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1604综采工作面煤层注水设计及安全技术措施一、1604工作面概况1、工作面位置1604回采工作面工作面北侧为未开采实体煤，南侧为1605工作面未开采实体煤及副斜井保护煤柱，东侧为井田东部采空区保护煤柱，西侧为井田中部采区开拓上山。工作面条带宽度135m，条带推进长度约867m，开采面积约0.117km2。2工作面地质条件（一）煤层赋存条件及结构根据1602、1603工作面开采以及1604运输、辅运顺槽巷道掘进揭露情况，1604工作面条带内煤层底板标高为+1120.0m～+1140.0m之间，煤层埋藏深度为150.0m～200.0m之间，平均埋深180m左右，倾角为6°～8°。依据井下施工构造揭露情况，1604回风顺槽及运输顺槽掘进过程中未揭露断层（在工作面进风巷现场看到断层）。1604工作面条带内可采16号煤层厚度4.75～6.64m，平均厚5.5m，含煤性优。16号煤层结构较复杂，含夹矸2～16层，夹矸主要为泥岩及炭泥岩。宏观煤岩类型以半暗型为主，半亮型次之。井田内开采的16号煤层化学性质：1、水分（Mad）：原煤水分平均为0.54%；2、灰分（Ad）：原煤灰分平均为26.88%，属中～中高灰煤；3、挥发份（Vdaf）：原煤挥发分平均为29.63%；4、全硫（St,d）：原煤硫分平均为2.41%，属中硫～中高硫煤；5、发热量（Qnet,d）：原煤低位分析干基发热量平均为25.3MJ/kg，属中高～高发热量煤。煤种属肥煤（FM），以炼焦为首选，洗选后的中煤、尾煤可用于发电良好的动力用煤和民用煤。16号煤层煤的容重为1.45t/m3。（二）煤层顶底板岩性1604工作面条带内16号煤层顶底板岩层大部分为泥岩、炭质泥岩；16号煤层底板为细砂岩，因此，16号煤层顶板为较稳定岩层。综上所述，1604回采工作面条带内16号煤层顶、底板岩石力学性质以软弱～半坚硬为主，工程地质条件中等。3其他开采技术条件⑴瓦斯2012年7月由内蒙古安科安全生产检测检验有限公司对本矿井进行了矿井瓦斯等级和CO2涌出量的鉴定工作，鉴定该矿井的相对瓦斯涌出量为1.24m3/t，绝对瓦斯涌出量为1.55m3/min；二氧化碳绝对涌出量1.65m3/min，二氧化碳相对涌出量1.32m3/t，属瓦斯矿井。⑵煤尘根据内蒙古安科安全生产检测检验有限公司对星光一号井送检16号煤层煤样的鉴定，鉴定该矿煤尘具有爆炸危险性。⑶煤层自燃倾向性根据内蒙古安科安全生产检测检验有限公司对星光一号井送检16号煤层煤样的鉴定，鉴定该矿煤层的自燃倾向性为Ⅱ类，属于自燃煤层。⑷地温井田内无高温异常，属地温正常区，井田内井下采煤无地热危害。4水文地质条件根据中国矿业大学2010年5月编制的《伊盟西部煤炭工业运销公司一矿16煤层奥灰带压开采安全性评价》报告和内蒙古自治区煤炭工业局文件《关于〈伊盟西部煤炭工业运销公司一矿16煤层奥灰带压开采安全性评价〉报告的批复》（内煤局字[2011]307号），“16#煤层底板奥灰最大突水系数为0.044Mpa/m，因此，在认真执行《煤矿防治水规定》的前提下，可以正常带压开采”。本地区水文地质类型划分为第一～第二类第一型，即孔隙～裂隙充水矿床，水文地质条件简单型。1604工作面是本矿井16煤一采区的第4个回采工作面，工作面上、下顺槽在掘进中，顶板出现淋滴水现象。根据矿方提供，井下1604工作面实测涌水量约为17.0m3/h。5工作面巷道布置1604工作面采用综采放顶煤采煤方法。顶板管理采用全部垮落法。本矿井顶板岩性多数对顶煤的冒放性较好。工作面采用一次采全高综采放顶煤采煤方法。1604回采工作面可采期为1.5a。工作面的走向长度867m。倾斜长度为135m。根据井下1604综采放顶煤回采工作面巷道布置情况，工作面顺槽采用单巷布置，后退式开采，共布置2条顺槽巷道，其中一条1604下顺槽为胶带运输顺槽（进风），运输顺槽装备顺槽可伸缩胶带输送机运输煤炭，兼作进风和工作面人员行进的通道；另外一条1604上顺槽为辅运顺槽（回风），作为工作面设备及材料的运输通道，兼作工作面回风。