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文档简介
1、12煤矿综合机械化采煤面放顶煤工作面防尘供水设计1、 设计条件概述矿井煤层倾角为1-3,平均为2,为近水平煤层。煤层平均厚14.2m,赋存稳定。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。工作面长度为150m,采用综合机械化放顶煤开采。具体工作面情况如下表所示: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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、.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
8、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
9、、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
10、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。二、矿井粉尘的危害矿尘的危害性极大,其危害性是多方面的。矿尘的危害性大小与矿尘的分散度、游离二氧化硅含量和矿尘物质组成有关。一般随着游离二氧
11、化硅含量的增加、含硫量的增加,矿尘的危害增大。在不同粒径的矿尘中,呼吸性矿尘对人的危害最大。其主要危害有以下方面:1)污染工作场所,危害人体健康,甚至尘肺病和皮肤病;长期吸入大量的矿尘会形成许多职业病,如尘肺病、煤肺病、矽肺病和煤矽肺病。尘肺病是长期大量吸入微细矿尘而引起的一种慢性职业病,在煤矿里是目前危害最大的一种职业病,一旦患病很难治愈,而且发病缓慢病程较长。2)降低工作场所的可见度,使工伤事故增多;3)尘在一定的条件下还可以发生爆炸,酿成严重的灾害; 4)加速机械的磨损,缩短精密仪表的使用时间。2.1防治矿井粉尘的措施对于矿井粉尘的防治,本设计采取了综合防尘措施和个体防护措施:1)采掘工
12、作面、运煤转载点,煤仓上口等易产生粉尘的地点应该设置喷雾降尘装置;2)井下设有完善的防尘喷水系统;3)个体防护:为井下采掘工人每人配备安全送风防尘口罩及防尘安全帽,为风钻、风镐和锚喷工人配备压风呼吸器,做好个人的粉尘防护工作;4)粉尘监测:矿井配备专职防尘人员和粉尘采样器、粉尘预捕集装置、呼吸性粉尘采样器、测定仪等设备及粉尘化验室,在矿井建设和生产期间及时对井下粉尘进行监测和化验;5)通风除尘:确保采掘工作面合理通风,防止悬浮粉尘过量积累;6)定期清扫、冲洗井下巷道中聚集的煤尘,并在主要巷道周壁刷浆;7)所有综采放顶煤工作面都配备了煤层注水设备;8)掘进巷道、主要回风大巷都必须安装风流净化水幕
13、,水幕雾化要好,能封闭全断面;9)采煤机和综掘机都采用内、外喷雾,放顶煤支架架间采用喷雾降尘。10)岩巷掘进采用湿式凿岩、放炮喷雾等措施;11)在长壁工作面回风顺槽、回风大巷、总回风巷、风硐及辅助运输大巷和胶带输送机大巷中设置风速传感器,监测各巷道风速,严格控制风速超限;12)经常检测风流中的粉尘含量,定期清扫和冲洗巷道周壁、支架上的粉尘,防止粉尘积存或飞扬三、煤层注水设计矿井防尘主要从两个方面入手,防止矿尘的产生和除尘。防尘的一般措施为煤层注水,即在煤层开采之前利用钻孔注入压力水预先湿润煤体,当水进入各种裂隙后,既预先湿润了原生煤尘,又可包裹整个煤体,在回采及整个生产流程中具有连续防尘的作用
14、。除尘的一般措施是喷雾洒水,即利用湿式除尘原理,其除尘方法效率一般在9099%以上。3.1煤层注水设计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。
15、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。3.2钻孔布置参数3.2.1注水钻孔布置要求钻孔应该布置在工作面回风道中,需符合以下要求:沿煤层的走向和倾向大致被普遍湿润;要使得煤体普遍湿润,不能出现大的湿润区;力求钻孔不穿透顶板,以确保煤层的湿润性能;打钻时应掌握好钻孔开眼角度,以免将孔穿入顶板;在打钻的过程中钻机往复运动存在一个自由程,钻孔的位置选择在距底板0.8m1.0m左右。钻孔工程量尽量的少,但不能因间距大而拖长注水时间;如遇地质构造,打钻时应注意调整距离,避开构造;采用随采随注,超前工作面一定距离进行注水工作。在
