其裂隙和孔隙的发育程度不同，注水效果差异也较大。煤体的孔隙发育程度一般用孔隙率表示，是指孔隙的总体积与煤的总体积的百分比。（2）上覆岩层压力及支承压力地压的集中程度与煤层的埋藏深度有关，煤层埋藏越深则底层压力越大，而裂隙和孔隙变得更小，导致透水性能降低。因而随着矿井开采深度的增加，要取得良好的煤体润湿效果，需要提高注水压力。（3）煤的坚固性煤的坚固系数f较小时，煤的透气性好，易于注水；反之，则难以注水。但对于那些有夹矸、极松软且遇水易膨胀的煤层，虽然f很小，却反而不易注水。（4）液体性质的影响煤是极性小的物质，水是极性大的物质，两者之间极性差越小，越易湿润。为了降低水的表面张力，减小水的极性，提高对煤的湿润效果，可以在水中添加表面活性剂。（5）煤层内的瓦斯压力煤层内的瓦斯压力是注水的附加阻力。水压客服瓦斯压力后才是注水的有效压力，所以在瓦斯压力大的煤层中注水时，往往要提高注水压力，以保证湿润效果。同时，煤层注水也是阻止煤与瓦斯突出的一个很好的措施。（6）注水参数的影响煤层注数是指注水压力、注水速度、注水量和注水时间。注水量或煤的水分增量既是煤层注水效果的标志，也是决定煤层注水除尘率高低的重要因素。4、煤层注水方案4.1. 钻孔布置参数的确定4.1.1 实施注水巷道的选择该煤矿综放工作面布置有区段运输平巷和区段回风平巷和顶层排瓦斯巷等3条巷道。由于考虑到该矿井为高瓦斯矿井，在开采过程中，在顶层排瓦斯巷布置机电设备，进行打钻作业安全性较差，注水管路连接复杂，铺设、管理不便，并且排瓦斯巷沿顶板布置，部分工作面巷道顶板局部有淋水现象。因此注水作业选择在区段运输平巷2204巷和区段回风平巷5204巷内进行（因未使用高抽巷，故注水钻孔布置示意图中未画高抽巷）。4.1.2 两巷注水钻场的布置及交替方式在工作面两巷距开切眼13m位置分别施工第1个注水钻场，以后每隔25m施工1个钻场，钻场规格：4.5m2.5m4.0m(净宽净高净深)。注水钻场超前工作面63m，即保证有3个钻场在交替，即距工作面面第1个钻场注水，第2个钻场打孔，第3个钻场施工。4.1.3 注水钻孔布置方式根据前述，注水作业选择在区段运输平巷2204巷和区段回风平巷5204巷内进行，工作面长度为151.5m,单向孔可能达不到设计深度或煤层倾角、厚度有变化时，故采用双向长孔注水。每个钻场施工1个注水孔，如图4-1:注水孔距底板1.6m，该注水孔位于打钻帮中间，钻孔理论坡度方向向上，相对于煤层坡度为5，长度65m。图4-1 注水钻孔布置示意图4.1.4 钻孔水平转角为避免回采工作面推进过程中煤壁与注水钻孔平行接触,防止工作面煤壁片帮，也保持在工作面推进方向上注水量的均匀性,一般取注水孔的水平转角为60-70。但考虑本设计中，考虑定向钻孔的施工困难性和打钻费用等因素，注水孔位于打钻帮中间，其水平转角为0。4.1.5 钻孔倾角钻孔倾角按下式计算,即: (4-1)式中,为钻孔倾角(计算结果正值为仰角,负值为俯角),；为煤层倾角，；打上向孔时取“+”,打下向孔时取“-”；取2。为钻杆最大下沉角；，l为钻孔长度,m；h为钻杆最大下沉量,m；h/l为钻杆下沉率,一般为0.3-1.0%,倾角大的硬煤层及刚度大而重量轻小的钻杆下沉率低,反之则高,取1.0%。H为煤层厚度,m；取14.2m。H1为钻孔位置距煤层底板高度,m；取1.6m。H2为孔底位置距煤层顶板高度；取7.1m。其中， 为钻孔相对于煤层的理论坡度，由图4-1（注水钻孔布置示意图）可知，为5。则，钻孔倾角为： =2+ 5+ arctan0.01 = 7.6故，注水钻孔设计倾角应为7.6。4.1.6 钻孔长度双向钻孔时, 钻孔长度L 一般按下式计算: L = L0/2 (1520) (4-2)式中：L为钻孔理论长度，m； L0为工作面长度，m；则： L = 151.5/2 15 = 60.75但是，影响钻孔长度的因素有煤层的工作面长度、注水时间、注水压力、钻机能力和煤层倾角、厚度、构造及夹矸情况等等，考虑注水湿润半径大约为13m,并为充分湿润工作面中间部位的煤层（如图4-2），设计钻孔长度取65m 。