采煤工作面注水防尘设计.doc

贵州松河煤业发展有限责任公司
松河西井
采煤工作面注水防尘设计

编制人：卢庚忠

松河西井
2014年8月1日

采煤工作面注水防尘设计
  摘要：
只要有煤炭开采，就会产生粉尘。而粉尘由于其自身的特点具有很大的危害性。为了减少采煤工作面的粉尘，采取了多种降尘措施，但收效甚微。本设计就是对煤层注水防尘现场实施部分，作建设性论述，以期在煤层注水防尘技术方面得到提高。
  关键词：采煤工作面注水防尘设计
一、采煤工作面防尘
  做好防尘工作，主要做到一下几点：
1、强化防尘工作的组织和管理，进一步落实防尘工作齐抓共管责任 制，完善专业队伍，配齐专业人员，完善洒水灭尘系统，解决好水源问题，形成井下水源水网化；积极推广新经验、新技术，优化通风防尘、落实风流净化；实现井下喷雾洒水联动化和自动化，提高灭尘效果。
2、井下防尘工作由矿综合防尘领导小组统一领导，各科区也相应成立综合防尘组织，建立防尘责任制，划分防尘责任范围，做到责任明确。
3、通风区防尘队，负责测尘报表和全矿防尘工作的监督检查工作，各采、掘、修护与运输、机电、保运部门均要固定兼职防尘人员，并由各单位安全区长进行领导，负责本单位工作地点的防尘工作。
4、为预防井下煤尘事故，减少井下职工职业病的发病率，必须切实做到以下几点：
（1）各采掘工作面要严格执行综合防尘的各项规定，必须采取煤层 注水、湿式钻眼、冲刷巷邦岩壁、使用水炮泥、放炮喷雾、装岩（煤）洒水、净化风流、个体防护等综合防尘措施；煤层注水要坚持中深孔添加渗入棒注水，坚持做到不注不采；
  （2）各掘进巷道要分岩巷、半煤岩巷、煤巷按“五、四、三”规定安装防尘喷雾设施；要严格监督检查，管路无水或有水不用及无防尘设施，安监部门必须责令停止作业，每个掘进头都要有专职或兼职防尘人员进行灭尘工作；
（3）采煤工作面机、风巷及皮带机巷的防尘管路要齐全，各转载点必须要有喷雾装置，并做到灵敏可靠，使用正常；
（4）运输大巷要定期清扫、洒水灭尘；掘进巷道每班施工前，均要进行一次全巷道灭尘工作，迎头要保持一盘橡胶软管；
（5）井下防尘管路要安装齐全、有水。采煤工作面机巷、轨道巷、风巷及掘进巷道中的供水管路应每隔５０米设一个三通阀门，供水管路的管径应不小于50mm，以方便巷道的灭尘工作，新采区新工作面移交验收的同时必须移交验收防尘管路和设施，否则不准投产； 
（6）锚喷掘进工作，必须采用潮拌料湿喷，降低粉尘，或采用湿式喷浆机；
5、积极利用大巷洒水车进行大巷刷白及冲刷粉尘工作。
  6、井下所有煤仓和溜煤眼都应保持一定的存煤不得放空，溜煤眼不得兼作风眼使用。
  7、通风人员要经常检查通风系统，井巷风速必须严格控制，不得超过《规程》的规定，增大风量和改变通风系统要相应地考虑防止粉尘飞扬措施。
  8、矿井两翼、相邻采区、煤层和采煤工作面间、煤层掘进巷道同与其相连的巷道间、煤仓同与其相连通的巷道间、采用独立通风并有煤尘爆炸危险的其它地点同与其相连通的巷道间必须按200L/m2辅助隔爆棚和400L/m2主要隔爆棚要求安设足够数量的隔爆水棚，定期加水和更换破损水袋。
  9、瓦斯爆炸和爆破火焰是煤尘爆炸的主要火源。除防止瓦斯爆炸事故外，同时要加强放炮工作的管理，严格执行放炮管理制度，放炮必须使用水炮泥，炮眼封满炮泥，放炮前后认真落实放炮洒水工作。用爆破方法处理溜煤眼、煤仓堵塞，必须有专门措施并使用刚性被筒炸药。
10、严禁放明炮和用多根放炮导线连续放炮。
  11、建立斜巷上山“一坡三挡”防跑车安全设施，防止发生跑车引燃被扬起的煤层。
  12、加强职工的教育。
二、采煤工作面注水防尘
1、不论采用何种掘进技术，掘进头在掘进过程中总会产生 一定量的粉尘，因此，为了保障工人的身体健康，必须对掘进工作面进行防尘处理。
2、水是井下最有效、最积极主动的防尘措施，是采煤工作 面最重要的防尘措施之一。在采煤之前预先在煤层中打若干个钻孔，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产生量,煤层内的瓦斯压力是注水的附加阻力。水压克服瓦斯压力后才是注水的有效压力，所以在瓦斯压力大的煤层中注水时，往往要提高注水压力，以保证湿润效果。
3、参数的影响
  煤层注水参数是指注水压力、注水速度、注水量和注水时间。注水量或煤的水分增量是煤层注水效果的标志，也是决定煤层注水除尘率高低的重要因素，通常，注水量或煤的水分增量变化在50%到80%之间，注水量和煤的水分增量都和煤层的渗透性、注水压力、注水速度和注水时间有关。
4、注水方式
指钻孔的位置、长度和方向。按国内外注水状况，有以下4种方式：
① 短孔注水
  在回采工作面垂直煤壁或与煤壁斜交打钻孔注水，注水孔长度一般为2～3.5m
  ②深孔注水
  在回采工作面垂直煤壁打钻孔注水，孔长一般为5～25m。
  ③长孔注水
  回采工作面的运输巷或回风巷，沿煤层倾斜方向平行于工作面打上向孔或下向孔注水，孔长30～100m；
  ④巷道钻孔注水
  由上邻近煤层的巷道向下煤层打钻注水或由底板巷道向煤层打钻注水。
5、注水系统
  注水系统分为静压注水系统和动压注水系统。
  静压注水：利用管网将地面或上水平的水通过自然静压差导入钻孔的注水叫静压注水。
  动压注水：利用水泵或风包加压将水压入钻孔的注水叫动压注水，水泵可以设在地面集中加压，也可直接设在注水地点进行加压。
6、注水设备
  煤层注水所使用的设备主要包括钻机、水泵、封孔器、分流器及水表等。
7、 注水参数
注水压力
注水压力的高低取决于煤层透水性的强弱和钻孔的注水速度。适宜的注水压力是：通过调节注水流量使其不超过地层压力而高于煤层的瓦斯压力。
 注水速度(注水流量) 
注水速度是指单位时间内的注水量。注水速度是影响煤体湿润效果及决定注水时间的主要因素，钻孔的注水速度随钻孔长度、孔径和注水压力的不同而增减。一般来说，小流量注水对煤层湿润效果最好。
  注水量
注水量是影响煤体湿润程度和降尘效果的主要因素。一般来说，中厚煤层的吨煤注水量为0.015～0.03m3/ｔ；厚煤层为0.025～0.04m3/ｔ。
  注水时间
  每个钻孔的注水时间与钻孔注水量成正比，与注水速度成反比。在实际注水中常把在预定的湿润范围内的煤壁出现均匀“出汗”(渗出水珠)的现象，作为判断煤体是否全面湿润的辅助方法。《煤矿安全规程》规定煤矿企业必须加强职业危害的防治与管
理，做好作业场所的职业卫生和劳动保护工作，作业场所空气中粉尘（总粉尘、呼吸性粉尘）浓度应符合表6-1要求，否则必须采取有效措施控制尘、毒危害，保证作业场所符合国家职业卫生标准。
粉尘中游离
SiO2含量（%）
最高允许浓度（mg2m-3）
总粉尘
呼吸性粉尘
＜10
10
3.5
10～＜50
2
1
50～＜80
2
0.5
≧80
1
0.3

