煤層注水濕潤(rùn)半徑考察報(bào)告

1、#礦 13-1 煤層注水濕潤(rùn)半徑考察報(bào)告一五年三月目錄1 試驗(yàn)?zāi)康?2 概況 12.1 煤層情況 12.2 頂?shù)装迩闆r 12.3煤層其他參數(shù)情況 23 注水試驗(yàn)設(shè)計(jì)23.1試驗(yàn)主要設(shè)備 23.2 鉆孔設(shè)計(jì) 34 注水濕潤(rùn)半徑考察44.1動(dòng)壓注水濕潤(rùn)半徑考察 44.2靜壓注水濕潤(rùn)半徑考察 65 結(jié)論 9#礦 13-1 煤層注水濕潤(rùn)半徑考察報(bào)告1 試驗(yàn)?zāi)康臑楦玫目疾斓V井 13-1 煤層注水濕潤(rùn)半徑，為 13-1 煤層注水相關(guān)技術(shù)參 數(shù)提供可靠設(shè)計(jì)依據(jù)，在13-1煤層121301工作面機(jī)巷距切眼以南20m處巷道 內(nèi)設(shè)計(jì)注水試驗(yàn)鉆孔，開(kāi)展煤層注水試驗(yàn)，分別采取動(dòng)壓和靜壓注水進(jìn)行試驗(yàn)， 對(duì) 13-1

2、煤層的注水濕潤(rùn)半徑進(jìn)行考察。2 概況2.1 煤層情況13-1 煤層位于第四含煤段中部，全區(qū)穩(wěn)定可采。根據(jù)工作面內(nèi)及附近地質(zhì) 勘探鉆孔及風(fēng)、機(jī)、切眼等巷道實(shí)際揭露的地質(zhì)資料分析， 121301工作面 13-1 煤層全層厚度為3.006.20m,平均厚度（含夾矸）為5.00m； 13-1煤層平均 含有一層夾矸，夾矸多為炭質(zhì)泥巖，次為泥巖，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度為00.60m,平均厚度為（最大為0.5m、最小為0.1m） 0.40m；純煤厚平均厚度為（最大為 5.6m、最小2.8m） 4.60m；通過(guò)加權(quán)平均，13-1煤層結(jié)構(gòu)為0.60 （0.40 ） 4.00m。根據(jù) 121301 工作面風(fēng)、機(jī)兩巷以及切

3、眼實(shí)際揭露的地質(zhì)資料，工作面內(nèi)13-1 煤層傾角 415，平均傾角約為 11。在斷層及構(gòu)造影響區(qū)域，煤層局 部?jī)A角變化較大。為避免斷層、構(gòu)造等地質(zhì)因素對(duì)試驗(yàn)造成影響，試驗(yàn)選擇煤 層穩(wěn)定無(wú)地質(zhì)構(gòu)造的區(qū)域進(jìn)行。2.2 頂?shù)装迩闆r1 煤層頂板巖性老頂：中砂巖或粉砂巖；中砂巖呈淺灰白色 ,中粒砂狀結(jié)構(gòu) ,泥、硅質(zhì)膠結(jié) , 顆粒成份以石英,長(zhǎng)石為主，厚度03.25m,平均厚度1.62m，普氏硬度系數(shù) 6.87.8；粉砂巖呈淺灰色 , 硅泥質(zhì)膠結(jié) , 成分以石英 , 長(zhǎng)石為主, 含少量云母巖 屑,水平斜層理，厚度02.35m,平均厚度1.12m，普氏硬度系數(shù)4.8 6.2直接頂：砂質(zhì)泥巖?；疑罨?，砂狀泥

4、質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀,水平層理,巖性硬脆,芯完整,裂隙少，厚度0.701.65m,平均厚度1.25m,普氏硬度系數(shù)4.2 5.3m2煤層底板巖性泥巖、砂質(zhì)泥巖。泥巖呈灰黑 ,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),薄層狀,炭質(zhì)含量較高 ,滑面不發(fā) 育，厚度00.90m,平均厚度0.40m,普氏硬度系數(shù)3.64.1 ;砂質(zhì)泥巖呈深 灰色,含砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu),少量滑面,致密性脆，厚度02.20m,平均厚度0.71m,普 氏硬度系數(shù) 4.25.3。2.3 煤層其他參數(shù)情況121301 工作面 13-1 煤層為黑色,以塊狀為主,局部為碎塊狀,玻璃光澤, 內(nèi)生裂隙發(fā)育,見(jiàn)有鈣質(zhì)黃鐵礦充填,以亮煤為主,暗煤次之,根據(jù)井田內(nèi)鉆 孔煤層取樣測(cè)試資料