4.1.7 钻孔间距钻孔间距的大小主要由煤层的透水性、煤层倾角、煤层厚度、钻孔方向及地质构造等因素决定，最佳的钻孔间距应与钻孔的润湿直径相等。在实际注水中，合理的钻孔半径一般通过实践来确定。我国矿井注水采用的钻孔间距大多为10-25m。在本设计中，为了兼顾到能最大面积的预湿煤体而减少钻孔工作量，并考虑到预计湿润半径为13m,故设计相邻钻孔的间距如前所述为25m ,具体钻孔分布如图4-3所示。图4-3 钻场、钻孔布置示意图4.1.8 钻孔直径考虑封孔方法，注水管直径及钻机选择情况，确定钻孔直径为75mm。4.1.9 封孔方法与封孔长度 煤层注水效果的好坏，封孔是关键。煤层注水钻孔封孔方式常用的有封孔器封孔和水泥浆类材料封孔。封孔器封孔具有封孔简单、操作容易的特点，但存在着要求注水钻孔成型度好、煤层注水间距小、注水钻孔多，注水工作劳动强度大、成本高的缺点，当巷道煤壁的破碎带较宽时，封孔器就不适合于煤层注水封孔。水泥浆类材料封孔在采用机械压注式封孔时，封孔长度可以较长，当注水钻孔具有一定的倾斜角度时，水泥浆类材料在自重作用下会自动填满注水钻孔，确保注水钻孔封孔的严密性。但在封水平、近水平注水钻孔时则需解决好材料在固化过程中由于自重和收缩而在注水钻孔顶部产生缝隙的问题。封孔深度取决于注水压力、裂隙发育程度、沿巷道边缘煤体破碎带宽度等，一般是通过试验定出合理的封孔深度。根据经验，我国的封孔深度通常是2.5、10 m，部分矿大于10 m 。由于橡胶封孔器封孔施工简单、封孔成本低，且考虑煤层较完整，钻孔质量较好等情况，决定选用橡胶封孔器进行封孔。采用直径75mm橡胶快速封孔器封孔,封孔器与水管连接处距钻孔外口应在8m以上，并保证钻孔周围煤壁不漏水，并考虑煤层条件、注水压力、采动影响等，封孔深度取8-10m，即封孔器外端距煤壁8-10m。4.2. 注水工艺4.2.1 注水方式的选择按照钻孔长度和与工作面开采的关系注水方式可以分为：(1)长钻孔注水：平行工作面煤壁或斜交工作面煤壁布孔，钻孔长度为工作面长度的 2/3 左右，在上下顺槽中超前工作面煤壁一定距离实施钻孔、封孔和注水。 (2)短钻孔注水：垂直工作面煤壁布孔，孔的长度为采煤工作面 1或2 个循环的进度，一般为 2m 左右。在工作面回采空间实施钻孔、封孔和注水。(3)深孔注水：垂直工作面煤壁布孔，孔的长度为采煤工作面数个循环进度，一般在 10m 左右。在工作面实施钻孔、封孔和注水。按照水的供给方式可以分为：(1)静压注水：利用地面水源至井下用水地点的静水压力，通过矿井防尘管网直接将水引入钻孔向煤体注水。(2)动压注水：利用水泵所造成的动压力向煤体注水。根据该煤矿综放工作面的具体条件，考虑采煤作业和注水作业的相互干扰程度，综放工作面的巷道布置，煤层厚度，煤的坚固性系数等，确定采用长钻孔-动压注水方式。4.2.2 单孔注水量每孔注水量按下式计算,即 Q=KhLSCnz （4-3） 式中: K 为考虑重复湿润、采动裂隙、水的漏失等系数，取1.1；h 为煤层厚度，m，取14m。L 为待湿润煤体在钻孔轴向方向的尺寸，m，取75m；S 为注水孔间距，m，取25m；C 为煤的容重，t/m-3，取1.4 t/m-3；nz 为煤体注水后提高的含水率，%，煤层天然含水率为1.65%，要求注水后煤层含水率为4%，则nz为2.35%。依式(4-3)可以计算出每个注水钻孔的注水量为950m3。4.2.3 单孔注水时间首先应根据煤层的渗透特性和钻孔长度选择注水泵，选定注水泵后即可确定每孔的注水时间：t = Q/q (4-4) 式中：q为注水泵流量，m3/h； 若选用7BG-4.5/160注水泵,泵的流量为4.5m3/h，则单孔注水时间为211h。