深孔高压注水

深孔高压注水（精选七篇）

深孔高压注水 篇1

1 工作面概况

15091工作面位于上山采区, 煤层赋存不稳定, 煤层倾角4～9°, 平均7°, 煤层厚0～8.8 m, 平均厚度为3.0 m, 煤层局部有夹矸, 煤质较软, 硬度系数f=0.234。该工作面回采二1煤层, 其伪顶为0～1 m厚的泥岩, 随采随落;直接顶为2.2 m厚的泥岩;基本顶为19.3 m厚的粉砂岩和中砂岩。其直接底为6.2 m厚的硅质泥岩和粉砂岩泥岩, 基本底为4.3 m硅质泥岩。煤层埋藏深度192～319 m, 工作面走向长770 m, 倾斜长140 m, 可采储量371 952.5 t, 使用ZF2800-14.5/23轻型放顶煤支架。

2 煤层深孔注水工艺原理

(1) 压裂。

高压水注入煤体后, 当注水压力大于煤体所承受的压力时, 由于煤质软、含水量小, 煤层便会产生新的裂隙, 从而破坏煤体的原始结构, 降低煤体的强度。在初期的浅孔注水过程中, 由于孔距宽、打孔浅、注水量小, 煤体整体含水量不均匀, 煤体整体性能不稳定。改用回风巷、运输巷深孔高压注水技术后, 从根本上弥补了上述缺点, 达到了预期目的。

(2) 吸附和黏结作用。

由于煤体中含有大量的矿物质黏土, 其粒径非常小, 所以它的表面积很大, 能吸收大量的水分子, 而且根据煤质组成分析, 新安煤矿煤体中含有很多遇水黏度增加的矿物质, 这些物质遇水以后形成结晶水物质、层间结合水物质等, 使矿物质与煤体在吸收大量水分以后, 整体性增强, 煤体的黏结力提高。

3 煤体深孔注水参数

(1) 煤层的深孔注水长度、位置和角度。

回采工作面的煤层深孔注水孔布置方式分为单向、双向钻孔布置方式。该工作面采用单向布置方式, 但钻孔长度不小于工作面倾向长度的2/3, 工作面倾斜长度按140 m计, 对应的钻孔深度不得低于94 m。钻孔平行于煤层倾向布置, 施工要求按煤层倾角进行施工, 钻孔距巷道顶部约0.8 m, 角度控制在7°左右。在施工过程中应密切关注钻进情况, 发现钻孔上仰钻顶或下扎钻底, 应及时调整钻孔角度。

(2) 注水孔距及封孔距离。

根据新安煤矿15091工作面的顶底板特征, 按照煤层的透水性特征及煤层裂隙发育情况, 确定煤层注水钻孔间距控制在10 m左右。在实际的回采过程中, 验证此距离为合适的距离。

(3) 注水压力和注水量。

从注水机理可知, 在煤层深孔注水的初期是以压裂为主, 后期以湿润和黏结为主。在压裂阶段, 注水压力主要取决于煤体的抗拉强度极限与上覆岩层的压力之和, 压力一定时才能使煤体原生裂隙扩大和层理加宽。因此初期压力暂定为12 MPa。后期主要是湿润和提高黏结性为主。注入水体通过裂隙与煤体中的矿物质发生化学作用阶段, 破碎煤体的黏结性、整体性得到增强, 此阶段的压力暂定为8 MPa。通过为期1个月的验证, 此压力符合煤体湿润和黏结的要求。煤层的饱和含水率与煤层的自然含水率之差即为煤层注水百分比, 再考虑注水的湿润半径范围和需要软化处理的过程, 因此煤体注水量可按式 (1) 近似计算:

Q=2 (W饱-W自) RHLK (1)

式中, Q为每孔注水量, m3;W饱为煤层饱和含水率, %;W自为煤层自然含水率, %;R为注水孔湿润半径, m;K为不均匀系数 (煤层实际达到饱和含水率的比率) , %;L为注水孔受水长度 (注水孔实际长度减去封孔段长度) , m;H为煤层厚度, m。

新安矿预备队15091工作面的实践证明, 每孔注入228 m3的水量合适。其标准是:以煤墙帮相邻钻孔是否出现潮湿或渗水现象为主要依据判断注水是否注好。

4 煤层深孔高压注水工艺

(1) 使用ZDY-3200型钻机打注水孔。

(2) 采用封孔器和高速凝聚水泥进行封孔, 封孔器直径为75 mm。

(3) 选用7BZ-4.5/16型煤层注水泵注水, 水源为14采区抽出的底板水, 经输入管路加压送至15采区15091工作面回风巷注水泵, 经过二次加压后注入孔内。

