綜采工作面煤層注水技術安全措施

1、1604綜采工作面煤層注水設計及安全技術措施一、1604工作面概況1、 工作面位置 1604回采工作面工作面北側為未開采實體煤，南側為1605工作面未開采實體煤及副斜井保護煤柱，東側為井田東部采空區(qū)保護煤柱，西側為井田中部采區(qū)開拓上山。工作面條帶寬度135m，條帶推進長度約867m，開采面積約0.117km2。2 工作面地質(zhì)條件（一）煤層賦存條件及結構根據(jù)1602、1603工作面開采以及1604運輸、輔運順槽巷道掘進揭露情況，1604工作面條帶內(nèi)煤層底板標高為+1120.0m+1140.0m之間，煤層埋藏深度為150.0m200.0m之間，平均埋深180m左右，傾角為68。依據(jù)井下施工構造揭露

2、情況，1604回風順槽及運輸順槽掘進過程中未揭露斷層（在工作面進風巷現(xiàn)場看到斷層）。1604工作面條帶內(nèi)可采16號煤層厚度4.756.64m，平均厚5.5m，含煤性優(yōu)。16號煤層結構較復雜，含夾矸216層，夾矸主要為泥巖及炭泥巖。宏觀煤巖類型以半暗型為主，半亮型次之。井田內(nèi)開采的16號煤層化學性質(zhì)：1、水分（Mad）：原煤水分平均為0.54%；2、灰分（Ad）：原煤灰分平均為26.88%，屬中中高灰煤；3、揮發(fā)份（Vdaf）：原煤揮發(fā)分平均為29.63%；4、全硫（St,d）：原煤硫分平均為2.41%，屬中硫中高硫煤；5、發(fā)熱量（Qnet,d）：原煤低位分析干基發(fā)熱量平均為25.3MJ/kg，

3、屬中高高發(fā)熱量煤。煤種屬肥煤（FM），以煉焦為首選，洗選后的中煤、尾煤可用于發(fā)電良好的動力用煤和民用煤。16號煤層煤的容重為1.45t/m3。（二）煤層頂?shù)装鍘r性1604工作面條帶內(nèi)16號煤層頂?shù)装鍘r層大部分為泥巖、炭質(zhì)泥巖；16號煤層底板為細砂巖，因此，16號煤層頂板為較穩(wěn)定巖層。綜上所述，1604回采工作面條帶內(nèi)16號煤層頂、底板巖石力學性質(zhì)以軟弱半堅硬為主，工程地質(zhì)條件中等。3 其他開采技術條件 瓦斯2012年7月由內(nèi)蒙古安科安全生產(chǎn)檢測檢驗有限公司對本礦井進行了礦井瓦斯等級和CO2涌出量的鑒定工作，鑒定該礦井的相對瓦斯涌出量為1.24m3/t，絕對瓦斯涌出量為1.55m3/min；二氧

4、化碳絕對涌出量1.65m3/min，二氧化碳相對涌出量1.32m3/t，屬瓦斯礦井。 煤塵根據(jù)內(nèi)蒙古安科安全生產(chǎn)檢測檢驗有限公司對星光一號井送檢16號煤層煤樣的鑒定，鑒定該礦煤塵具有爆炸危險性。 煤層自燃傾向性根據(jù)內(nèi)蒙古安科安全生產(chǎn)檢測檢驗有限公司對星光一號井送檢16號煤層煤樣的鑒定，鑒定該礦煤層的自燃傾向性為類，屬于自燃煤層。 地溫井田內(nèi)無高溫異常，屬地溫正常區(qū)，井田內(nèi)井下采煤無地熱危害。4 水文地質(zhì)條件根據(jù)中國礦業(yè)大學2010年5月編制的伊盟西部煤炭工業(yè)運銷公司一礦16煤層奧灰?guī)洪_采安全性評價報告和內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭工業(yè)局文件關于伊盟西部煤炭工業(yè)運銷公司一礦16煤層奧灰?guī)洪_采安全性評價報