若每天注水20h，则单孔注水约需10d。4.2.4 注水压力注水压力的高低取决于煤层透水性的强弱和钻孔的注水流量。如果压力过低，流量就会过小，或根本不进水；如果压力过高，比如接近或超过地层压力，由于水压在很大程度上抵消了地层压力，煤层得到裂隙将在水压的作用下猛烈扩张，延伸通道，使煤层裂隙与围岩或煤壁沟通，造成大量窜水或跑水。适宜的注水压力是，通过调节注水量使其不超过地层压力而高于煤层的瓦斯压力，即： 10-3Hycpg P Pw （4-5）式中： H 为煤层埋藏深度，m，取530m； ycp 为上覆岩层平均密度，250kN/m3； g 为重力加速度，9.8m/s2； Pw 为煤层的瓦斯压力，MPa；P 为煤层的注水压力，MPa；经计算，煤层的注水压力不得大于13MPa。本设计拟采用动压注水：注水压力(终压)可按下式估算： P=(1/10c)ln(1+cwq1RK/a) (4-6)式中:P 为注水压力(终压),MPa；c 为渗透系数随着注水压力增加的指数系数c,=0.1362；w 为水的比重，0.001kg/cm3；q1 为单位注水孔长度、单位煤层厚度、单位时间内 1/2注水量，cm3；经计算约为41 cm3； R 为注水区域半径，cm； a为渗透系数初值,a = 0.0036*2.475exp(-0.004058*H)，cm/h；K为考虑重复湿润、采动裂隙、水的漏失等系数，取1.1。由上式，计算得注水压力约为12MPa ，满足要求。4.2.5 注水超前回采工作面的合理位置注水超前回采工作面位置的确定是注水工作中一个关键的技术问题。注水位置的选择既要考虑顶煤在前方支承压力作用下裂隙的发展变化，又要考虑有足够的时间使注入煤体的水能够充分润湿煤体。相关研究表明，对于综采放顶煤工作面，顶煤在工作面前方的变形具有明显的渐进性和分区性。合适的注水区域应是原生裂隙张开区和裂隙发育发展区，实际的最佳注水位置应根据实测的支撑压力曲线和顶煤位移曲线确定。根据部分放顶煤工作面支承压力分布的实测结果和有关文献的测试结果,制定硬煤、中硬煤和软煤预注水超前工作面的合理位置见表4-1。表4-1 合理注水区域选择参考表项目注水起止位置软煤f1中硬煤12.5开始注水超前工作面/m40-7030-6020-35停止注水超前工作面/m10-208-153-10 本矿井煤层的坚固性系数为2.5，属于中硬煤，并结合注水超前工作面距离经验公式： Lc = Tv/24 + Lt (4-7)式中： Lc 为注水超前工作面距离，m； T 为注水时间，h； v为采煤工作面的推进距离，m/t；Lt为停止注水时，该钻孔与采煤工作面之间的距离，一般取10-20m。则： Lc = Tv/24 + Lt= 2115/24+10=54m ,取60m4.2.6 注水超前时间边采边注时，钻孔从开始注水到工作面推进到该钻孔时的时间即为超前时间，按下式计算： Tc = Lc/v (4-8)代入上述数据，得注水超前时间为12天。5、注水设备的选择5.1 钻机的选择钻机选择的原则是:(1)有合适的钻进深度、钻孔直径、倾角；(2)轻便,易于架设，体积小，重量轻；(3)稳定性好；考虑到本矿井煤层注水具体条件，如钻孔深度65m，钻孔直径75mm等，在目前我国煤矿注水常用的钻孔设备中，选用最大钻孔深度为75m的TXU-75A型油压钻机，该钻机采用机械传动，结构简单，体积小，重量轻，操作方便，性能可靠。表5-1列出了TXU-75A型油压钻机的主要技术参数。表5-1 TXU-75A 型油压钻机的主要技术参数技术参数TXU-75A钻机最大钻孔深度42 钻杆 (m)75钻孔直径终孔 (mm) 75钻孔倾斜角度0360立轴转数 (r/min)112,192,340立轴行程 (mm)400立轴通径 (mm)44立轴最大下顶力 (KN)11绞车提升速度 (m/s)0.22, 0.37, 0.67绞车最大提升能力 (KN)7.5卷筒容绳量 (m)26.8使用钢丝绳直径 (mm)8.8油泵型号YBC-12/80电机型号YB112M-4转数 (r/min)1440功率 (kW)5.5钻机外形尺寸 (mm)12306001185钻机重量 (kg)5005.2 注水泵的选择煤层注水泵大多属于高压力、低流量的往复泵类型。