5 结语

(1) 松软煤层深孔高压注水防治煤墙片帮技术在理论上是成立的, 在技术上是可行的, 在实践上是可操作的。

(2) 使用煤层深孔注水技术对松软煤层加大注水以后, 煤体黏结性增加, 回采过程中很少出现煤墙片帮现象, 同时防止碎矸流入煤体中, 提高了煤体质量。

(3) 煤层注水使生产中煤尘浓度大幅度下降, 改善了工作面的劳动环境, 既有利于防尘又有利于安全。

摘要：煤质软、含水量小、煤体容易破碎等因素造成工作面回采煤体时容易出现片帮现象。针对新安矿采煤工作面煤墙容易出现片帮的现象, 采取了煤体深孔高压注水的方法以增加煤体的黏结性和整体性。重点论述了深孔高压注水的工艺原理及施工过程。

关键词：松软煤层,深孔高压注水,煤体黏结性

参考文献

[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2000.

深孔煤层注水技术及工艺 篇2

我国从某种程度上来说是煤炭生产与消费的大国之一, 目前煤炭与石油是我国能源生产消费的主要形式, 然而作为我国煤炭开采主要方式的井工开采有着诸多缺陷, 比如在开采的过程中会产生很多矿尘, 这些具有爆炸性的矿尘不仅危及矿井, 还造成大量的成员伤亡。煤层注水技术是目前最为有效最为基本的防尘手段, 此外还能够有效防止瓦斯突出及防治冲击地压。煤层注水一般有长孔注水、短孔注水及深孔注水等形式, 而深孔煤层注水的孔深通常在十米左右, 是对工作面前方煤层支承压力区域内注水, 相比于其他煤层注水有一定的特殊性, 本研究以此为切入点, 探讨深孔煤层注水在防治瓦斯及软化中硬煤层方面的作用, 所以具有一定的理论与实际意义。

1 影响深孔煤层注水的因素

一般来说, 影响深孔煤层注水有诸多因素, 集中表现在外部工艺因素、煤层自身因素、煤层的物理力学性质、煤层内的瓦斯压力及煤的湿润边角等。外部工艺因素包括注水压力与注液的表面张力。一般来说在自然条件下, 深孔煤层难以渗透, 煤层的渗透性随着注水压力增加而逐渐增加;煤层自身因素包括煤层孔隙与裂隙的发育程度及地压的集中深度。其中影响深孔煤层的第一因素就是煤层的孔隙与裂隙的发育程度, 孔隙与裂隙的发育程度越好则越容易注水;煤层的物理力学性质包括煤炭的强度、硬度、脆性及韧性等, 这些物理力学因素将显著影响深层煤层的注水效果;煤层内的瓦斯压力是深孔煤层注水的附加阻力, 在瓦斯压力较大的煤层, 需要提高注水压力, 进而增加注水难度, 我国对那些瓦斯压力较大的煤层一般采用中压或者高压注水;煤的湿润边角也是影响深孔煤层注水的一个重要因素, 一般来说煤的湿润边角越小, 则煤层越容易注水, 相反则越难。

2 深孔煤层注水相关技术工艺

深孔煤层注水的孔深通常情况下在十米左右, 由于地压相比原始压力要高出一到三倍, 再加上次生裂隙没有大量形成, 所以注水压力较大, 这样才能确保水不流失。

2.1 钻孔的布置与钻孔参数

煤层厚度决定着钻孔的布置, 如果采高低于一点八米时, 可以采用单排眼, 如果煤层厚度较大, 则采用三花眼。钻孔长度通常情况下要比循环进度长出一点才可以, 每一个钻孔的湿润半径决定着注水孔间距。在实际的注水中, 注水钻孔的间距要依据煤层的变化灵活地做出调整, 一般来说在两米到八米之间变动, 此外钻孔直径和炮眼直径一致, 如果注水后, 孔内仍然有积水时, 则不可以作为炮眼。

2.2 注水参数与注水参数之间的规律

2.2.1 注水参数

注水压力、注水时间及注水流量是注水的主要参数, 注水压力、注水流量及注水时间是相互制约相互影响的, 通常情况下, 注水压力越大, 相应的注水时间越短, 注水流量则越大, 一般来说, 注水压力有一个最大值和最小值, 注水压力的最大值就是要确保煤体不漏水跑水及不破坏顶板与底板, 注水压力的最小值就是要确保在特定的时间内输入规定的水量。管网静压注水与专用泵加压注水是注水压力供给的两种主要方式。其中管网静压注水是通过地面或者水池, 借助固定供水管网向钻孔注水, 而专用泵加压注水则是通过注水专用泵向各钻孔注水。在深孔煤层注水时, 注水量要使湿润范围之内的煤体水分增值达到1%到2%, 单孔注水流量一般情况下不应当超过20L/min, 且注水时间保持在15min之内, 总的注水时间控制在3h~5h之内。

