9301综放工作面煤层注水方案.doc

9301综放工作面煤层注水方案设计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=12,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27，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=3.63.0m，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017，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=4.03.0m，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35004000t；月推进度为90100m，月产量为85000100000t。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1022，平均14。9301工作面煤层赋存稳定，仅工作面东部存在0.21.0的夹煤层厚度为4.05.3m，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#正断层其性质为：24075，H=7m；在8#导线点前26m处揭露了#正断层其性质为：23740，H=3m；在10#导线点前18m，揭露了#正断层其性质为：22045，H=1.0m；31#导线点前15m揭露正断层其性质为：25070，H=3.5m；32#导线点前6m处揭露正断层其性质为35070H=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：15070，落差大于10m；在25#导线点前6m处揭露了正断层其性质为：11050，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#240757m正断层影响较大#237403m正断层影响较大#220451.0m正断层影响不大#250703.5m正断层影响较大#350702.0m正断层影响不大#110504.5m正断层影响不大DF4015070大于10m正断层影响较大DF387003m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40 m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35Mpa，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1025m，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510mm，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25的高压胶管，接入分流器，分出三支10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35Mpa。（3）单孔注水量单孔注水量（按水分增加值计算）：Q=KLBh(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；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=KLBh(W1-W2) =1.198154.51.38(0.04-0.0272) =128.5m（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/hm，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，m； V注水流量，m3/hm； l钻孔长度，m。T=Q/(V*l) =128.5/(24*0.0075*70) =10.210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Q=6Q/10=6128.5/10=77m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)-( G2-G1)/( 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； G2、G1分别为实施煤层注水