5、： 13-1 煤層普式硬度系數(shù)約為 1.6,容重為 1.4t/m3 ;原 煤水份1.85%;灰分 24.82%;全硫平均值為 0.16%;根據(jù) 1 2 1 301工作面掘進(jìn)期 間瓦斯等參數(shù)測(cè)試情況,在 121301工作面機(jī)巷內(nèi)測(cè)試原始瓦斯含量4.4241m3/t,最大瓦斯壓力0.37Mpa煤的堅(jiān)固性系數(shù)f值為0.791.07,煤的 瓦斯放散初速度 X值為2.13.7。根據(jù)中煤科工集團(tuán)在111301工作面取樣 測(cè)試, 13-1 煤的孔隙率為 2.10%。3 注水試驗(yàn)設(shè)計(jì)在121301工作面機(jī)巷距切眼20m處，巷道的東幫和西幫各施工一個(gè)注水試 驗(yàn)鉆孔,分別進(jìn)行動(dòng)壓注水和靜壓注水試驗(yàn)。3.1 試驗(yàn)主

6、要設(shè)備1 動(dòng)壓注水設(shè)備：脈沖式注水泵動(dòng)壓注水時(shí)采用 2BZ40/12 型脈沖式煤層注水泵進(jìn)行注水。其電機(jī)功率11kw,脈沖強(qiáng)度0-12Mpa輸出流量40L/min。2封孔器封孔器為自動(dòng)封孔器，型號(hào)為FKSS-71/5,注水壓力在1-5Mpa,長(zhǎng)度為2.6m，內(nèi)徑為71mm3. 流量計(jì)流量計(jì)量采用SGZ型高壓水表，對(duì)注水流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)顯示注水壓力，SGZS高壓水表流量0.15.0m3/h，壓力可達(dá)25Mpa4. 截止閥及管路注水所用的水源由井下清水管路分流出來(lái)，在分流管路上安裝閥門(mén)控制， 注水管路采用礦用高壓膠皮軟管。動(dòng)壓注水通過(guò)注水泵向煤層內(nèi)進(jìn)行注水，靜壓注水利用管路水壓不經(jīng)過(guò)注 水泵直接

7、注入煤層。3.2鉆孔設(shè)計(jì)1. 動(dòng)壓注水在121301工作面機(jī)巷西幫距離切眼20m處依次向外設(shè)計(jì)4個(gè)鉆孔，其中1 個(gè)注水試驗(yàn)鉆孔，3個(gè)考察鉆孔，1#號(hào)鉆孔用于注水試驗(yàn)，2、3、4#鉆孔進(jìn)行 濕潤(rùn)考察，2、3、4#鉆孔距1#注水孔的距離分別為2、2.5、3m2. 靜壓注水在121301工作面機(jī)巷東幫距離切眼20m處依次向外設(shè)計(jì)4個(gè)鉆孔，其中1 個(gè)注水試驗(yàn)鉆孔，3個(gè)鉆孔考察，5#號(hào)鉆孔用于注水試驗(yàn)，6、7、8#鉆孔進(jìn)行 濕潤(rùn)考察，6、7、8#鉆孔距5#注水孔的距離分別為3、4、5m3. 鉆孔參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)區(qū)域煤層角度，鉆孔沿煤層傾向施工，動(dòng)壓注水鉆孔迎角10施工，靜壓注水鉆孔俯角10施工，動(dòng)靜壓注水鉆

8、孔均采用孔徑 75mm鉆孔深 度50m采用自動(dòng)封孔器，封孔深度3m動(dòng)靜壓注水考察鉆孔與分別與動(dòng)靜壓 注水鉆孔保持一樣的施工角度，開(kāi)孔在煤層中間位置，考察鉆孔直徑 94mm深度30m在注水結(jié)束后分別在設(shè)計(jì)位置施工考察鉆孔取煤樣，送實(shí)驗(yàn)室測(cè)定 煤樣的含水量。表1 注水鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表孔號(hào)方位角()傾角()孔徑(mm孔深(m鉆孔間距(m)備注1#292.81075500動(dòng)壓注水孔2#292.81075/94302考察孔3#292.81075/94302.5考察孔4#292.81075/94303考察孔5#112.8-1075500靜壓注水孔6#112.8-1075/94303考察孔17# 2112.8

