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山西凌志达煤业通风科
15101综采面煤层注水设计
一、设计依据
按《煤矿安全规程》第一百五十四条第（二）规定：
1、围岩有严重吸水膨胀性质，注水后易导致顶板垮塌或底板变形，或者地质情况复杂、顶板破坏严重，注水后影响采煤安全的煤层；
2、注水后会影响采煤安全或导致劳动条件恶化的薄煤层；
3、原有自然水分或防灭火灌浆后水分大于4%的煤层；
4、孔率小于４％的煤层；
5、煤层很松软、破碎，打钻孔时易塌孔、难成孔的煤层；
6、采用下行垮落法开采近距离煤层群或分层开采厚煤层，上层或上分层采空区采用灌水防尘措施时的下一层或下一分层。
符合以上情况之一时，采煤工作面不宜采用煤层注水防尘措施，否则进行煤层注水。
二、15101综采面具体情况
根据勘探地质报告提供，－%，%，煤层直接顶板为泥岩或K2石灰岩，老顶为K2灰岩，底板为泥岩或含黄铁矿泥岩，局部为粉砂质泥岩，需进行煤层注水。
15号为厚煤层，倾角平缓，15101综采面采用综采一次采全高采煤方法，煤层为近水平煤层，,其中工作面长175m，年推动度为1560m（取采面可采长度值）。
三、设计15101综采面注水情况
设计采用下向长孔煤层注水防尘。
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，一般分为长孔、短孔、深孔和巷道注水等四种注水方式。
本设计采用长孔注水方式。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钻孔注水，钻孔均沿煤层均匀布置，。
2、注水参数的拟定
注水参数重要是注水钻孔的参数，即孔径、孔深、间距、倾角、封孔长度和方式等。
（1）钻孔直径：孔径大小与煤的硬度、规定的注水量、封孔技术和钻具条件有关。由于目前均采用钻机打孔，孔径为50～75mm。由于注水量较大，钻孔直径取60mm。
（2）钻孔长度：钻孔长度可根据工作面长度和煤层倾角而拟定，根据我缓，厚煤层，下向注水钻孔长度根据公式：
L＝L1－M
式中：L—钻孔长度，m；
L1—工作面长度，175m；
M—与煤层透水性和钻孔方向有关的参数，上向孔M≥20m，下向孔M=1/3L1，m；
经计算，钻孔长L＝117m。为了充足湿润煤体，加快注水时间，取120m。
（3）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。合理的钻孔间距一般通过实践来拟定。根据经验一般按10～25m考虑，本设计由于煤层厚，并采用综采，孔距取15m。
（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。生产中应根据煤层节理发育限度选择采用垂直钻孔还是伪倾斜钻孔，以使节理面尽量与钻孔垂直。，以避免钻孔下沉穿透底板岩石。
（5）封孔深度：封孔深度一般通过实验和生产实践拟定，～10m。设计暂按10m考虑，待矿井生产后再按生产实际进行调整。
（6）封孔方式：封孔方式分为水泥封孔和封孔器封孔两种，由于本井煤较软，封孔器容易发生卡在壁内或从孔内抛出的也许。因此，设计选择简朴方便的灌注水泥砂浆封孔法。
3、注水系统及注水参数
（1）注水系统
本矿井回采工作面推动速度较快，所以采用分组注水，即几个注水钻孔提成一组共同注水，以满足综采推动速度。注水系统分为静压注水系统和动压注水系统，根据本矿的注水孔深、注水压力大小及供水系统，设计采用动压注水系统。煤层注水水源采用井下消防洒水管路供应。
动压注水系统设备如下：
供水管路（接入水箱）、供水胶管、水表、水泵、压力表、三通、快速接头、高压胶管、截止阀、至煤壁钻孔。
（2）注水压力
注水压力一般分为低压、中压、中高压、高压和超高压，动压注水多属中压，～。根据煤层埋藏深，夹矸较多的特点，本井注水应采用较高压力注水。但是，由于压力太高又容易导致煤壁跑水和窜水，因此，初定水压为7MPa，生产后可根据实际情况调节。
（3）注水量
