煤层注水设计方案

***煤层注水设计方案

一、煤层注水设计依据

煤层注水是减少采煤工作面粉尘产生的最基本、最有效的措施。通过煤层注水一般除尘率可达60-80%，煤层注水通过钻孔，将压力水注入煤层中，使煤层得到预先湿润，增加煤体的水分，减少采煤时粉尘产生量的一种技术措施。

井田内各煤层的物理性质基本相同，表现为黑色、黑褐色，条痕为棕黑色、黑褐色，沥青－玻璃光泽，普式硬度一般为2-3，有一定的韧性，参差状、贝壳状断口，视密度1.31-1.53t/m3，内生裂隙较为发育。

各层煤的宏观煤岩特征相近，宏观煤岩组分以亮煤为主，次为暗煤、镜煤，局部见有丝炭。宏观煤岩类型主要为半亮型和半暗型，光亮型次之，少量暗淡型。煤层主要为线理状、条带状结构，层状构造，有时也可见均一状结构，块状构造。

13号煤层的直接顶板多为砂质泥岩，一般厚6m，顶板砂岩的抗拉强度0.9~2.0MPa，抗压强度97.6~122.4MPa；顶板泥岩的抗拉强度3.3~4.9MPa，抗压强度39.6~49.3MPa。

从上分析可知，煤层较为松软，机采将产生煤尘的量较大，而煤层的内生裂隙较为发育，适宜采用煤层注水防尘。

二、注水工艺、参数及设备

1、注水方式的选择

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注水方式。

根据本矿煤矿层赋存的特点，采区巷道的布置方式、采煤方法等情况，并借鉴邻近生产矿井的实际经验，设计采用长孔注水方式，结合采煤工作面长度、煤层厚度，考虑钻机设备性能和煤层注水效果，注水方式采用单向钻孔布置，即在工作面回风顺槽中平行于工作面向煤体打长孔钻孔注水，钻孔均沿煤层均匀布置，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內，以免穿透顶底板，钻孔口布置在巷道中距底板1.5m左右处。

2、注水参数的确定

注水参数主要是注水钻孔的参数，即注水压力、孔径、孔深、间距、倾角、封孔长度和方式等。

注水压力高低取决于煤层的透水性强弱（透水性强的煤层，注水压力低；透水性弱的煤层，注水压力高），还与钻孔的注水流量有关。常采用调节钻孔流量的方法控制注水压力，使其不超过地层压力。

H…γP>P Z

式中：H…—注水煤层上方覆盖的岩层厚度，m；取200m；

γP—上覆岩层的平均密度，kg/m3；取2.5；

P Z—注水压力；bar；

选取本矿井煤层注水压力为5Mpa。矿井投产后再按实际需要进行调整。

钻孔直径：孔径大小与煤的硬度、要求的注水量、封孔技术和钻具条件有关。设计采用MYZ-200型液压钻机打孔，孔径65mm。

钻孔长度：钻孔长度本设计工作面长度为150m，单向钻孔长度为120m。

钻孔间距：钻孔间距可根据煤层的湿润半径来计算，孔深时，孔距要大些；孔浅时，孔距要小些，合理的孔间距一般通过实践来确定，根据经验一般按10~20m考虑，根据矿井的实际经验，钻孔间距取20m。

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，生产中应根据煤层节理发育程度选择采用垂直钻孔还是倾斜钻孔，以使节理面尽量与钻孔垂直。

封孔方式和封孔深度：封孔方式分为和封孔器封孔两种，根据确定的注水方式和煤层特征，设计选用水泥封孔方式，水泥砂浆封孔泵型号为SLB-Ⅱ型。封孔深度一般通过试验和生产实践确定，封孔深度暂按4m考虑，采用水泥砂浆封孔。矿井投产后再按实际需要进行调整。

3、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，因本矿地面水池与煤层的高差不大，静压差较小，鉴于本矿井煤层注水钻孔较大，所需注水压力较大，设计选用动压注水系统。注水泵型号为7GB-4.5/160，注水泵流量4.5m3/h，压力16MPa。

注水时间一般为11天左右，注水效果和注水时间以实际注水效果衡量，通过快速水份测定仪进行测试，注水工作避免与回采工作面相互干扰，注水需超前工作面回采时间一般为1～1.5个月。本设计同时4个孔注水，即采用了多孔动压长孔注水工艺系统。

4、注水的压力、速度、单孔注水量、时间的确定

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。

钻孔单孔注水量按下式计算：

Q=B·L·M·γ·（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150m；

M—煤层厚度，13号煤层厚度12.05m；

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，13号煤层为2.04%；

K—考虑围岩吸收水分，水的漏失和注水不均匀系数，取1.4。

则：Q=20×150×12.05×1.42×（4%-2.04%）×1.4=1408.6m3

5、矿井日注水量

每个工作面日注水量按下式计算：

Q日=K1·G·（W1-W2）

式中：

Q日—矿井日注水量m3；

K1—注水系数，取1.6；

G—矿井计划注水回采工作面日产量2727t/d。

Q日=1.6×2727×（4%-2.04%）=85.5m3

6、注水流量（或注水速度）与注水时间

单孔注水流量按4.5m3/h考虑，注水时间为85.5/4.5=19h，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2-3d。

7、注水设备及仪器

煤层注水钻机：MYZ-200型，1台；

煤层注水泵：7GB-4.5/160，2台；

等量分流器：DF-3型，4个；

夹布压力胶管（与泵配套）20m；

冷拨无缝钢管（与泵配套）120m；

高压钢丝编织胶管（与泵配套）100m；

弹簧式压力表：4个；

水泥砂浆封孔泵型号为SLB-Ⅱ型，1台；

高压闸阀：JBH-160III，4个；

快速接头：K型，20个；

安全阀：1个；

高压注水表：DC-4.5/200型，2个；

内螺纹升降止回阀：H41H-160 型，1个；

钢制三通：4个；

叶轮湿式水表：1个；

便携式快速水分测定仪：WM-A型，1个。

8、煤层注水水源

煤层注水水源取自井下消防洒水系统，从回采工作面回风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，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。