2.2.2 注水参数之间的规律

总的来说, 深孔煤层注水整个过程是一个脉动的注压过程, 当注水开始以后, 注水流量随着注水压力增大而增大, 几分钟后, 进入附近的煤体裂隙中的水充满后, 注水流量迅速下降, 且注水压力增大。当注水压力达到特定值时, 煤体流量再一次上升, 当水再一次充满压开的裂隙通路后, 水压又上升, 而流量则下降, 这样反复进行。

2.3 封孔参数

一般来说, 科学的封孔深度应当确保孔口附近的煤壁不漏水。从某种程度上来说, 煤壁承受的注水压力与封孔深度有着十分密切的关系, 如果封孔深度过深的话, 煤体水分则会集中在深部, 煤壁则会相对较干燥, 如果要湿润煤壁, 则需要延长注水时间, 这对深孔煤层注水带来很多困难, 所以封孔深度一方面要确保不漏水, 同时要尽可能地加大孔壁渗水面积, 避免出现里湿外干, 实践表明, 深孔煤层注水封孔深度一般是孔深的30%。

3 结论

总之, 深孔煤层注水受到外部工艺因素、煤层自身因素、煤层的物理力学性质、煤层内的瓦斯压力及煤的湿润边角等因素的影响。煤层厚度决定着钻孔的布置, 每一个钻孔的湿润半径决定着注水孔间距, 在实际的注水中, 注水钻孔的间距要依据煤层的变化灵活地做出调整。注水压力、注水时间及注水流量是注水的主要参数, 注水压力、注水流量及注水时间之间相互制约相互影响。此外封孔深度一方面要确保不漏水, 同时要尽可能地加大孔壁渗水面积。

摘要：依据水进入煤体的形式, 可以将注水方式分为短孔注水、长孔注水及深孔注水。深孔注水的注水孔是垂直于工作面煤壁的深钻孔, 孔的长度通常情况下在10m左右。一般来说, 深孔煤层注水难易程度受到诸如外部工艺因素、煤层自身因素、煤层的物理力学性质、煤层内的瓦斯压力及煤的湿润边角等因素的影响。深孔煤层注水技术工艺涉及到钻孔参数、钻孔布置、注水参数及封孔参数等。其中注水参水主要包括注水压力、注水流量及注水时间。

关键词：深孔煤层,注水技术,注水参数

参考文献

[1]高海宾.采煤工作面深孔煤层注水技术研究[J].安徽理工大学, 2007.

[2]孙文标, 刘辉.煤层注水在煤矿安全中的应用及效果浅析[J].煤矿安全, 2004.

煤层深孔注水在采煤工作面的应用 篇3

1 煤层可注水性试验

按《煤层采样采取方法》 (GB482—95) 的要求对注水煤层采样, 对采集煤样在实验室进行试样制备, 然后对其进行可注性测定。其测定内容包括:

(1) 孔隙率测定。包括煤孔隙率及孔隙分布测定。该项目采用密度法, 通过测定煤的真密度和视密度, 计算出煤的孔隙率;孔隙分布采用压汞法测定。

(2) 煤原有自然水分测定。煤原有自然水分采用《煤中全水分的测定方法》 (GB/T211—1996) 中的方法B, 即空气干燥法进行测定。

(3) 煤吸水性测定。模拟试验工作面水压, 采用自制装置进行常压吸水试验与加压吸水试验。

试验结果:2507工作面进行深孔注水后原煤水分至少能增加1个百分点, 也就是注水前原煤水分4%, 注水后至少5%, 符合深孔注水条件。

2 注水钻孔布置方式及参数设计

2.1 钻孔的布置方式

在回风巷平行于工作面顺层布置单向钻孔, 其钻孔布置方式如图1所示。

2.2 钻孔参数

(1) 钻孔深度。

单向钻孔注水时, 孔深一般为采面倾斜长度的1/2～2/3。工作面切眼长150 m, 钻孔设计深度为80 m。

(2) 钻孔直径。

根据工作面实际情况, 一般试验钻孔孔径选用75 mm。

(3) 钻孔间距。

为了找出合理的钻孔间距, 分3种钻孔间距试验, 分别是:5 m (3个孔) 、10 m (3个孔) 、15 m (3个孔) 。每种间距的钻孔注水时都选择中间的1个钻孔, 分别观察另外2个钻孔情况。

