31109工作面煤层注水设计

汾西矿业集团高阳煤矿31109工作面煤层打钻注水设计通风区编写：乔建国队长：审核：通风区：调度室：安监处：安全副总：通风副总:批准：总工程师：31109工作面煤层注水设计一、 工作面概况：1、煤层赋存及顶底板情况：本工作面开采太原组 9－10－11# 煤层总厚度8.3米，煤层结构复杂 ，煤岩层倾角6°，煤层平均走向长1178米，切眼长200米。

煤种为瘦煤，稳定可采。

煤层顶、底板情况： 煤层顶底板情况 顶底板名称 岩石名称 厚度（m ） 岩 性 特 征 老 顶 石灰岩 11.44 致密坚硬具裂隙充填有次生方解石脉含石并夹钙质泥岩 直接底 黑色泥岩 5.96 灰黑色泥岩:致密、性脆、有根部化石 老 底 中砂岩 含黄铁矿钙质胶结含方解石脉2、地质构造：本工作面地质构造较复杂，陷落柱发育。

煤岩层总体为一单斜构造区，产状为走向北西，倾向北东，煤层倾角平均约6°，根据上组煤地质资料（原三采区）及相邻31107、31111工作面地质资料分析推断，预计31109材料巷道掘进中将揭露3个陷落柱，31109运输巷掘进中预计将揭露2个陷落柱，陷落柱共计影响长度约260米。

3、地面、井下位置及四邻采掘情况：该工作面北邻31111工作面（已采），南邻31107工作面（已采）西部为南头、赵西沟保护煤柱，东为三采区大巷保护煤柱，地面位置位于贤者村西北约2000米，南头村南约100米。

4、水文地质：本工作面上覆含水层为煤层顶板K2灰岩，其上部还有K3、K4灰岩含水层，其含水量丰富，但补给不足，以静储量为主，掘进过程中会通过裂隙联通含水层，出现顶板淋水，淋水逐渐减小，最大涌水量约10 m³／h；下伏含水层为奥陶系峰峰组石灰岩，其含水量丰富，煤层带压开采。

5、本工作面煤层具有发火倾向和自燃发火现象，发火期为4～6个月。

煤尘具有爆炸性，爆炸性指数为9#18.32% 、10#18.70% 、11#18.44%。

二、煤层注水方式：1、根据工作面实际情况，311109工作面选用由材料巷打钻孔布置的注水方式，单面注碱面水。

2、该工作面使用两泵注水，注水泵控制10个注水孔。

三、煤层注水参数：1、钻孔直径：Ф50mm2、钻孔长度：按规程规定，注水孔长度大于工作面倾斜长的2/3，工作面倾斜长为140m，如遇到特殊地质情况，可根据现场实际进行打钻深度调整。

3、钻孔间距：本设计取10m4、钻孔倾角：根据材运两巷煤层地质情况及数据测算理论开孔角度为5°，后期随时根据采掘实测剖面图及地质变化情况随时调整开孔角度。

5、钻孔布置：见《钻孔平面布置图》、《钻孔剖面布置图》6、开孔位置：（1）首孔从工作面往后约60米处开始施工第一个孔，此后每隔10m开一个孔，直至把所有设计钻孔施工完毕。

（2）由于煤层厚度在2m以上，开孔位置距顶板（1/4-1/3）煤层厚度。

因本煤层厚约2.7米以上（开采厚度），为方便架设钻机施工，故开孔高度距底板1米处。

7、注水超前工作面距离：本设计取100m.8、封孔长度及步骤：（1）封孔长度：本设计取8-10m，采用膨胀式封孔器。

（2）封孔步骤：a、将封孔器送入钻孔，接上注水管再推入钻孔设计位置。

b、利用注水泵压力使封孔器膨胀封住钻孔。

9、注水系统及注水量：（1）、注水系统：地面钻孔5寸供水→东大巷→北采集中轨道→三采轨道→311109材→注水孔。

（2）、单孔注水量：Q = L·B·M·γ·△W·K式中：Q ——单孔注水量，t；L ——钻孔长度，m；B ——钻孔间距，m；M ——煤层厚度 mγ——煤的容重，t／m3；γ = 1.35 t／m3△ W---水分增加平均值△W =1％K ----湿润范围内不均匀系数 K =1.231109材料巷：Q 单= 140×10×8.3×1.35×0.01×1.2＝ 188 m3/孔Q 总 = 95孔×188＝17860m3（3）注水压力（终压）: P=）注K L aq br b h ...1ln(11+ 式中： P---注水压力（终压）(kg/㎝³)；b---渗透系数随水压增加的指数系数， b=0.0374；h r ---水的比重，r 水=0.001(kg/㎝³)；1q ---单位注水孔长度，单位煤层厚度，单位时间内的1/2注水量，（g/h ﹒㎝2），取泵流量4.5(t/h)，则：31109材料巷：1q =0.075(g/h ·cm2)；注L ---注水区域半径，(cm)；注L =1500/2=750（㎝）；K ---湿润范围内不均衡系数， k=0.92；a---渗透系数初值，(cm/h)，取 a 值为：a = 0.0000822*EXP(0.00465×210)=2.18×10-4（cm/h ）； P= P=0374.01ln （1+4-1018.2075.0001.00374.0⨯⨯⨯×750×1.05） =45.6（kg ·f/m 2）=4.6 (MPa)采用动压注液,终压5MPa 。