国内最常用的注水泵有5D-2/150型、5BG-2/160型、7BG-3.6/160型、7BG-4.5/160型和5BZ-1.5/80型。根据有关研究结果和国内应用情况,拟选用成都柯尔矿山设备有限责任公司(原四川煤矿机械厂)生产的5D-2/150型或7BG-4.5/160型煤层注水泵。这两种注水泵具有体积小、重量轻、结构简单，便于井下安装使用，以及泵的温升低、声响小、性能稳定等优点。考虑到注水泵的流量不同，会使得煤层注水的时间、注水超前距离等不同，经过简单分析后，决定选用7BG-4.5/160型煤层注水泵，表5-2所示为7BG-4.5/160型煤层注水泵的主要技术参数。表5-2 7BG-4.5/160型煤层注水泵的主要技术参数7BG-4.5/160型煤层注水泵工作压力/MP16流量/m3h-1 4.5柱塞直径/mm52柱塞数量/个7柱塞行程/mm25.1往复次数/次min960吸水管直径/m36排水管直径/m20外形尺寸/mm1577486712重量/kg6685.3 注水封孔器的选择由于橡胶封孔器封孔施工简单、封孔成本低，在煤层完整和钻孔质量较好的条件下，选用河北省衡水广大橡塑制品有限公司或焦作煤业(集团)科研所生产的水力膨胀式胶囊封孔器，这种封孔器由内胶层!增强层、中胶层和外胶层组成。承受内部正向压力下，管体长度缩短，直径变大呈膨胀状态，实现封孔功能。考虑钻机、钻杆和钻头的选取，本设计要求终孔直径75mm，则选用ZFA-45 型或ZFB-45型。在选择封孔器时，要求其有效长度为10m。水力膨胀式胶囊封孔器的规格和主要技术参数见表5-3所示。表5-3 水力膨胀式橡胶封孔器的规格与性能规格内径/mm外径/mm适用孔径/mm膨胀范围/mm自然状态工作压力/MPa工作状态下耐压强度/MP试验压力爆破压力ZFA-45450.860275100+841216-3ZFB-45450.86027580+841216-45.4 注水系统注水系统见图5-1所示。在图5-1中，1为供水管；2为水箱；3为吸水胶管；4为过滤器；5为注水泵；6为单向阀；7为流量表；8为压力表；9为高压胶管；10为分流器；11为截止阀；12为封孔段；13为注水管；14为注水孔。在进行系统配置时,要特别注意相互间的匹配。图5-1 注水系统6、注水施工操作安全技术要求和效果监测6.1 施工操作安全技术要求(1)打注水钻孔、封孔和注水等工作应由专人负责。(2)装钻机和注水泵前，首先检查安置地点的安全情况，若存在安全隐患，应在隐患处理好后再进行安装。(3)根据设计规定打注水孔，包括高度、间距、水平转角、仰角、深度等。(4)严格封孔长度和封孔质量。(5)按确定的注水参数和注水标准实施注水，达到设计注水量，上下巷道煤壁出现大面积水珠渗水，或注水压力达到或超过5MPa持续1小时。(6)若采用并联注水时,一次注水两个孔。为使各孔注水量平衡，应尽量采用分流器连接各注水孔；如果无分流器，应将注水泵安设在几个注水孔中间，尽可能缩小各注水孔之间的压力差。如发现某一孔泄水，即该孔流量急剧增大，要及时停止这一钻孔的注水。(7)泵的出水口处应安设三通，使出水管同注水管和回水管相连。在回水管上安装安全阀，设定安全阀开启压力为10MPa。(8)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，上井后整理好，记入台帐。(9)注水泵启动前，要认真检查连接装置、封孔器、高压水表、分流器的连接牢固情况和吸水管头滤网的完好情况，发现问题