5、告的批復（內(nèi)煤局字2011307號），“16#煤層底板奧灰最大突水系數(shù)為0.044Mpa/m，因此，在認真執(zhí)行煤礦防治水規(guī)定的前提下，可以正常帶壓開采”。本地區(qū)水文地質(zhì)類型劃分為第一第二類第一型，即孔隙裂隙充水礦床，水文地質(zhì)條件簡單型。1604工作面是本礦井16煤一采區(qū)的第4個回采工作面，工作面上、下順槽在掘進中，頂板出現(xiàn)淋滴水現(xiàn)象。根據(jù)礦方提供，井下1604工作面實測涌水量約為17.0m3/h。5 工作面巷道布置1604工作面采用綜采放頂煤采煤方法。頂板管理采用全部垮落法。本礦井頂板巖性多數(shù)對頂煤的冒放性較好。工作面采用一次采全高綜采放頂煤采煤方法。1604回采工作面可采期為1.5a。工作面

6、的走向長度867m。傾斜長度為135m。根據(jù)井下1604綜采放頂煤回采工作面巷道布置情況，工作面順槽采用單巷布置，后退式開采，共布置2條順槽巷道，其中一條1604下順槽為膠帶運輸順槽（進風），運輸順槽裝備順槽可伸縮膠帶輸送機運輸煤炭，兼作進風和工作面人員行進的通道；另外一條1604上順槽為輔運順槽（回風），作為工作面設備及材料的運輸通道，兼作工作面回風。1604工作面運輸、輔運順槽均沿16號煤層底板布置，順槽走向90，其中：1604輔運順槽與16煤軌道上山直接搭接，并通過回風繞道與16煤回風上山連通；1604運輸順槽直接與16煤膠帶運輸上山相連，并通過聯(lián)絡巷刮板轉載機與主斜井皮帶聯(lián)系。從而形成

7、工作面正常生產(chǎn)所需的運輸、通風、行人等系統(tǒng)。 運輸順槽（進風）1604運輸順槽（進風）采用矩形斷面，斷面凈寬3200mm，凈高2800mm，凈斷面積8.96m2，采用錨網(wǎng)支護，頂部加錨索；局部過斷層及破碎段采用11號礦工鋼梯形鋼架棚支護，臨時支護采用錨網(wǎng)聯(lián)合錨索支護，支架間距1.0m，支架外側采用鋼帶或C20鋼筋混凝土背板。順槽內(nèi)鋪設帶寬B=1000mm可伸縮膠帶輸送機，可伸縮膠帶輸送機在順槽內(nèi)側布置，用于工作面的煤炭運輸。順槽內(nèi)敷設照明、信號通訊等電纜，以及消防灑水管路、壓風管路、注氮管路以及順槽水窩排水管路。 軌道輔運順槽（回風）1604軌道順槽（回風）采用矩形斷面，斷面凈寬3200mm，

8、凈高2800mm，凈斷面積8.96m2，采用錨網(wǎng)支護，頂部加錨索；局部過斷層及破碎段采用11號礦用工字鋼梯形鋼架棚支護，臨時支護采用錨網(wǎng)聯(lián)合錨索支護，支架間距1.0m，支架外側采用鋼帶或C20鋼筋混凝土背板。順槽內(nèi)敷設軌道，用于回采工作面的輔助運輸和回風，順槽內(nèi)敷設有動力電纜以及消防灑水管、黃泥灌漿管路。工作面主要巷道斷面特征表見表2-1所示。工作面主要巷道斷面特征表2-1序號巷道名稱斷面形狀斷面尺寸(mm)支護方式掘進斷面（m2）凈寬凈高1運輸回風順槽矩形32002800錨桿+頂部錨索8.962輔運進風順槽矩形32002800錨桿+頂部錨索8.963開切眼矩形56002400錨(索)桿+支柱

9、13.444設備撤出巷矩形40002400錨桿9.66、 回采工藝1604綜放工作面采用端部斜切進刀單向割煤的方式，工作面設計生產(chǎn)能力為0.564（Mt/a），綜放工作面頂煤回收率目標位93.0%。1604綜放工作面回采工藝流程為：采煤機下端頭斜切進刀正常上行割煤移架推前部輸送機（斜切進刀段）放頂煤拉后部輸送機采煤機返向下行清浮煤（采煤機割煤至機尾后）推前部輸送機下端頭斜切進刀。設計確定放煤步距為一刀一放，即放煤步距為0.6m。生產(chǎn)中視工作面礦壓與回采率測定情況調(diào)整優(yōu)化放煤步距。采高定為2.2m，放頂煤厚3.3m，采放比1：1.5。1604采煤工作面1進、1放為一個循環(huán)，每班一個循環(huán)，每刀進尺

