煤层注水工艺技术研究及实施方案样本.doc

1930平峒16223综采工作面煤层注水工艺技术研究
实施方案

一、项目实施意义及必需性
煤层注水预湿煤体是降低煤层开采时煤尘产生量最根本、最有效防尘手段,可使煤体在回采前达成很好湿润状态，降低煤产尘能力，以此显著降低煤层开采时粉尘产生量，这对改善作业场所劳动卫生条件、保护工人身体健康、预防瓦斯煤尘爆炸将起到关键作用。在综放工作面，煤层注水还能起到软化媒体，提升放煤效率和顶煤回收率作用。同时，煤层注水也能有效抑制煤体氧化，降低工作面温度，预防或降低冲击地压危害，降低瓦斯解吸及涌出量，降低工作面瓦斯浓度，预防煤和瓦斯突出。可见，煤层注水对保障煤矿安全生产起着很关键作用。在目前煤矿安全生产形势仍然严峻，煤矿企业落实落实矿山“安全第一，预防为主，综合治理，整体推进”安全生产方针紧迫形势下，该项目标研究，对煤矿企业科学开展煤层注水，保障矿井安全生产含有极其关键意义。
该项目经过对肥煤企业16223工作面煤层注水试验研究，总结出普遍适合于肥煤企业6号煤层注水工艺技术及装备，对处理肥煤企业16223工作面及肥煤企业6号煤层开采时粉尘问题含相关键意义。
二、试验工作面概况
16223综采工作面在肥煤企业1930平峒，现有走向长度670多米，回风巷标高+1870米，运输巷标高+1836米，工作面长130m，煤层倾角为20°左右。该工作面开采煤层为6号煤，采取走向长壁后退式综采回采工艺，煤层厚度为3.2米。煤层基础参数见表1。

表1 煤层基础参数
煤层
标高（m）
透气性系数λm2/(MPa2.d)
坚固性系数f
6号
+1870
+1836
0.4719
0.2770
2～3

三、煤层可注性试验
按国家标准GB482-95《煤层采样采取方法》要求在肥煤企业16223工作面采样，对采集煤样在试验室进行试样制备，然后对其进行可注性试验。
其试验内容包含：
① 孔隙率测定。包含煤孔隙率及孔隙分布测定。本项目采取密度法经过测定煤真密度和视密度，计算出煤孔隙率；孔隙分布采取压汞法测定。
② 煤原有自然水分测定。煤原有自然水分采取GB/T211—1996《煤中全水分测定方法》标准中方法B，即空气干燥法进行测定。
③ 煤吸水性测定。模拟试验工作面水压，采取自制试验装置进行常压吸水试验和加压吸水试验。
④ 添加剂溶液对煤吸水性影响试验。在水中添加表面活性剂溶液，反复煤吸水性试验。
经过试验，对取试验数据进行分析处理，得出不一样试验条件下煤饱和水分增量和吸湿时间关系。这对确定试验煤层实际注水工艺、估计注水水分损益含有极其关键指导意义。
四、注水钻孔部署方法及参数设计
㈠钻孔部署方法
钻孔部署方法依据采煤方法、工作面长度、煤层透水性及注水具体条件加以选择。钻孔开孔位置对于煤层湿润效果相关键关系。另外还要考虑煤层硬度和围岩性质等，必需时作合适改变。考虑到钻孔倾角对封孔及注水影响，确定采取在回风巷平行于工作面顺层部署单向钻孔,图1所表示。
B：钻孔间距分别是：5m、10m、15m
B
动压注水
开切眼
待注水孔
15121工作面
回风顺槽
运输顺槽
B
图1 钻孔部署方法及参数设计示意图
90m

㈡钻孔参数
(1)钻孔深度
单向钻孔注水时，孔深通常为采面倾斜长度1/2～2/3，即为65～87m，试验取90m.
(2)钻孔直径
6#号煤层硬度较大，不易垮孔。试验钻孔孔径选择75mm。
(3)钻孔间距
为了找出合理钻孔间距，分三种钻孔间距试验，分别是：5m（8个孔）、10m（8个孔）、15m（8个孔）。
(4)钻孔角度及开孔高度
钻孔平行工作面沿煤层倾斜方向打孔，开孔高度为：距回风顺槽底板1m～1.5m。
五、注水钻孔封孔工艺技术及装备
煤层注水时，封孔质量好坏对注水效果影响极大。经过对具体煤层封孔工艺技术影响原因综合分析，确定其封孔工艺。因为煤层注水对封孔质量及封孔深度要求较高，该项目拟采取水泥稠浆加膨胀剂作为封孔材料，采取KFB型矿用封孔泵进行封孔，以确保封孔深度和封孔质量。水泥稠浆水灰比为水泥∶水=1∶0.4，其密度约为2T/m3。封孔深度按10m考虑，并依据实际注水情况给予修正。水泥稠浆类封孔设备及封孔工艺图2所表示。
棉纱
水泥浆
注水管
注浆管
棉纱
图2 水泥浆封孔系统示意图

