茂华白芦煤矿4301工作面煤层注水设计.docx

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茂华白芦煤矿4301工作面煤层注水设计

茂华白芦煤矿

4301工作面煤层注水设计及安全技术措施

编制人：

王智慧

编制单位：

通风科

施工单位：

综采队

时间：

2014年04月15日

总工程师批示：

安监科

调度指挥中心

机电科

生产技术科

综采队

通风科

施工负责人

4301工作面煤层注水设计

一、设计依据

1）根据《煤矿安全规程》“采煤工作面应采取煤层注水防尘措施”的规定。

2）根据《煤矿各工种操作规程》。

二、工程项目：

4301工作面煤层注水设计。

三、用途：

通过钻孔注入压力水，使其渗入煤体内部，增加煤的水分，从而减少煤层开采过程中煤尘的的产尘量。

四、钻孔布置方式及详细参数

1.钻孔布置

在回风顺槽布置钻孔，进行煤体预注水，回风顺槽由里向外每隔20m布置一个钻孔，垂直煤壁钻进。

2.钻孔参数

钻孔间距，每隔20m打一个孔，但在断层附近不布置钻孔，孔位布置在煤层厚度二分之一处。

垂直煤壁钻进，上仰8º，孔深170-175m；单孔注水量及注水时间：

1）单孔注水量Q按下式计算：

Q5=B·L·M·γ（W1-W2）K式中：

Q-单孔注水量，m3

B-钻孔间距（湿润煤体的的宽度），20m;

L-钻孔长度，取L=170m

K-系数（包括漏水及钻孔前方煤体吸水），取1.5；

M-煤层厚度，取煤层平均为7.86m

γ-煤的密度，γ=1.42t/m3;

根据钻孔参数分别计算出的钻孔间距为20m时，注水量分别为910.75m3；2）单孔注水时间

根据t=Q/q

Q-单孔注水量，m3

q-为注水泵的流量，m3/h

注：

BZW-100/20型注水泵流量为6m³/h。

3.设备及器材

（1）钻机：

1）采用TXU-150型钻机，在工作面回风巷施工顺层钻孔，钻头直径为Φ65mm；钻杆：

选用ф50mm的钻杆；钻头：

ф70mm钻头，适应岩性f＞4。

符合煤矿井下防爆要求，具有煤矿安全标志；2）采用BZW100/20型注水泵，泵与孔之间选用钢管和高压水胶管连接，并配备DC－4.5/20高压水表，压力表阀门等设备。

3）封孔采用封孔器封孔。

4.钻孔施工

（1）采用地质罗盘仪确定钻机钻进的方位和倾角；

（2）钻孔排粉方式：

直接采用井下防尘管道供水排粉；当供水压力小于2MPa时，应采用辅助排粉设备；

（3）接上钻杆及钻头，开动钻机进行钻孔作业。

5.封孔

将封孔器与井下静压水或高压水连接，封孔器插入需要注水的煤层孔内，打开水路安全阀，当封孔水压达到1Mpa时，靠静压水或高压水压力将封孔器的胶管膨胀后封孔，而后注水，注水完毕后，打开控制水阀，可将管内水放出，当封孔水压下降到0.5Mpa以下时，封孔器即可恢复原状，然后将封孔器抽出，完成注水工作。

封孔深度

采用自动封孔器封孔时，封孔深度应不小于1.8m。

6.注水

6.1设备及器材

（1）108mm静压水管，水压2.2-2.5MPa。

（2）单向阀：

直通式，开启压力为≤0.04MPa，额定压力≥16MPa，流量≥80L／min；

（3）注水表：

流量2.0～4.5m3/h；额定压力≥16MPa；

（4）压力表：

量程0～16MPa，精度1.5级；

（5）阀门：

高压阀门，耐压≥16MPa；普通阀门，耐压6.3MPa；

（6）钢丝编织高压胶管40Mpa；

（7）管路接头：

采用快速接头，尺寸符合规定；

（8）煤层注水封孔器：

MZF-70-5,1×3台，Φ小于钻孔6-12mm；

（9）等量分流器：

DF-3型，4×2台

6.2注水系统

本工作面采用BZW100/20型注水泵与静压供水系统。

6.3注水参数

（1）注水压力

（1.2-1.5）Pw≤P≤PT

（1）

式中：

P——注水压力，MPa；

Pw——煤层中瓦斯压力，MPa；

PT——上覆岩层压力，MPa。

根据我矿实际情况确定注水压力为2.2-2.5Mpa；

（2）吨煤注水量

应为0.02～0.04m3/t。

本工作面取0.02m3/t。

（3）单孔注水量

（2）

式中：

Q——单孔注水量，m3；

k——钻孔前方煤体湿润系数，1.1～1.3；本工作面取1.2；

M--开采厚度，m；取7.86米；

lj——钻孔间距，m；取20m；

l——钻孔长度，m；取170m；

ρ——煤的密度，t/m3；取1.42t/m3；

δ——吨煤注水量，m3/t，取0.02m3/t

将相关参数代入式

（2）得：

单孔注水量：

Q＝1.2×7.86×20×170×1.42×0.02=910.75m3

（4）单孔注水流量

由于注水流量与注水压力及煤的特性有关，本工作面设计时取6m3/h。

（5）注水时间

（3）

式中：

T——注水时间，h；

q——单孔注水流量，m3/h；本工作面设计时取6.0m3/h。

将相关参数代入式（3）得单孔注水时间为151h（注:

如果在实际注水时，注水流量达不到注水要求，则注水时间要延长）。

（6）同时注水钻孔数量

n=Tu/（24*Lj）

式中：

n——同时注水的钻孔数量；

T——单孔注水时间；

u——工作面日推进度，m/d，本工作面取1.6m/d。

Lj——钻孔间距；

将相关参数代入式（4）得同时注水钻孔数：

n=1.26取2个（注：

如果在实际注水时，注水流量和注水时间变化，同时注水钻孔数应适当增加）。

（7）注水超前工作面距离

（5）

式中：

lc——注水超前工作面距离，m；

lt——停止注水时钻孔距工作面的距离，应为8～20m。

本工作面取20m；

将相关参数代入式（5）得注水超前工作面距离为

lc＝151×1.6/24＋20＝30m，取30m；

（8）注水孔长度

L=LG-S

式中LG为工作面长度，4301工作面为208m

S为保留煤体宽度，我矿为40-50m

则我矿注水钻孔长度为170-175m

6.4注水方法

（1）封孔后按照设计连接注水系统；

（2）启动注水泵然后打开静压水管与注水孔连接管上的阀门进行注水；

（3）当注水达到设计要求或钻孔周围煤壁有水渗出时，可结束或暂停对该钻孔或该组钻孔的注水。

使用自动封孔器封孔注水时，封孔器外接1－2节钻杆。

孔口钻杆捆绑牢固，其它工序同上。

二、施工安全技术措施

1、技术要求

（1）注水孔布置及参数

巷道

施工间距

孔径

mm

水平转角

仰

角

孔

深

（m）

间

距

（m）

封孔器长度

（m）

加压方式

注水压力（MPa）

注水

时间

（时）

注水

天数（天）

注水

量

（m3）

回顺

20m

Φ70

Φ90

垂直

煤壁

8°

170

20

1.8

静压

2.2-2.5

151

6.3

910

2、作业要求

1、打孔人员必须熟悉工作面情况，有不安全隐患必须处理后方可开工。

2、使用钻机时，钻架及开关必须安设牢固，并且钻架有防倒装置。

安装好以后，首先要检查各部位完好和开关按扭是否灵敏可靠，否则，严禁操作。

3、三角架底部稳设在实底上，严禁稳设在浮煤、浮矸上，前后三角架底部钢管内各插1根钻杆，以防翻钻伤人。

4、移动钻机时，必须停电、停水后，一人抬起钻架头移动1m，放稳后，两人抬起钻架尾移动1m，放稳后，将钻架调整好，经试运转正常后方可开工。

5、操作钻机时，要随时注意观察钻具上水情况，如发现钻具上水不好时，要停机检查原因，处理后方可施工。

6、延接钻杆时，要清除钻杆内的杂物，先把钻机机头退至正好延接1根钻杆的位置处，然后用管钳把钻杆与接头拧紧，再使钻机机头与杆的尾部对接拧紧方可开机。

7、钻机钻孔作业必须做到开机先开水，停机后停水的原则施工。

8、钻孔钻好后，先把钻机退出来，并用管钳咬紧钻杆逐段拔出钻杆，拧开接头，严禁使钻机反转松扣，防止将钻孔内的钻杆脱扣掉入孔中。

9、两人拧松钻杆要喊号，防止一人用力，另一人因钻杆旋转带动管钳打伤。

10、注水过程时，作业人员必须对作业区进行安全检查，确认安全后，方可将阀门、注水泵、水表与静压水管、注水孔口联接，联接好后，先进行试水，确认管路、封孔无跑水现象后，方可进行正式注水。