10、為0.60m，日循環(huán)進尺為1.80m，工作面年推進度576m。二、鉆機型號及規(guī)格1、選擇KHYD75dIA型煤礦用巖石鉆機，鉆孔深度3080m（煤層）,鉆頭使用直徑55mm鉆頭。 2、由于該采面所采16#煤層屬肥煤，根據(jù)公式計算得：n=(1-Pg/P)100% =(1-1.53/1.64) 100% =6.7% 3、16#煤層孔隙率為6.7%,大于4%，所以該煤層注水較易，采用動壓注水。三、注水參數(shù)確定1、鉆孔布置。采用超前雙向鉆孔注水，在1604工作面兩順槽距工作面推進線2030米處開始布置注水眼。鉆孔布置在運輸順槽內(nèi)距底板(即煤層底板)1.3m左右高度處，在軌道順槽內(nèi)距底板(即煤層底板)2

11、m左右高度處。2、鉆孔長度L。鉆孔長度取決于工作面長度、煤層透水性及鉆孔方向。1604綜采面切眼長度為135m，為保證兩順槽巷注水鉆孔形成“交臂”，根據(jù)要求設計每鉆孔長度為60m。3、鉆孔間距B。兩巷雙向交叉鉆孔，鉆孔間距B取20m。4、鉆孔水平轉角。為避免回采工作面推進過程與注水鉆孔平行接觸，防止工作面煤壁片幫，保持在工作面推進方向上注水量的均勻性，一般取注水孔的水平轉角為7075。5、鉆孔傾角。運輸順槽鉆孔仰角130，確保孔底距煤層頂板051m。軌道順槽鉆孔俯角1，確?？椎拙嗝簩拥装?51m。6、封孔方法與封孔長度。在煤層完整性和鉆孔質(zhì)量較好的條件下，選用ZFII-22、ZF-A10型橡膠

12、水力膨脹封孔器封孔，封孔長度取56m;在煤層完整性和鉆孔質(zhì)量較差的條件下，采用水泥注漿泵注漿封孔，封孔長度取810m。四、注水參數(shù)1、注水超前回采工作面的合理位置。預注水超前工作面位置的確定是注水工作中一個關鍵的技術問題。預注水位置的選擇既要考慮頂煤在前方支承壓力作用下裂隙的發(fā)展變化，又要考慮有足夠的時間使注入煤體的水能夠充分潤濕煤體。對于綜放工作面，頂煤在工作面前方的變形具有明顯的漸進性和分區(qū)性。實際的最佳注水位置應根據(jù)實測的支撐壓力曲線和頂煤位移曲線確定。根據(jù)不同硬度煤層支承壓力的分布特征、頂煤變形規(guī)律和測試結果。制定硬煤、中硬煤和軟煤預注水超前工作面的合理注水區(qū)域位置見表1。項目注水起止

13、位置軟煤中硬煤硬煤開始注水超前工作面(m)406030502035停止注水超前工作面(m)102081531016#煤的單軸抗壓強度為13.7MPa，屬于中等硬度煤層。因此確定開始注水超前工作面煤壁的距離為4060m，停止注水超前工作面的距離為815m。2、單孔注水量。單孔注水量Q按下式計算： Q=KLBHq式中： Q單孔注水量，m3K系數(shù)（包括漏水及鉆孔前方煤體吸水），取1.1；L鉆孔長度，取L=60m；B鉆孔間距（濕潤煤體的寬度），20m；H煤層厚度，取采高H=3.65m；煤的密度，=1.46t/m3;q噸煤注水量，取q=0.015m3/t。根據(jù)鉆孔參數(shù)分別計算得出的鉆孔間距為20m時，注

14、水量分別為105.51m3。3、注水時間。鉆孔注水時間與注水量成正比，與注水速度成反比。首先應根據(jù)煤層的滲透特性和鉆孔長度選擇注水泵，選定注水泵后即可確定每孔的注水時間，在實際操作中注水時間以煤壁“掛汗”時為止。根據(jù)t=Q/q，q為注水泵的流量，選用5D-2/150型注水泵，泵的流量為2m3/h，注水時間為53h。 4、注水壓力。注水壓力的高低取決于煤層透水性的強度和鉆孔的注水速度。主要與煤層的透水性及瓦斯壓力有關，為了提高煤層注水的濕潤效果，采用常壓帶動壓注水。在所取的注水流量條件下造成的注水壓力是否符合該煤層的注水要求，需通過注水實踐來確定。一般情況下注水壓力應滿足以下條件：（1.21.5