六、注水工艺技术及参数优化
煤层注水工艺参数确实定，应能确保在该工艺参数条件下，注水钻孔所负担范围煤层得到最大可能均匀、充足湿润。
针对16223工作面煤层湿润性及工作面具体条件，该项目在可注性研究基础上，考虑在16223工作面常压带采取通常动压注水或脉冲动压注水分别进行试验。
㈠注水系统
注水系统由煤层高压注水泵或脉冲注水泵、自动控制水箱、SGS型双功效高压水表，DF-3型分流器及截止阀等组成,注水系统图3所表示。

图3 煤层注水系统示意图
1-注水钻孔；2-注水管；3-压力表；4-高压胶管；5-高压闸阀；
6-分流器；7-单向阀；8-多功效水表；9-注水泵；10-自控水箱

㈡注水参数
① 单孔注水量Q
单孔注水量Q按下式计算：
Q=KLBHγq
式中： Q—单孔注水量，m3
K—系数（包含漏水及钻孔前方煤体吸水），取1.1；
L—钻孔长度，取L=80m；
B—钻孔间距（湿润煤体宽度），B=5m,10m,15m；
H—煤层厚度，取底层采高H=5m；
γ—煤密度，γ=1.4t/m3;
q—吨煤注水量，取q=0.01m3/t。
依据钻孔参数分别计算得出钻孔间距为5m、10m、15m时，注水量分别为：30.8 m3、 61.3m3和92.6 m3。
② 单孔注水流量V
依据中国外经验，肥煤16223综采工作面煤层孔隙率低、透水性差特点，采取小流量长时间注水方法才能使煤体得到充足湿润。取单孔注水流量为V=0.6m3/h，经过分流器控制每个钻孔流量，使各注水钻孔注水量基础相等。
③.注水压力
注水压力反应了钻孔注水阻力，其影响原因较多，关键和煤层透水性及瓦斯压力相关。为了提升煤层注水湿润效果，采取常压带动压注水。在所取注水流量条件下造成注水压力是否符合该煤层注水要求，需经过注水实践来确定。通常情况下注水压力应满足以下条件：
（1.2～1.5）Pw≤P≤Pr
式中：P——注水压力，Mpa；
Pw——煤层中瓦斯压力，Mpa；
Pr——上覆岩层压力，Mpa。
确定煤层注水泵最高压力可达15Mpa，能够满足该项目单向长钻孔动压注水需要。
④.注水时间 T
单孔注水时间T（小时，h）取决于钻孔单孔注水量和单孔注水流量，按 T=Q/V计算.
实际按天天两班注水，天天注水时间不少于16小时计算，得出注水天数：
Td=T/16
计算得出该矿在钻孔间距为5m、10m、15m时注水时间为：3.2天、6.4天和9.6天。同时注水钻孔数量为4个。
⑤.注水超前工作面距离 X
X= Td·s＋x
式中：s—工作面日推进进度为3.6m；
x—停止注水时钻孔距工作面距离，取70～80m。
计算得出注水超前工作面最短距离为105～115m，实际试验按120m考虑。
七、注水效果考察
工作面实施煤层注水后，对煤层水分、工作面粉尘浓度进行测定，以检验煤层注水效果。另外，经过对煤层注水其它效果考察，总结出试验煤层注水通常规律，其考察内容包含：①注水参数随注水时间改变规律；②通常动压和脉冲动压注水效果比较；③封孔工艺技术及参数对封孔质量影响；④钻孔部署方法对煤层注水参数及效果影响；⑤煤层注水后不一样水分增量对煤硬度影响及对煤体片帮影响观察；⑥煤层注水对煤层瓦斯涌出量或工作面瓦斯浓度影响；⑦煤层注水对工作面顶板稳定性影响观察。
经过上述效果考察，得出适于试验煤层注水规律，并确定适合于16223工作面和肥煤企业6号煤层注水工艺及装备。
八、进度安排
本项目估计总时间240天，其具体进度安排见附表。
九、项目费用概算

项目进度安排简图说明
1、 自项目签署之日起15日内，甲方按乙方要求采集煤样并将煤样邮寄到乙方。
2、 乙方收到甲方邮寄煤样后，15日完成煤样分析和吸水性试验。
3、 煤样分析和吸水性试验完成后20日完成添加剂对吸水性影响试验。
4、 上述工作完成后10内完善研究方案，包含钻孔部署方法、封孔参数等完善设计。
5、 设计完善后45日内由甲方完成钻孔施工工作和现场材料准备工作，乙方将设备运抵甲方指定地点。
6、 乙方在甲方完成上述工作后派人到现场指导封孔，20日内完成封孔工艺及参数试验工作。
7、 封孔工艺实施5以后进行同时分析不一样封孔参数对封孔质量影响。
8、 封孔工作完成后45日内完成不一样注水工艺试验及其分析工作。
9、 完成注水工作后60内在采煤工作面测定煤含水量、工作面粉尘浓度和降尘效率，进行注水效果考察。
10、 取得原始数据后进行数据整理，时间5天。
11、 最终10天完成研究汇报，并申请技术判定。