船窝煤矿20101工作面煤层注水设计

李国才

(山西省煤炭规划设计院，山西 太原030045)

1 问题的提出

兼并重组后的山西曙光船窝煤业有限公司矿井， 生产能力1.20Mt/a，采用斜立井开拓，2 号煤层采煤方法为长壁综采放顶煤采煤法，全部垮落法管理顶板,矿井为低瓦斯矿井，2 号煤层煤尘有爆炸危险性， 属Ⅱ-Ⅰ级自燃煤层。 为有效改善20101 综采工作面的作业环境，提高生产效率，遏制煤尘事故发生，决定对20101 综采工作面实施煤层注水，特编写20101 综采工作面煤层注水设计。

2 工作面概况

20101 工作面倾向长度为660m，工作面长度为165m，可采长度为610m， 煤层倾角为3～5°， 煤层厚度4.56～7.12m， 煤层平均厚度为5.85m，工作面煤层赋存平稳，节理发育。

3 工作面构造

工作面构造总体上为走向NE，倾向NW 的单斜构造。局部为缓波状起伏背向斜，煤层倾角3°～5°，构造简单。 没有发现断层、陷落柱，无岩浆岩侵入。 2 号煤层有爆炸危险性。

4 设计目的

有效减少20101 综采工作面在回采过程中的产尘量，降低工作面的粉尘浓度，提高作业场所能见度，改善工作面的作业环境，防止职业病的发生，从根本上杜绝粉尘危害、防止煤尘爆炸。并为20101 综采工作面回采过程中的瓦斯治理创造良好的条件、奠定坚实的基础。

5 注水钻孔参数的确定

根据采区巷道布置和采煤方法，结合煤层赋存特征，回采工作面煤层注水采用工作面超前动压注水工艺，设计中选用较先进的深孔煤层采前注水方式。 采用单向钻孔布置，即在工作面轨道顺槽中平行于工作面向煤体打长钻孔注水，钻孔沿煤层均匀布置，钻孔口布置在巷道中距底板1m 左右处。 作业方式：边钻边注水。

5.1 注水参数的确定

1）钻孔直径：钻孔选用MYZ～200 型液压钻机，开孔直径115～87mm，终孔直径65mm。

2）钻孔长度：根据煤层节理裂隙发育情况、工作面长度、注水时间和注水压力、注水钻机能力，确定单向钻孔长度为145m。

3）钻孔间距：钻孔间距根据煤层的湿润半径计算，孔深时孔距大，孔浅时孔距小。 合理的钻孔间距一般通过实践来确定，根据经验一般按10～20m 考虑，设计确定为20m。

4）钻孔角度：钻孔角度原则上与煤层角度基本一致，使钻孔始终保持在煤层内。生产中根据煤层节理发育程度选择采用垂直钻孔或伪倾斜钻孔，以使节理面尽量与钻孔垂直。

5）封孔深度：封孔深度一般通过试验和生产实践确定，为2.5～10m。 设计暂按按10m 考虑,待矿井投产后再按实际需要进行调整。

6）封孔方式：封孔方式分为水泥封孔和封孔器封孔两种，根据确定的注水方式和煤层特征，设计选用水泥砂浆封孔方式，选用SLB-Ⅱ型水泥砂浆封孔泵，流量0.5m3/h，压力1.0MPa。

5.2 注水系统的选择

注水系统分为静压注水系统和动压注水系统，鉴于本矿井煤层注水钻孔较大，注水压力较大，设计选用动压注水系统。 注水泵型号为KBZ-100/150，注水泵流量6m3/h，压力15MPa。

煤体注水后，煤体水分应达到4%左右，注水效果和注水时间以实际注水效果衡量，通过快速水分测定仪进行测试。 注水工作超前工作面回采1 个月完成。

5.3 注水的压力、速度、单孔注水量、时间的确定

5.3.1 注水压力

该矿煤层注水采用动压注水。注水参数应考虑煤层裂隙、层理、节理及透水性等因素,由注水泵站调整煤层注水压力。

5.3.2 单孔注水量

1）单向钻孔注水时孔长的计算

L=L1－M

式中:

L—钻孔长度，m；

L1—工作面长度，m；

M—与煤层透水性和钻孔方向有关的参数，20m。

则L=L1－M=165－20=145m

2）钻孔间距

钻孔间距可根据煤层湿润半径计算，按经验取20m。

3）钻孔注水量按下式计算：

Q=BLMγ(W1－W2)K

式中：

Q—一个钻孔注水量，m3；

B—孔间距20m；

L—工作面长度165m；

M—煤层厚度，5.85m；

γ—煤容重，1.42t/m3；

W1—注水后要求达到的水分取4%；

W2—煤层原有水分，2 号煤层0.28%；

K—考虑围岩吸收水分，水的漏失和注水不均匀系数，取1.5。

则：Q=20×165×5.85×1.42×(4%-0.28%)×1.5=152.97m3

5.3.3 矿井日注水量

矿井日注水量按下式计算：

Q日=K1G(W1－W2)

式中：

Q日—矿井日注水量m3；

K1—注水系数，取1.5；

G—矿井计划注水回采工作面日产量3636t/d。

Q日=1.5×3636×(4%－0.28%)=203m3

5.3.4 注水流量(或注水速度)与注水时间

单孔注水流量按6m3/h 考虑, 注水时间为钻孔开始注水至煤体全面湿润为止,注水煤体全面湿润的标志为湿润范围内煤壁出现均匀的“出汗”渗水,注水时间通常为7～10d。

5.3.5 注水设备及仪器

煤层注水钻机：MYZ-200 型，2 台；

煤层注水泵：KBZ-100/150,2 台；

夹布压力胶管(与泵配套)：2×20m；

冷拨无缝钢管(与泵配套)：2×120m；

高压钢丝编织胶管(与泵配套)：2×100m；

快速接头：K 型，2×20 个；

安全阀：2×1 个；

内螺纹升降止回阀：H41H-160 型，2×1 个；

弹簧式压力表：2×4 个；

叶轮湿式水表：2×1 个；

高压注水表：DC-4.5/200 型，2×2 个；

等量分流器：DF-3 型，2×4 个；

高压闸阀：JBH-160III，2×4 个；

封孔器：YPA-120 型，2×4 个；

钢制三通：2×4 个；

便携式快速水分测定仪：WM-A 型，2×1 个。

5.4 煤层注水水源

煤层注水水源取自井下消防洒水系统，从回采工作面顺槽给水管网中接水管至注水泵站，将水注入2 辆移动储水箱内，每个储水箱容积为3m3，由注水泵从移动储水箱吸入加压向煤层注水。

6 安全措施

1）采用多孔并联注水，一次允许注水孔不得超过3 个。 2）注水流量按20L/min 左右，发现煤壁在预定范围内出现水珠后，应停止注水。3）注水如发生异常情况，应立即停止注水，待查明原因，处理完毕后，方可进行正常注水工作。 4）不得随意停注水。

7 煤层注水的降尘效果及其检测

7.1 降尘率计算

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60%～85%。

7.2 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，每周检测1 次，并做好记录进行整理分析，根据分析结果及实际需要对煤层注水参数进行修改。