16、准备工作面掘进完毕,回采前的一段时间内进行注水工作,不与采掘工作相干扰,有充分的注水时间,使煤体湿润充分。3.2.2钻孔布置概述在进、回风巷对打,使用长孔注水技术。由于煤层坡度较小,从进风巷与回风巷打孔参数一致。每个钻场施工3个注水孔。相邻钻场距离为20m。1钻孔直径孔径大小与煤的硬度、注水流量、封孔技术和钻机类型有关。本设计孔径=65mm。2钻孔长度注水钻孔深度取决于工作面长度、煤层透水性及湿润范围、钻孔方向和注水方式。在相同的地质条件下要获得相同的湿润效果,上向孔比下向孔要深些,单向孔比双向孔要深些,远间距细孔比近距离粗孔要深些。矿井可采煤层均为软煤层,且采用静压注水,因此,孔深可按下式计
17、算: (5-1)式中:钻孔长度,m;工作面长度,m;本矿取150;与煤层透水性和钻孔方向有关的参数,透水性弱的下向孔取 20m,透水性好的下向孔取(1/32/3)L1。本矿取80m。因此矿井注水钻孔长度为1508070m上排注水孔距底板1.5 m,中间注水孔位于打钻帮中间,钻孔上扬约10,长度约66 m(以钻场实际顶煤厚为准,注水孔打到煤岩交接处),两侧的注水孔与中间钻孔相距1.5 m,与中间孔夹角17。,长度68m,两钻场相邻钻孔终孔位置相近约15m。3钻孔长度注水钻孔深度取决于工作面长度、煤层透水性及湿润范围、钻孔方向和注水方式。在相同的地质条件下要获得相同的湿润效果,上向孔比下向孔要深些
18、,单向孔比双向孔要深些,远间距细孔比近距离粗孔要深些。钻孔中间孔长度66m,两侧孔长68m。同时,钻孔深度需要根据现场地形及煤层倾角变化情况加以调节。4钻孔间距 一般钻孔间距取2倍的湿润半径。湿润半径与煤体自身性质、注水压力、注水时间都有关系。为了使煤体湿润起到最大效果,本设计钻孔间距定为20m。5封孔深度及封孔方法封孔深度一般为210m,本设计取3。选用ZZY-501型水力压缩式自动封孔器封孔,使用自动封孔器封孔注水时,封孔器放入钻孔口内,封孔器外接高压胶管,再连接注水系统即可。6钻孔距工作面距离考虑到工作面开采时集中采动压力的影响,距工作面最近一排钻孔应处于动压之外,根据该矿实测结果,选择
19、距工作面最近一排钻孔为40m。7封孔深度封孔的深度一般通过试验和生产实践来确定,在我国煤矿封孔一般深度为2.510m,根据本矿煤层的地质条件,初期暂时确定为8m,投入生产后根据生产实践再做具体调整。8封孔方式封孔方式一般分为封孔器封孔和水泥封孔两种。根据本矿条件和采用的注水钻孔布置方法等,可确定采用水泥封孔方式。9钻孔设备矿井在达产时,配备了一个综采工作面,并配备了4台MYZ-150型地质钻机,其中两台使用,两台备用,该钻机钻杆直径为42mm,终孔直径65mm,开口直径78115mm,电机功率15kW,是可以满足煤层注水的施工需要。5.3注水量(1) 单孔注水量:由经验公式式中:单孔注水量,m
20、3富余系数,取1.2注水孔附近煤厚,取平均值12.85m注水孔间距,20m注水孔长度,67m水的密度,1g/cm3吨煤注水量,取0.03m3/t算得=620m3(2)a管路(包含三根管)注水量 qa=3620=1860m。5.4注水流量取经验值,约0.3m3/h5.5注水时间在实际操作中,应以把湿润范围内煤壁出现均匀的“出汗”渗水作为煤体已全面湿润的标志,并以此作为控制注水时间的依据,调整注水设计时间,一般每天注水20h,应在工作面回采前30天完成。(小流量、小压力、长时间连续均匀注水是关键)。 1)注水超前时间小流量长时间注水对煤层的湿润效果最好,因此,每个钻孔必须在静压状态下连续注水至少3
21、0天以上; 2)超前距离第一个钻孔开始注水时,该钻孔与采煤工作面煤壁之间的距离即为超前距离,按下式计算:hc=hg+ht式中:hc为超前距离,m; hg为在注水时间内采煤工作面的推进距离,m hg=v*tv为采煤工作面的推进距离,m/t; t为注水时间,d;ht为停止注水时,该钻孔与采煤工作面之间的距离,一般取20m。若v=7m/d,t=30d,ht=20m。则超前距离hc=230m。(6)注水效果煤层注水防尘效果主要表现为采煤时空气含尘量的下降,一般短孔注水的除尘效果为4090,而长孔注水的除尘效果为6090。6.操作注意事项6.1打钻孔工作(该工作面采用TSU75A型钻机凿孔):(1)孔位要设计好距离并选择在顶、帮良好之处,对施工地点要进行妥善维护,否则不得进行打钻施工。(2)打钻孔人员应熟悉工作面地质情况,并经常观察工作面及施工地点的煤层变化情况,以
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