综采工作面浅层动态煤层注水技术研究与应用

2021-10-27 17:13姜福领
科技研究·理论版 2021年13期
关键词:综采工作面技术研究

姜福领

摘要:煤炭在我国工业建设中占据不可动摇的地位,依托煤炭资源进行国民建设依然是近一个阶段和时期内的主要方式和手段,但随着人民生产生活水平的不断提升,煤炭的高死亡率和恶劣的劳动环境越来越多地受到人民和社会病垢,特别是尘肺病对劳动者健康的影响,已成为广大煤炭生产建设单位不得不重视和考虑的重点和难点问题,利用煤层注水技术达到降尘、改善作业环境已被写入煤矿安全规程,作为一项强制措施,本文以永煤集团顺和煤矿 2102 综采工作面为例重点就浅层动态煤层注水这一技术方案制定进行技术分析。

关键词:综采工作面; 煤层注水;技术研究

一、问题的提出

顺和煤矿隶属河南永煤集团,设计生产能力 0.6Mt/_,地质条件中等, 主采煤层二 2 煤,平均厚度 2.6m,井下标高在 -631.1 ~ -549.8m 之间。为减少 2102 综采工作面生产期间产尘量,降低粉尘浓度,改善工人作业环境,减少采煤机械磨损,根据《煤矿安全规程》、《煤矿安全质量标准 化基本要求及评分办法》中综合防尘相关规定:采煤工作面应按规定采取煤层注水防尘措施。

二、煤层注水应注意的问题

煤层厚度小于 0.6m 时,不宜注水;孔隙率小于 4% 时,其透水性接近于零,不宜注水;孔隙率大于等于 40% 时,煤层成为多孔均质体,天然含水率已达 1,无需注水。注水前应根据各单位煤层赋存条件和煤质特性,选择合适全理的注水方案。

短孔注水适用于煤层赋存不稳定、地质结构复杂、煤层薄、产量低的采煤工作面,由于短孔注水压力低,所以工艺简单,具有较大的灵活性和适应性,缺点是钻孔多,湿润范围小,易跑水,容易与回采发生矛盾。三、注水主要技术参数依据煤层注水方式是指钻孔的位置、长度和方向,我国目前使用较多的注水方式有长孔注水、短孔注水、深孔注水和巷道钻孔注水四种方式。根据顺和煤矿煤质特点,2102 综采工作面短孔注水参数做如下设计。

1、钻孔直径:主要由钻机和钻杆决定,应考虑煤的硬度,破碎情况, 封孔技术、注水量等因素,一般取 40~50mm,该工作面取 43mm。

2、钻孔深度:L = Lc+0.25

式中:L 为钻孔深度,Lc 为工作面每日推进度(按每天 5 刀煤计算)。L=5×0.6+0.25=3.25m

2102 综采工作面孔深暂定 5m,误差 ±0.5m。

3、钻孔间距:综采工作面注水经验值 2102 综采工作面注水孔间距取5m. 误差 ±0.5m(在瓦斯浓度较高及煤层灰分较大区域,可适当减小注水孔间距)。

4、每孔注水量:q=K×n×Vb×100%

式中 :q 为每孔注水量;K 为漏水系数,取 1.2;n 为湿润系数,取 2.5%; Vb 为湿润体积,Vb =L×B×M(L 为钻孔深度,B 为钻孔间距,M 为煤层厚度).L=1.2×2.5%×5×4×2.6=1.6m³

2102 综采工作面每孔注水量暂定为 1.6m³,也可以压力值到达和周围煤壁反应为准(根据实际生产确定)。

三、注水方案及主要设备

本工作面煤层注水以动压浅孔注水为主,即由作业人员持 Z0sJ-100/2.5s 架柱支撑气动手持式钻机,配合 ①43mm×1m 的麻花钻杆(配备①43mm 钻头),在工作面煤墙侧施工一排注水孔,注水孔三花布置,孔距 5m,誤差 ±1m,孔深 5m,误差 ±0.5m,分别位于底板向上 1.5m、2m 位置,注水孔距工作面上下端头煤壁 10m,误差 ±2m。2102 轨道运输顺槽设备列车喷雾泵作为注水泵,自喷雾泵上引出 ①25mm 高压胶管作为注水系统主管路,作为注水主水源,注水主管路上备齐单向阀、高压水表。 设备列车至工作面上端头主管路采用 ①25mm×10m 的高压胶管,工作面主管路借助液压支架喷雾水供水管路,在液压支架喷雾水供水管截止阀处接 ①10mm 的高压胶管作为注水管路,同时在注水管路上接人压力表。单孔注水压力不低于 5MP_,注水时间不低于 10~15min,使用 FKss-40/15 型封孔器进行封孔。

所需相关设备如下:

1、打眼钻机:Z0sJ-100/2.5s 架柱支 撑 气 动 手 持 式 钻 机。 配①43mm×1m 麻花钻杆、①43mm 钻头。2、封孔设备:FKss-40/15 型封孔器进行封孔。

3、注水泵:BPw320/6.3 喷雾泵及 0x320/20A 清水泵箱

四、注水相关技术要求

1、封孔长度及方法:煤层动压注水使用 FKss-40/15 型封孔器进行封孔,将封孔器送人钻孔,接上注水管,利用注水压力使封孔器膨胀封住钻孔, 封孔长度 2m。

2、注水压力及流量:采用动压注水,注水压力不低于 5MP_。采用调节钻孔的注水流量(通过调节球阀来实现)来控制注水压力,注水时从低压逐渐升压,直至注水压力稳定为止。

3、注水时间要求:根据生产情况,注水时间 10~15min,如果设计注水时间内煤壁出水或相邻钻孔出水,煤壁片帮,则立即停止注水。

五、结论

1、深人研究了煤层注水及降尘机理,对不同的注水方式进行了分析, 结合 2102 综采工作面的实际情况,对 2102 工作面煤层注水方案进行了参数设计:2012 工作面采取工作面煤壁短孔注水;钻孔深度 6m;钻孔间距 4.5m;单孔注水量 1.6 m³;单孔注水时间 20min;注水压力 5Mp_;封孔长度 2m。

2、2102 综采工作面煤层注水的参数设计,为 2102 工作面安全清洁高效开采提供了技术保障,同时也为后续工作面的回采提供了技术参考。

参考文献:

[1]孙文标; 刘辉.煤层注水在煤矿安全中的应用及浅析[J].煤矿安全2004,12(2):12-19.

[2]陈炎光,钱鸣高.中国煤矿采场围岩控制 [M]. 徐州:中国矿业大学出版社,1994.

[3]高海滨.采煤工作面深孔注水技术研究 [D]. 准南:安徽理工大学,2007.

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