在现场实际注水中，注水压力过大容易造成伤害事故,而由于煤层孔隙率和煤样的差距，注水终压可视实际情况在4.6 -5 MPa 之间进行调节。

（4）注水时间及注水工作安排：该工作面使用两泵注水，注水泵控制10个注水孔，单孔月注水量约188m³，该工作面注水超前距为100m，每月根据回采实际需完成10个注水孔，该工作面使用的2BZ-40／12型脉冲式注水泵，注水泵额定能力为24m³/h，为保证回采工作顺利进行及实际情况，每天按2班注水，每班实际注水时间不少6小时，单孔注水量约0.56 m³/h, 单孔每天注水量约为6.7m³，完成注水量需要约28天，可以保证超前注水，注水后煤层水份总量不得低于4%，完成10孔注水工作后，倒泵并安装下一组注水系统。

10、钻机及注水设备（1）、钻机：选用ZYJ—770/180架柱式液压回转钻机。

（2）、钻杆直径：Ф42mm（3）、钻杆长度：0.5m（4）、注水工具：封孔器、压力表、流量表、脉冲注水泵。

（5）、注水泵：选用2BZ-40／12型脉冲式注水泵。

（6）、钻头直径：Ф50mm（7）、注水管路：Ф13mm液管（8）、封孔器：膨胀式封孔器 MQF—1型号（9）、管路接头：采用配套快速接头11、阻化剂的选择及浓度及注碱量：为提高煤层注水的效果。

考虑到本工作面煤层有自燃发火倾向，采用注纯碱溶液来抑制，根据我矿实际情况和注液吨煤成本，选择纯碱（Na2CO3）作为阻化剂,浓度可控制在5%-20%之间,考虑到成本问题,暂把浓度控制在5%,以后根据效果适当调整。

由于井下注水水温达不到完全溶解碱面温度，注水时碱面容易在过滤器中沉淀，使实际注水量比理论注水量少。

（1）单孔注碱量：Q = L·B·M·γ·△W·K·Z·R式中：Q ——单孔注水量，t；L ——钻孔长度，m；B ——钻孔间距，m；M ——煤层厚度 mγ——煤的容重，t／m3；γ = 1.35 t／m3 △ W---水分增加平均值△W =1％K ----湿润范围内不均匀系数 K =1.2Z----煤层孔隙率4%R----N2CO3= 5%31109材料巷：Q = 140×10×8.3×1.35×0.01×1.2×0.04×0.05×1000＝376㎏/孔 Q总=95 孔×376/1000=46T四、施工方法及注意事项：1、注水孔位置必须按设计要求选定。

2、打钻前，对钻探地点顶板、巷帮进行加固，将钻机固定牢靠后，进行试运转，确定钻孔角度后方可开始施工。

3、钻机钻进过程中，施工人员要集中精力，注意钻机及钻杆的旋转情况，发现异常立即停机，查明原因并处理后方可开机。

4、钻孔施工完毕后，必须对钻孔进行验收，并记录在打钻记录台帐本上。

5、严禁带电搬移钻机，以及利用钻机反转进行拆卸钻杆。

6、在启动脉冲式煤层注水泵前，应确保注水钻孔封孔严密，注水管路系统完整连接可靠。

7、使用过程中应注意观察脉冲式煤层注水泵机体内油面位置并及时向柱塞润滑油池内加入足够的润滑油。

8、注水时要经常观察孔口情况，若本巷道或对面巷道发现出水要立即停注，无异常情况后再进行复注。

9、脉冲式煤层注水泵在运行过程中不允许无水运转，否则将烧毁水泵。

10、每10天清洗注水泵上的过滤器，防止过滤器堵塞。

11、注水时各部件联接必须牢固，如发现泄漏，及时处理；如现场不能立即处理的，必须立即汇报并暂停注水工作。

12、注水碱面水浓度控制在5%左右，同时有注水孔在注水过程中溢流的堵漏装置。

13、注水人员每班要认真观测注水流量及注水压力的变化，并及时填写井下牌板，出井后立即填写煤层注水台帐。

14、每个注水孔必须安装流量表和和压力表，并符合煤矿安全标准，每组注水孔必须挂牌管理，注明当班注水量、孔深、注水人、单孔累计注水量等。

15、为确保工作面标准化进程，每隔100米挖一条横水沟。

16、其余严格执行《煤矿安全规程》和《注水工岗位作业标准》中的有关规定。

六、水害避灾路线31109材料巷——31109材回——三采回风——三采总回——地面。