工作面注水防尘是在煤层开采之前，打许多钻孔，注入高压水；在煤体内水依靠注水压力和毛细管力，克服裂隙面和孔隙通道的阻力及煤层瓦斯压力；水进入煤层后沿较大的裂隙以较快的流速逐渐包围裂隙分割的煤体，再以较低的流速进入各种细微隙，充分湿润煤体。煤层注水属于三维线性渗流，要考虑源汇项，毛细管和分子扩撒的综合作用。
8、注水减尘原理
（1）消除煤体内的裂隙中原生煤尘尘源。
（2）预防煤体在开采过程中所产生的次生尘源（浮尘）飞扬。
  （3）当注水后的煤体因开采而破碎时，脆性破碎变为塑性变形，减少了煤尘的产生量。
  9、煤层注水方式及其选择长孔注水是一种先进的注水方式，钻孔能湿润较大的煤体，获得较长的注水时间，煤体湿润均匀，采注无干扰。结合本煤层的赋存条件，本设计选择长孔注水。
  10、注水钻孔位置布置
  根据采煤工作面煤体的赋存条件选择长孔注水，钻孔布置在采煤工作面前方的回风巷沿倾斜方向平行于煤层工作面，孔间距为20m。

11、注水工艺及参数确定见下表
煤层注水工艺主要参数
项 目
单 位
指 标
钻孔直径
Φmm
55
长度
m
100
钻孔间距
m
20
钻孔角度
°
煤层倾角
封孔深度
m
＞5
注水压力
kpa
2400
注水流量
M3/h.m
0.008
注水号

315
注水时间
h
420

12、封孔方式如下图

三、煤层注水工艺方案
钻孔布置及钻孔参数
1、钻孔布置
  钻孔布置是根据煤层层理、节理、裂隙、孔隙分布等情况，充分考虑综放厚煤层的特殊条件，采用能较好湿润顶煤的穿裂隙钻孔布置，钻孔的长度及方向根据工作面长度、钻孔布置方式、煤层厚度及裂隙和孔隙分布等条件进行确定。XX煤矿305工作面钻孔布置在轨顺。
2、钻孔参数
  孔径：书55mm。
  钻孔长度：钻孔长度取决于工作面长度、煤层的透水性及钻孔方向。XX煤矿施工的注水钻孔长度：105m。
  孔间距：钻孔间距的大小取决于煤层的透水性、煤层厚度及煤层倾角等综合因素，杨村煤矿施工的孔闯距为15m。
  钻孔方位：平行工作面。
  钻孔倾角：施工中影响钻孔位移的的主要因素是钻杆的下沉。
  钻孔倾角按下式计算：
  Q=q±C 
式中Q——钻孔倾角；
q——煤层倾角；
  C——钻杆最大下沉角
松河西井煤矿钻杆最大下沉角3.5°。
开孔位置：底板上1.5m 
封孔方式：松河西井煤矿使用MKl-KFB型矿用砂浆封孔泵，用水泥沙浆封孔，封孔深度10 m。
材料配比：硅酸盐水泥，水泥：水=1：0.4。

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