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煤层注水设计
第一节 设计基础资料和主要内容
一、设计基础资料
1.煤的物理机械特征(煤的透水性、原始水分、孔隙率、湿润边角、硬度、裂隙发育情况、煤的饱和含水率)、顶底板的物理力学性质(透水性、孔隙率、硬度、自然含水率、饱和含水率)、煤尘爆炸指数。
2.煤的赋存条件,包括倾角、厚度、构造及稳定性等。
3.矿井开拓系统、采区巷道布置及采煤方法。
4.工作面产量、推进度、通风方式,进、回风巷几何尺寸和支护形式。
5.水源及供水系统。
二、煤层注水设计主要内容
1.煤层注水方式选择。
2.煤层注水工艺及参数计算。
3.煤层注水设备及供水管径的选择。
4.绘制煤层注水系统图。
5.编写煤层注水设计说明书。
三、煤层注水设计应注意的问题
1.煤层厚度小于0.6m时,不宜注水。
2.煤层孔隙率小于4%时,其透水性接近于零,此时不宜注水。
3.煤层孔隙率大于或等于40%时,煤层成为多孔均质体,天然含水率已达1,此时已无需注水。
4.煤层湿润边角θ≥90°时,为不可湿润煤体,注水防尘效果不好。
5.长孔注水,孔长不能小于待注水煤层工作面倾斜长的2/3。
6.应有比较充裕的注水时间。
第二节 煤层注水方式及其选择
一、煤层注水方式
煤层注水方式是指钻孔的位置、长度和方向。我国目前使用的注水方式有长孔注水、短孔注水(浅孔注水),深孔注水和巷道钻孔注水四种方式。
1.长孔注水
在采煤工作面前方的进风巷,或回风巷沿煤层倾斜方向平行于煤层工作面打钻。长孔注水分为单向和双向长孔注水两种形式,如图3―1所示。
2.短孔注水(浅孔注水)
沿采煤工作面与煤壁垂直或或斜交打钻孔孔注水,孔长一般为2m~3.5m,如图3―2a所示。
3.深孔注水
沿采煤工作面、垂直工作面煤壁打孔,孔长一般为5~25m,如图3―2b所示。
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注水,在一个钻场可打多几个垂直于煤层或扇形布置方式的钻孔,通过钻孔进行注水,如图3―3所示。
二、注水方式的选择
长孔注水是一种先进的注水方式,钻孔能湿润较大区域的煤体,获得较长的注水时间,煤体湿润均匀,采、注无干扰,所以为各国广泛采用。缺点是打长钻孔的难度大,定向打钻困难,对地质条件的适应性差。
短钻孔注水适用于煤层赋存不稳定、地质结构复杂、煤层薄、产量较低的采煤工作面,或者工作面顶、底板为易吸水膨胀岩性时。由于短孔注水压力低,所以其工艺装备简单,具有较大的适应性和灵活性。缺点是钻孔数量多,湿润范围小,钻孔长度短,易跑水;由于注水必须在准备班进行,容易与回采作业发生矛盾,对生产能力高的工作面不适用,加上降尘效率不如深孔和长孔注水,所以正规工作面已较少采用。
深孔注水钻孔较长,要求煤层赋存稳定。它可适用于各种工作面顶、底板状态。与短孔注水比较,其钻孔数量少,湿润范围大且均匀,降尘效果较好。但它对注水压力要求较高,注水工艺装备较复杂,而且采用这种方式的前提是作业循环中要有准备班。
巷道钻孔注水费用高,尽管可以小流量长时间注水,注水效果好,但采用较少。
第三节 注水工艺及参数确定
一、长孔注水工艺及参数确定
1. 钻孔直径
钻孔直径主要由钻机、钻杆直径所决定。我国采用岩石电钻打孔时,孔径一般为45mm左右,用钻机打钻时,孔径为53~60mm,少数大于70mm。
在孔径选择时,要考虑煤的硬度、破碎情况、封孔技术及注水量等因素。通常,如果煤的硬度大、注水量大、封孔技术好孔径可取较大一些,反之宜取较小的钻孔直径。根据我国目前统配煤矿注水实情,钻孔直径均在45~75mm之间。
2.钻孔长度
单向钻孔注水时孔长的计算。
L=Ll—M (3-1)
式中 L——钻孔长度,m;
L1——工作面长度,m;
M——与煤层透水性和钻孔方向有关的参数,透水性弱的煤层上、下向孔,M均取20m;对透水性强的煤层,上向孔取M≥20m,下向孔M=(1/3~2/3)L1。
根据我国的注水经验,钻孔长度为30~100m,即工作面长度的1/3~9/10的范围。
3.钻孔间距
在实际注水中,合理的钻孔间距一般通过实践来确定。我国矿井注水采用的钻孔间距大多为10~25m,设计时可按15~20m考虑。
4.钻孔角度
钻孔角度原则上与煤层倾角保持一致,使钻孔始终保持在煤层内,以免穿透顶底板;考虑到钻杆的下沉,开口位置宜靠近煤层上部;煤层有夹矸时,应使钻孔穿透夹石,以使各自然分层均被湿润。
5.封孔深度
封孔深度一般通过试验和生产实践确定,我国煤矿封孔深度一般为2.5~10m。
6.封孔方式
煤层注水是通过密封在钻孔内的注水管将水注入钻孔并渗入煤体。封孔即把注水管封在钻孔内。封孔方法有两种,即水泥砂浆封孔和封孔器封孔。
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