9、-1075/94304考察孔8# 1112.8-1075/94305考察孔50m20m01工作面50m1#30m2m4.注水參數(shù)3#4#0 5m3m 30m5#1mr匚圖i煤層注水示意圖煤層機(jī)巷注水參數(shù)主要是指注水壓力、注水速度、注水量和注水時(shí)間。注水量 或煤的水分增量是煤層注水效果的標(biāo)志，本次試驗(yàn)分別采用動(dòng)壓注水和靜壓注 水的方式，動(dòng)壓注水采用2BZ40/12型脈沖式煤層注水泵，注水壓力控制在2.53.2 MPa左右，注水時(shí)間控制在4個(gè)小時(shí)。靜壓注水采用清水管路自注,通過(guò)安設(shè)壓力表和流量計(jì)計(jì)量壓力和流量，注水時(shí)間7天4注水濕潤(rùn)半徑考察4.1動(dòng)壓注水濕潤(rùn)半徑考察1.煤層動(dòng)壓注水實(shí)施情況根據(jù)設(shè)計(jì)

10、，2015年2月13日早班在121301工作面機(jī)巷距離工作面切眼20m處施工動(dòng)壓注水鉆孔，在鉆孔施工至 30m深時(shí)，通過(guò)取芯鉆桿采取煤樣送 化驗(yàn)室測(cè)定煤層原始水份，鉆孔最終施工深度50m，施工完畢后，安裝動(dòng)壓注水泵和注水管路及壓力表、流量表等相關(guān)附屬裝置，采用礦用高壓軟管，利用 自動(dòng)封孔器封孔后開(kāi)始進(jìn)行煤層注水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量數(shù)據(jù)，注水時(shí)間4個(gè)小時(shí),注水壓力3.0MPa,注水量共計(jì)7.9m3,平均注水流量1.98m3/h。煤層動(dòng)壓注水 實(shí)施數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表2。表2 煤層動(dòng)壓注水實(shí)施數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表鉆孔鉆孔長(zhǎng)孔徑封孔深注水時(shí)注水壓力注水流量注水編號(hào)度(m)(mm)度(m)間(h)(MPa)3(m /h)量(m

11、3)1507534.031.987.92 煤層動(dòng)壓注水考察動(dòng)壓注水結(jié)束按照設(shè)計(jì)位置分別在距注水孔 2m 2.5m、3m的位置施工考察 孔，考察孔深30m采取煤樣送化驗(yàn)室測(cè)試煤樣的水份含量，通過(guò)注水后的煤 層的水份含量與煤層原始水份含量的對(duì)比，分析煤層動(dòng)壓注水后的注水濕潤(rùn)情 況，從而確定動(dòng)壓注水的濕潤(rùn)效果。動(dòng)壓注水水份測(cè)試結(jié)果如表3所示：3.4100.0080.0079.0960.0040.0020.00、率加增份水表3 動(dòng)壓注水水份含量分析表孔號(hào)J4距注水孔 距離(m注水前水份Mad(%)注水后水份Mad(%)注水后水份 增加量(%注水后水份 增加率(%2.622.23.941.7479.09

12、342.52.23.020.8237.274.232.22.450.2511.363.8根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，煤層注水的效果與煤層的含水量有直接的關(guān)系，一般認(rèn)為，煤 體的水份增加 1%才有較為明顯的降塵效果，考慮到 AQ1020-2006 煤礦井下粉 塵綜合防治技術(shù)規(guī)范要求，注水總量應(yīng)使鉆孔預(yù)先濕潤(rùn)煤體的平均水份含量大 于或于 1.5%，因此，本次試驗(yàn)濕潤(rùn)半徑的考察以注水鉆孔為中心，周?chē)后w的 水份增加 1.5%的界限確定為濕潤(rùn)半徑。動(dòng)壓注水完畢后，按照設(shè)計(jì)對(duì)注水后煤層采取煤樣進(jìn)行水分測(cè)定分析，測(cè) 試結(jié)果如表 3 所示，通過(guò)對(duì)測(cè)試煤層含水量變化分析，可以看出， 2#考察孔煤 樣的含水量比煤層原始含水量有明

13、顯的增加，含水量達(dá)到 3.94%，比原始含水 量增加 1.74%，相對(duì)煤層原始含水量，增加率達(dá)到 79.09%；注水后 3#考察孔煤 樣的含水量也有增加，含水量達(dá)到 3.02%，比原始含水量增加 0.82%，相對(duì)煤 層原始含水量，增加率達(dá)到 37.27%；4#考察孔距離注水孔最遠(yuǎn)，通過(guò)表 4 數(shù)據(jù) 可以看到，煤樣的含水量變化很小。根據(jù)煤層動(dòng)壓注水含水量變化趨勢(shì)圖和含 水量增加率變化曲線圖可以看到，從 2#鉆孔到 3#鉆孔煤樣的含水量均比煤層原 始含水量增大，距離注水鉆孔越近含水量及含水量增加率越大，隨著與注水鉆 孔距離的加大，煤樣含水量及含水量增加率均下降的較快；通過(guò)圖 2、圖 3 可 以看到

