3第三章 煤层注水设计

第三章煤层注水设计

第一节设计基础资料和主要内容

一、设计基础资料

1.煤的物理机械特征(煤的透水性、原始水分、孔隙率、湿润边角、硬度、裂隙发育情况、煤的饱和含水率)、顶底板的物理力学性质(透水性、孔隙率、硬度、自然含水率、饱和含水率)、煤尘爆炸指数。

2.煤的赋存条件，包括倾角、厚度、构造及稳定性等。

3.矿井开拓系统、采区巷道布置及采煤方法。

4.工作面产量、推进度、通风方式，进、回风巷几何尺寸和支护形式。

5.水源及供水系统。

二、煤层注水设计主要内容

1.煤层注水方式选择。

2.煤层注水工艺及参数计算。

3.煤层注水设备及供水管径的选择。

4.绘制煤层注水系统图。

5.编写煤层注水设计说明书。

三、煤层注水设计应注意的问题

1.煤层厚度小于0．6m时，不宜注水。

2.煤层孔隙率小于4％时，其透水性接近于零，此时不宜注水。

3.煤层孔隙率大于或等于40％时，煤层成为多孔均质体，天然含水率已达1，此时已无需注水。

4.煤层湿润边角θ≥90°时，为不可湿润煤体，注水防尘效果不好。

5.长孔注水，孔长不能小于待注水煤层工作面倾斜长的2／3。

6.应有比较充裕的注水时间。

第二节煤层注水方式及其选择

一、煤层注水方式

煤层注水方式是指钻孔的位置、长度和方向。我国目前使用的注水方式有长孔注水、短孔注水（浅孔注水），深孔注水和巷道钻孔注水四种方式。

1.长孔注水

在采煤工作面前方的进风巷，或回风巷沿煤层倾斜方向平行于煤层工作面打钻。长孔注水分为单向和双向长孔注水两种形式，如图3―1所示。

2.短孔注水(浅孔注水)

沿采煤工作面与煤壁垂直或或斜交打钻孔孔注水,孔长一般为2m ～3.5m ，如图3―2a 所示。

3.深孔注水

沿采煤工作面、垂直工作面煤壁打孔,孔长一般为5～25m ，如图3―2b 所示。

4.巷道钻孔注水

由上邻近煤层的巷道向下煤层打钻注水或由底板巷道向煤层注水,在一个钻场可打多几个垂直于煤层或扇形布置方式的钻孔,通过钻孔进行注水，如图3―3所示。

二、注水方式的选择

长孔注水是一种先进的注水方式，钻孔能湿润较大区域的煤体，获得较长的注水时间，煤体湿润均匀，采、注无干扰，所以为各国广泛采用。缺点是打长钻孔的难度大，定向打钻困难，对地质条件的适应性差。

短钻孔注水适用于煤层赋存不稳定、地质结构复杂、煤层薄、产量较低的采煤工作面，或者工作面顶、底板为易吸水膨胀岩性时。由于短孔注水压力低，所以其工艺装备简单，具有较大的适应性和灵活性。缺点是钻孔数量多，湿润范围小，钻孔长度短，易跑水；由于注图3―1 长孔注水示意图

（a ） 上向孔； （b ）下向孔 ；（c ）双向长钻孔注水方式示意图

1－回风巷；2－开切眼；3－运输巷

图3－3巷道钻孔注水示意图

1－巷道；2、3－钻孔；4－上煤层；5－下煤层

3－2 短孔、深孔注水方式示意图

a －短孔

b －深孔

1－回风巷；2－运输巷

水必须在准备班进行，容易与回采作业发生矛盾，对生产能力高的工作面不适用，加上降尘效率不如深孔和长孔注水，所以正规工作面已较少采用。

深孔注水钻孔较长，要求煤层赋存稳定。它可适用于各种工作面顶、底板状态。与短孔注水比较，其钻孔数量少，湿润范围大且均匀，降尘效果较好。但它对注水压力要求较高，注水工艺装备较复杂，而且采用这种方式的前提是作业循环中要有准备班。

巷道钻孔注水费用高，尽管可以小流量长时间注水，注水效果好，但采用较少。

第三节注水工艺及参数确定

一、长孔注水工艺及参数确定

1. 钻孔直径

钻孔直径主要由钻机、钻杆直径所决定。我国采用岩石电钻打孔时，孔径一般为45mm 左右，用钻机打钻时，孔径为53～60mm，少数大于70mm。

在孔径选择时，要考虑煤的硬度、破碎情况、封孔技术及注水量等因素。通常，如果煤的硬度大、注水量大、封孔技术好孔径可取较大一些，反之宜取较小的钻孔直径。根据我国目前统配煤矿注水实情，钻孔直径均在45～75mm之间。

2.钻孔长度

单向钻孔注水时孔长的计算。

L＝L l—M (3-1) 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，透水性弱的煤层上、下向孔，M均取20m；对透水性强的煤层，上向孔取M≥20m，下向孔M＝(1／3～2／3)L1。

根据我国的注水经验，钻孔长度为30～100m，即工作面长度的1／3～9／10的范围。

3.钻孔间距

在实际注水中，合理的钻孔间距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，设计时可按15～20m考虑。

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，以免穿透顶底板；考虑到钻杆的下沉，开口位置宜靠近煤层上部；煤层有夹矸时，应使钻孔穿透夹石，以使各自然分层均被湿润。

5.封孔深度

封孔深度一般通过试验和生产实践确定，我国煤矿封孔深度一般为2．5～10m。

6.封孔方式

煤层注水是通过密封在钻孔内的注水管将水注入钻孔并渗入煤体。封孔即把注水管封在钻孔内。封孔方法有两种，即水泥砂浆封孔和封孔器封孔。

(1)水泥砂浆封孔

这种封孔方式的具体操作及注意事项如下：

a.注水管

机采工作面注水应采用外径为25 mm、壁厚为2．5mm，或外径为20mm、壁厚为2mm的聚氯乙烯硬管作为注水管。管长2m，管与管之间通过用同类材料制成的接头连接起来。最后一根注水管，应采用相同直径、长为0．8m的钢管。当注水压力较高并采用SLB--1型水泥砂浆封孔泵向钻孔注入水泥砂浆时，为确保塑料注水管能被水泥砂浆均匀地包裹起来，使其具有可靠的耐压强度，可在管的一端，距端头200mm处圆周上焊上塑料板条或黏上木条以