1604工作面运输、辅运顺槽均沿16号煤层底板布置，顺槽走向90°，其中：1604辅运顺槽与16煤轨道上山直接搭接，并通过回风绕道与16煤回风上山连通；1604运输顺槽直接与16煤胶带运输上山相连，并通过联络巷刮板转载机与主斜井皮带联系。从而形成工作面正常生产所需的运输、通风、行人等系统。①运输顺槽（进风）1604运输顺槽（进风）采用矩形断面，断面净宽3200mm，净高2800mm，净断面积8.96m2，采用锚网支护，顶部加锚索；局部过断层及破碎段采用11号矿工钢梯形钢架棚支护，临时支护采用锚网联合锚索支护，支架间距1.0m，支架外侧采用钢带或C20钢筋混凝土背板。顺槽内铺设带宽B=1000mm可伸缩胶带输送机，可伸缩胶带输送机在顺槽内侧布置，用于工作面的煤炭运输。顺槽内敷设照明、信号通讯等电缆，以及消防洒水管路、压风管路、注氮管路以及顺槽水窝排水管路。②轨道辅运顺槽（回风）1604轨道顺槽（回风）采用矩形断面，断面净宽3200mm，净高2800mm，净断面积8.96m2，采用锚网支护，顶部加锚索；局部过断层及破碎段采用11号矿用工字钢梯形钢架棚支护，临时支护采用锚网联合锚索支护，支架间距1.0m，支架外侧采用钢带或C20钢筋混凝土背板。顺槽内敷设轨道，用于回采工作面的辅助运输和回风，顺槽内敷设有动力电缆以及消防洒水管、黄泥灌浆管路。工作面主要巷道断面特征表见表2-1所示。工作面主要巷道断面特征表2-1序号巷道名称断面形状断面尺寸(mm)支护方式掘进断面（m2）净宽净高1运输回风顺槽矩形32002800锚杆+顶部锚索8.962辅运进风顺槽矩形32002800锚杆+顶部锚索8.963开切眼矩形56002400锚(索)杆+支柱13.444设备撤出巷矩形40002400锚杆9.66、回采工艺1604综放工作面采用端部斜切进刀单向割煤的方式，工作面设计生产能力为0.564（Mt/a），综放工作面顶煤回收率目标位93.0%。1604综放工作面回采工艺流程为：采煤机下端头斜切进刀→正常上行割煤→移架→推前部输送机（斜切进刀段）→放顶煤→拉后部输送机→采煤机返向下行清浮煤（采煤机割煤至机尾后）→推前部输送机→下端头斜切进刀。设计确定放煤步距为一刀一放，即放煤步距为0.6m。生产中视工作面矿压与回采率测定情况调整优化放煤步距。采高定为2.2m，放顶煤厚3.3m，采放比1：1.5。1604采煤工作面1进、1放为一个循环，每班一个循环，每刀进尺为0.60m，日循环进尺为1.80m，工作面年推进度576m。二、钻机型号及规格1、选择KHYD75dIA型煤矿用岩石钻机，钻孔深度30～80m（煤层）,钻头使用直径φ55mm钻头。2、由于该采面所采16#煤层属肥煤，根据公式计算得：n=(1-Pg/P)×100%=(1-1.53/1.64)×100%=6.7%3、16#煤层孔隙率为6.7%,大于4%，所以该煤层注水较易，采用动压注水。三、注水参数确定1、钻孔布置。采用超前双向钻孔注水，在1604工作面两顺槽距工作面推进线20—30米处开始布置注水眼。钻孔布置在运输顺槽内距底板(即煤层底板)1.3m左右高度处，在轨道顺槽内距底板(即煤层底板)2m左右高度处。2、钻孔长度L。钻孔长度取决于工作面长度、煤层透水性及钻孔方向。1604综采面切眼长度为135m，为保证两顺槽巷注水钻孔形成“交臂”，根据要求设计每钻孔长度为60m。3、钻孔间距B。两巷双向交叉钻孔，钻孔间距B取20m。4、钻孔水平转角。为避免回采工作面推进过程与注水钻孔平行接触，防止工作面煤壁片帮，保持在工作面推进方向上注水量的均匀性，一般取注水孔的水平转角为70°～75°。5、钻孔倾角。运输顺槽钻孔仰角1°30，确保孔底距煤层顶板0．5～1m。轨道顺槽钻孔俯角1°，确保孔底距煤层底板0．5～1m。6、封孔方法与封孔长度。