① 按经验公式计算钻孔注水量
Q＝LBMγq
＝175×15×××
＝483m3
式中：Q－一个钻孔注水量，m3；
L—工作面长度，m；单向钻孔注水L＝175m；
B—孔间距，m；
M—煤层厚度，m；
γ—煤容重，t/m3；
q—吨煤注水量，。
② 按水分增长值计算钻孔注水量
Q=LBMγ（W1-W2）K
=175×15×××（-）×
=743m3
式中：W1—注水后规定达成的水分，%；
W2—煤层原有水分，%；
K—考虑围岩吸取水分、水的漏失和注水不均衡系数，。
其余符号代表意义同前。
③ 吨煤注水量
根据上述两式计算，。则吨煤注水量为：
q=Q/（LBMγ）
=743/（175×15××）
=
式中：符号代表意义同前。
注水后煤体水分应达成4%左右。根据实际注水效果，通过快速水分测定仪测试，调整注水量和注水时间。为保证注水效果，并适应工作面回采推动速度，注水工作超前工作面回采1个月完毕。
④ 日注水量
Q=q×G
式中：Q—矿井日注水量，m3；
G—注水工作面日产量，t/d，本矿井为5062t/d；
q—吨煤注水量，；
按上述公式计算，矿井日注水量为233m3/d。
4、注水设备及仪表
注水设备及仪表配备见表3-2-1。
表3-2-1 注水设备及仪表配备表
序号
设备名称
型号及规格
单位
数量
备注
1
煤层注水钻机
ZDY-650
台
1
2
煤层注水泵
2BZ-40/12
台
1
3
夹布压力胶管
与泵配套
m
40
4
冷拔无缝钢管
与泵配套
m
240
5
高压钢丝编织胶管
与泵配套
m
200
6
快速接头
K型
个
60
与高压钢丝编织胶管配套
7
安全阀
单向阀
个
2
8
内螺纹升降止回阀
与泵配套
个
2
9
弹簧式压力表
与泵配套
个
10
10
叶轮湿式水表
与泵配套
个
2
11
高压注水水表
与泵配套
个
4
12
等量分流器
与泵配套
个
10
13
高压闸阀
与泵配套
个
10
14
铁制三通
与泵配套
个
10
15
便携式快速水分测定仪
WM-B
台
2
16
水箱
10m3
个
1
附：
煤层注水操作流程
一、钻孔
1、钻机安装地点的顶板及周边支护要良好，固定钻机要安全可靠，钻孔角度及钻眼位置必须符合设计规定。
2、开钻前要具体检查机电设备和供水系统，发现问题先解决完好后再试钻，经空载运转检查钻机各部位正常且钻孔有少量返水时，方可开始钻进。
3、开钻时要先送水后送电，停钻时要先停电后停水。
4、钻机开始钻孔作业时，要缓慢接上离合器，钻杆推动5-10厘米后，再压紧离合器，当一根钻杆钻进剩余30厘米时，松开离合器，先停电后停水，然后加杆。
5、负责上下钻杆人员分别站到钻机两侧，用管钳把钻杆卡牢，反方向均匀将钻杆卸开。
6、钻孔过程中要在开孔位置加设防护档板，以防煤与瓦斯喷出伤人。
7、钻孔作业规定四人一套，一人操作开关按钮和停送水，一人操作钻机，二人上下钻杆。
8、钻孔过程忽然碰到地质构造，瓦斯涌出，透水预兆等异常情况，必须停止钻进，切断电源，保持钻进状态，拔出钻杆并报告通风科。
9、钻水过程出现夹钻、顶钻，断杆等情况时，必须停钻采用措施解决。
10、当班钻孔施工完毕，必须将钻杆所有拔出，切断电源，并闭水源，并将钻机设备放到巷道一侧的安全地点，方可离开工作岗位。
11、收工时当班组长要如实填写钻孔记录，报告通风科。
二、封孔
1、设备开机前要检查电机、安全离合器、变速系统、搅拌机、送浆泵、离合器及各联接部件是否完好，机座是否稳固可靠，搅拌机内是否有杂物，送浆泵出口、联接管是否通畅，当以上检查所有合格后方可进行运营操作。
2、搅拌水泥稠浆将准备好的一定量（按水和水泥的比例）清水倒入搅拌机内，在搅拌机处在正常运转状态下，逐渐加入525硅酸盐水泥。待加入搅拌机内的水泥分散后，再继续加入水泥（加水泥时，应避免将纸片等杂物混入搅拌机内），搅拌时间不得小于10min。
3、搅拌好的水泥浆必须用测试棒进行测试，保证水泥稠浆达成设计的水灰比。
4、封孔管采用抗静电的工程塑料管或铁管，孔内注水管长度为10m，为2寸双抗塑料或铁管。