煤层注水设计方案
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***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
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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。
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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;