15、）PwPPr式中：P注水壓力，Mpa；Pw煤層中瓦斯壓力，Mpa；Pr上覆巖層壓力，Mpa。取注水壓力為310 Mpa。我礦使用注水泵最高壓力可達12Mpa，能夠滿足該雙向長鉆孔動壓注水的需要。5、注水速度(注水流量)注水速度是指單位時間內(nèi)的注水量，影響煤體濕潤效果及決定注水時間的主要因素，在一定的煤層條件下，鉆孔的注水速度隨鉆孔長度、孔徑和注水壓力的不同而增減。動壓注水速度為0.0020.24m3/(hm)五、注水系統(tǒng)注水系統(tǒng)由注水泵（含壓力泵、輸水軟管、壓力表、安全閥、溢流閥等）、高壓鋼絲膠管、高壓水表、快換三通、球形截止閥、橡膠自動封孔器組成。注水系統(tǒng)主要設備參數(shù)數(shù)量及規(guī)格如下：1、5D

16、-2/150注水泵:1臺,額定流量23/,額定排出壓力15,布置在1604回順、運輸兩順槽交替使用。2、自動封孔器：4支，型號ZFII-22，內(nèi)徑22，外徑39，適用孔徑4250。3、高壓水表：1塊，型號DC-4.5/20.4、高壓水管：干管規(guī)格32518（鋼絲層數(shù)內(nèi)徑壓力），每根長10，總長度根據(jù)注水泵位置至采面注水孔的距離而定。支管規(guī)格31626，每根長10。5、減壓閥：8個，直徑25?？梢栽?20之間任意調(diào)節(jié)。6、截止閥：QJ-16，5個。7、快換三通：KJ3-16,3個。25變16三通、22變16兩通各10個。六、安全技術措施1、對打鉆注水設備及所需材料如：儀表、鉆頭、鉆桿及備件要齊全

17、，詳細檢查，做到安全可靠。2、安裝鉆機和注水泵處要加強支護，并檢查巷道周圍的隱患，防止片幫冒頂，確保足夠的工作空間。3、妥善安排好打鉆注水系統(tǒng)。如設備管線的布置、供電、供水便于操作，便于移動，確保打鉆注水作業(yè)正常進行。4、鉆機必須安裝牢固，煤層注水鉆機跑道的安裝角度要和煤層傾角保持一致，并使鉆孔平行煤層頂板，防止鉆孔打偏：如打入頂板或底板。5、如果鉆機的立柱不夠長，必須用道木架成井字型安裝牢固，嚴禁打在頂板上。6、打鉆前，對鉆機鉆機跑道鏈條注水泵等凡需潤滑的部位，要上足潤滑油，機器運轉要按時加油，防止損壞機器。7、定好鉆孔方位，必須要與回采工作面推進線頂?shù)拙３制叫?，防止打頂及底板?、操作時

18、，要做到先開泵后開鉆，先停鉆后停泵。9、鉆孔長度必須按規(guī)程要求去施工。10、打鉆時要始終注意設備運轉情況，當發(fā)現(xiàn)運轉異常，要立即停鉆處理，當發(fā)現(xiàn)孔口出漿異常，要判明是否打頂或地質(zhì)變化，采取相應措施，防止卡孔。11、換鉆桿時，要檢查鉆桿是否堵塞、彎曲、絲扣磨損等現(xiàn)象，不得使用不合格的鉆桿。12、用管鉗卸或安裝鉆桿時，兩人必須協(xié)調(diào)一致。13、鉆孔達到設計深度后，退鉆前必須用清水沖孔，洗凈煤粉。14、認真做好煤層注水原始記錄，主要有鉆孔編寫、鉆孔實際深度、注水量、注水水壓，每班填記在注水臺帳上。15、因故臨時停鉆時,要將鉆頭退離孔底1520cm,暫停鉆8小時以上時,再把鉆退出。16、鉆孔打頂或底時，遇到地質(zhì)變化或孔不得進行時，立即停鉆退出，將鉆孔報廢，不得再注水。