11、注水时先把封孔器放到钻孔扩孔段，接好封孔器膨胀腔进水管。

打开阀门待封孔器橡胶管膨胀把钻孔封严后再关闭阀门，然后将注水管接到封孔器注水端上

12、注水工作必须配备两人，严禁单独作业。

14、要随时观察注水情况，发现水管跑水，水压不够，水从煤壁或封口处大量流失，要停止注水进行处理。

15、经常观察注水区域煤壁情况，发现煤壁挂汗，认为煤体已经湿润，即可停止注水。

16、注水过程中，人员要坚守岗位，作好注水记录。

17、注水孔完毕后做好注水孔的封堵工作。

三、安全技术措施及注意事项

1、钻机及注水泵应放置在顶板完好处，如因工作条件限制，应加固顶板和两帮，以确保设备和人身安全。

2、打钻

（1）按设计要求高度位置安设钻机，钻架要安设牢固，可靠，以确保钻孔方位及倾角符合要求。

（2）开钻前应接好电源进行空转调试，确保钻机各部连接无误，运转正常后方可钻进。

（3）钻杆要相互连接可靠，钻进过程中要经常检查排粉情况，以防止卡钻等事故。

如出现岩粉，应立即停止钻进，拨出钻杆，重新开始钻进。

（4）严禁无水钻进。

（5）钻孔要做到连续钻进，不能长时间停钻，否则应将钻杆全部拨出，以防止卡钻等事故，每次钻进前要做到先开水，后开钻。

（6）所有操作人员都必须按照钻机性能及其操作方法进行操作，在钻机工作过程中严格按操作规程进行操作，严禁使用管钳等工具靠近钻机。

（7）钻孔打好后，必须对其进行一次彻底性清洗，将钻孔内的煤粉排除干净。

待见清水后再进行下一个孔的操作工作。

（8）每个钻孔打完后，要清理好现场，并用红油漆在钻孔附近写上钻孔编号。

（9）每班都要做好原始记录，交接班时，必须把原始记录和现场情况交接清楚。

3、封孔

（1）封孔段的孔壁要圆直、光滑、清净。

（2）为防止钻孔内的阻力突然升高和注水钢管推出伤人，注水时应将注水钢管稳固在支架上。

（3）封孔要严密，开泵应缓慢进行，并检查各处是否有渗漏现象，然后再把泵升高到设计压力（设计压力为100kg/c㎡）。

（4）每个孔在注水过程中必须连续注水。

4、注水

（1）首先必须将注水泵放置平稳，吸水箱应放置于泵体附近5m左右，吸水器管末端必须有过滤装置。

（2）开泵前应首先检查注水设备配件是否紧固，然后打开放气活栓，向泵内注水，最后放上放气活栓。

（3）打开排水管道上的引流阀门，并向泵内输送冷却水，即可开泵。

开泵后缓缓关闭引流阀门，注意观察压力表，有水流动时即停止关闭，将引流水用胶管引入水箱内。

（4）注水过程中，应注意泵响声和运转情况是否正常，如发现异常情况时，还有局部高热时，应立即停泵排除故障。

（5）为延长注水泵传动部件使用寿命，应使电机正反方向交替运转（一周改变一次）。

（6）注水泵严禁无水运转。

注意观察出水量是否正常，如无水排出或出水量不足以及水管严重抖动时，应立即停泵，重新向泵内引水和排气。

（7）注水泵必须每十天换油一次。

（8）缸孔内的密封圈及中间体的密封圈组的密封位置，允许每分钟滴漏10滴左右，如滴漏过快，应停泵上紧调压螺栓，但不可上得太紧，如密封圈损坏，应急时更换。

（9）注水过程中，如果压力瞬间急剧升高，应立即停泵，检查管路系统，反之，孔内可能出现大量漏水现象，应立即停泵找原因。

（10）每班必须认真填写注水记录，设立煤体注水台帐，注水正常时，每小时记录一次。

5、其它

（1）钻机，注水电器设备要做到防爆性能可靠。

（2）钻进过程中，如遇顶板岩石，应拨出钻杆，重新打钻，原钻孔用水泥沙浆封堵严实，以防止注水时高压水从钻孔流入煤层顶板。

（3）严禁瓦斯超限作业。

（4）施工过程中必须加强自主保安，做到不安全不作业，严禁违章蛮干。

6、施工前必须将钻机管路摆顺、电缆吊挂整齐。

7、打眼前，作业人员必须将衣袖扎紧。

8、打孔过程中，操作人员应站在钻机0.5m的地方操作，开关处要有专人停送电。

9、加退钻杆时，必须在钻机完全停止运转，并停电的情况下进行，送电时必须等管钳离开后方可开机。

10、当瓦斯浓度达到1%时，必须停止电钻打眼，当瓦斯浓度达到1.5%时，必须切断电源撤出人员。

11、设备电缆完好要符合防爆要求，保护装置要齐全，严禁带电检修或搬迁设备。

12、严格按机电操作规程执行，每班出班前要把开关手把打到零位并闭锁。

13、出班前要把巷内节门关闭。

14、其它严格按《作业规程》、《煤矿安全规程》执行。

作业规程学习及考试记录

附《安全技术措施贯彻签字栏》

一、职工规程学习

学习时间：

年月日——年月日

学习地点：

通风队会议室

学习内容：

4301工作面煤层注水设计及安全技术措施

参加人数：

人

安全技术措施学习签名表

考试时间

年月日

考试地点

考试内容

主持人

员工学习签名

年月日

年月日

分

分

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