14、在 3#至 4#鉆孔之間煤層的含水量及含水量增加率的曲線變的較緩，表明 從 3#鉆孔向外煤層水份已經(jīng)變化不大，注水效果已經(jīng)很小。根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合 13-1 煤層空隙率等情況，按照煤層的含水量增加 1.5%來(lái)考察煤層的濕潤(rùn)半徑，在上述條件靜壓注水的情況下，煤層濕潤(rùn)半徑為 2.0m。試驗(yàn)表明，煤層含水量隨著距離注水鉆孔的距離越近，注水效果越好，隨 著與注水鉆孔距離的增加，注水效果逐漸降低，當(dāng)達(dá)到一定的距離后，注水將 不再有效，在采用低壓 3MPa 的注水壓力，動(dòng)壓注水的情況下，持續(xù)不間斷的 注水 4 個(gè)小時(shí)，煤層濕潤(rùn)半徑為 2.0m。4.2 靜壓注水濕潤(rùn)半徑考察1煤層靜壓注水實(shí)施情況2015

15、年2月14日早班在121301工作面機(jī)巷巷道東幫距離工作面切眼 20m 處施工靜壓注水鉆孔，在鉆孔施工至 30m深時(shí)，通過(guò)取芯鉆桿采取煤樣送化驗(yàn) 室測(cè)定煤層原始水份，鉆孔最終施工深度 50m施工完畢后，通過(guò)高壓軟管與 巷道內(nèi)的清水管路相連，在管路上提前安裝壓力表、流量表等相關(guān)附屬裝置， 利用自動(dòng)封孔器封孔，通過(guò)管路內(nèi)的靜水壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔內(nèi)的連續(xù)、小流量的 注水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量數(shù)據(jù)，注水時(shí)間164小時(shí)（約7 天）,注水壓力1.1MPa 注水量共計(jì)65.6m3,平均注水流量0.4m3/h。煤層靜壓注水實(shí)施數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表4。表4 煤層靜壓注水實(shí)施數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表鉆孔鉆孔長(zhǎng)孔徑封孔深注水時(shí)注水壓力注水流量注水編號(hào)

16、度(m)(mm)度(m)間(h)(MPa)3(m /h)量(m3)5507531641.10.465.62 煤層靜壓注水考察煤層靜壓連續(xù)注水7天，注水結(jié)束按照設(shè)計(jì)位置分別在距注水孔 3、4、5m 的位置施工6#、7#、8#考察孔，考察孔深30m采取煤樣送化驗(yàn)室測(cè)試煤樣的 水份含量，考慮到靜壓注水的方式注水時(shí)間長(zhǎng)，注水流量大，為加強(qiáng)考察效果， 在距離注水孔6、7m的位置采用刻槽法增加兩個(gè)煤樣，定義為 9#、10#，測(cè)定 煤體含水率，通過(guò)注水后的煤層的水份含量與煤層原始水份含量的對(duì)比，分析 煤層靜壓注水后的注水濕潤(rùn)情況。靜壓注水水份測(cè)試結(jié)果如表5所示：表5 靜壓注水水份含量分析表孔號(hào)距注水孔距注水

17、前水份注水后水注水后水份注水后水份離（mMad(%)份 Mad(%)增加量（%增加率（%632.154.252.197.67742.153.821.6777.67852.153.671.5270.70962.152.940.7936.741072.152.680.5324.654.72.2111J111l1112.533.544.555.566.577.58距注水孔距離（m）份水材率加增份水197.6777.6770.7036.7424.65120.00100.0080.0060.0040.0020.000.00-20.003.54.55.56.57.5距注水孔距離（m圖4靜壓注水煤層含水量變

18、化趨勢(shì)圖2.5圖5 靜壓注水煤層含水量增加率變化趨勢(shì)圖靜壓注水完畢后，采取煤樣進(jìn)行水分測(cè)定分析，測(cè)試結(jié)果如表 5所示，可 以看出，靜壓注水后煤層水份發(fā)生了明顯的增加， & 7、8#煤樣水樣增加量明 顯，均超過(guò)了 1.5%。其中最近的6#煤樣水份含量增加到4.25%,增加了 2.1%， 水份含量增加率達(dá)到97.67%; 7、& 9、10#煤樣水份含量分別增加到3.82%、3.67%、2.94%、2.68%，水份分別增加了 1.67%、1.52%、0.79%、0.53%， 水份含量增加率分別達(dá)到77.67%、70.70%、36.74%、24.65%；其中9#、10#煤 樣由于距離注水孔較遠(yuǎn)，水份含量增加不大，水份增加量達(dá)不到1.5%。根據(jù)煤層靜壓注水含水量變化趨勢(shì)圖（圖 4）和含水量增加率變化曲線圖（圖5）可以看到，在采用靜壓，小流量，長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)注水的情況下，注水