在煤层完整性和钻孔质量较好的条件下，选用ZFII-22、ZF-A10型橡胶水力膨胀封孔器封孔，封孔长度取5～6m;在煤层完整性和钻孔质量较差的条件下，采用水泥注浆泵注浆封孔，封孔长度取8～10m。四、注水参数1、注水超前回采工作面的合理位置。预注水超前工作面位置的确定是注水工作中一个关键的技术问题。预注水位置的选择既要考虑顶煤在前方支承压力作用下裂隙的发展变化，又要考虑有足够的时间使注入煤体的水能够充分润湿煤体。对于综放工作面，顶煤在工作面前方的变形具有明显的渐进性和分区性。实际的最佳注水位置应根据实测的支撑压力曲线和顶煤位移曲线确定。根据不同硬度煤层支承压力的分布特征、顶煤变形规律和测试结果。制定硬煤、中硬煤和软煤预注水超前工作面的合理注水区域位置见表1。项目注水起止位置软煤中硬煤硬煤开始注水超前工作面(m)40～6030～5020～35停止注水超前工作面(m)10～208～153～1016#煤的单轴抗压强度为13.7MPa，属于中等硬度煤层。因此确定开始注水超前工作面煤壁的距离为40～60m，停止注水超前工作面的距离为8～15m。2、单孔注水量。单孔注水量Q按下式计算：Q=K·L·B·H·γ·q式中：Q—单孔注水量，m3K—系数（包括漏水及钻孔前方煤体吸水），取1.1；L—钻孔长度，取L=60m；B—钻孔间距（湿润煤体的宽度），20m；H—煤层厚度，取采高H=3.65m；γ—煤的密度，γ=1.46t/m3;q—吨煤注水量，取q=0.015m3/t。根据钻孔参数分别计算得出的钻孔间距为20m时，注水量分别为105.51m3。3、注水时间。钻孔注水时间与注水量成正比，与注水速度成反比。首先应根据煤层的渗透特性和钻孔长度选择注水泵，选定注水泵后即可确定每孔的注水时间，在实际操作中注水时间以煤壁“挂汗”时为止。根据t=Q/q，q为注水泵的流量，选用5D-2/150型注水泵，泵的流量为2m3/h，注水时间为53h。4、注水压力。注水压力的高低取决于煤层透水性的强度和钻孔的注水速度。主要与煤层的透水性及瓦斯压力有关，为了提高煤层注水的湿润效果，采用常压带动压注水。在所取的注水流量条件下造成的注水压力是否符合该煤层的注水要求，需通过注水实践来确定。一般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。取注水压力为3～10Mpa。我矿使用注水泵最高压力可达12Mpa，能够满足该双向长钻孔动压注水的需要。5、注水速度(注水流量)注水速度是指单位时间内的注水量，影响煤体湿润效果及决定注水时间的主要因素，在一定的煤层条件下，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。动压注水速度为0.002～0.24m3/(h·m)五、注水系统注水系统由注水泵（含压力泵、输水软管、压力表、安全阀、溢流阀等）、高压钢丝胶管、高压水表、快换三通、球形截止阀、橡胶自动封孔器组成。注水系统主要设备参数数量及规格如下：1、5D-2/150注水泵:1台,额定流量2ｍ3/ｈ,额定排出压力15ＭＰａ,布置在1604回顺、运输两顺槽交替使用。2、自动封孔器：4支，型号ZFII-22，内径22ｍｍ，外径39ｍｍ，适用孔径42～50ｍｍ。3、高压水表：1块，型号DC-4.5/20.4、高压水管：干管规格3×25×18（钢丝层数×内径×压力），每根长10ｍ，总长度根据注水泵位置至采面注水孔的距离而定。支管规格3×16×26，每根长10ｍ。5、减压阀：8个，直径25ｍｍ。可以在0～20ＭＰａ之间任意调节。6、截止阀：QJ-16，5个。7、快换三通：KJ3-16,3个。25ｍｍ变16ｍｍ三通、22ｍｍ变16ｍｍ两通各10个。六、安全技术措施1、对打钻注水设备及所需材料如：仪表、钻头、钻杆及备件要齐全，详细检查，做到安全可靠。2、安装钻机和注水泵处要加强支护，并检查巷道周围的隐患，防止片帮冒顶，确保足够的工作空间。3、妥善安排好打钻注水系统。如设备管线的布置、供电、供水便于操作，便于移动，确保