(4) 钻孔角度及开孔高度。

钻孔平行工作面沿煤层倾斜方向打孔, 开孔高度为距回风巷底板1.0～1.5 m。

3 注水钻孔封孔工艺及装备

煤层注水时, 封孔质量的好坏对注水效果的影响极大。通过对具体煤层封孔工艺技术影响因素进行综合分析, 确定其封孔工艺。由于煤层注水对封孔质量及封孔深度的要求较高, 采用水泥稠浆加膨胀剂作为封孔材料, 采用BFK-10/1.2 (2.4) 型矿用封孔泵进行封孔, 以保证封孔深度和封孔质量。封孔深度按10 m考虑, 并根据实际注水情况予以修正。水泥稠浆类封孔设备及封孔工艺如图2所示。

4 注水工艺参数优化

煤层注水工艺参数的确定, 应能保证在该工艺参数条件下, 注水钻孔所控制范围的煤层得到最大限度地均匀、充分湿润。一般在工作面常压带采用动静压间断注水。

(1) 单孔注水量Q。

式中, Q为单孔注水量, m3;K为系数 (包括漏水及钻孔前方煤体吸水) , 取1.1;L为钻孔长度;B为钻孔间距 (湿润煤体的宽度) , 取5, 10, 15 m;H为煤层厚度;γ为煤的密度, 取1.4 t/m3;q为吨煤注水量, 取0.01 m3/t。

根据钻孔参数分别计算得出钻孔间距为5, 10, 15 m时的注水量。

(2) 单孔注水流量V。

根据试验, 一般采取小流量长时间注水方法才能使煤体得到充分湿润。一般取单孔注水流量为V=0.6 m3/h, 通过ZF-3型注水分流器控制每个钻孔的流量, 使各注水钻孔的注水量基本相等。

(3) 注水压力。

注水压力反映了钻孔的注水阻力, 其影响因素较多, 主要与煤层的透水性及瓦斯压力有关。在所选取的注水流量条件下形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式 (2) :

式中, P为注水压力, MPa;Pw为煤层中瓦斯压力, MPa;Pr为上覆岩层压力, MPa。

据此来确定煤层注水泵是否能够满足该项目单向长钻孔动压注水压力的需要。

(4) 注水时间T。

单孔注水时间T取决于钻孔单孔注水量和单孔注水流量, 按T=Q/V计算。实际按每天2班注水, 每天注水时间不少于16 h计算, 得出注水的天数:

按式 (3) 分别计算出该煤层在钻孔间距为5, 10, 15 m时的注水时间。

(5) 注水超前工作面的距离X。

式中, s为工作面日推进进度;x为停止注水时钻孔距工作面的距离。

按式 (4) 计算得出注水超前工作面的最短距离。

5 结语

工作面实施煤层注水后, 对煤层水分、工作面的粉尘浓度进行测定, 以检验煤层注水的效果。此外, 通过对煤层注水的其他效果进行考察, 总结出试验煤层注水的一般规律。

选择参数时, 根据试验参数先定1个参数, 在试验中观察效果, 寻找适合工作面的最佳参数, 通过效果考察, 得出适于该煤层的注水规律, 并确定适合于该煤层的注水工艺及装备。

摘要：在煤炭开采过程中, 煤尘是主要灾害之一, 煤尘注水是基本的防尘措施。通过注水试验确定了煤层深孔注水参数, 经过对参数的不断选择与观测, 选择出最优参数, 为煤层深孔注水提供科学依据, 同时为预防瓦斯突出提供基础资料。

深孔高压注水 篇4

11211综采工作面位于11采区东翼,因受白坪滑动构造影响,二1煤层原生结构遭到明显的破坏,层理紊乱,煤层呈碎末状,极易发生片帮且粉尘大,工作面浅孔注水效果差,在回采过程中出现严重片帮时,采用人工闭帮进行生产,大大增加了工人劳动强度[2]。为此,确定采用注水的方法以减少生产过程中煤壁的片帮。本文以此为基础,研究了中压深孔注水工艺的具体应用及参数选择。

1 煤层注水作用

(1)采用中压深孔注水,煤体裂隙被冲开,注水量较工作面浅孔注水量大,减少了产尘量。

(2)采煤工作面浅孔注水时间短,超前距离短,中压深孔注水增加了注水时间及注水量,增大了煤层的锈结性,减少了煤层片帮的可能[3]。

2 中压深孔注水的参数选择

(1)注水压力。

根据三软煤层的特点,煤壁抗压性较差,注水压力过大容易导致煤壁片帮;注水压力过小,注水量较小,注水效果差。经过多次试验,采用中高压10~12 MPa冲孔,中低压5~8 MPa注水[4]。

(2)钻孔布置。

根据观测得出注水湿润半径为8~12 m,确定注水孔间距为15 m。

(3)钻孔深度和角度。

根据白坪煤业公司11211综采工作面地质条件,钻孔深度为30~70 m,角度与煤层倾角一致,终孔位置位于顶梁上方1 m。

(4)注水时间及注水量。

每个注水孔采用反复注水的方法,每次注水以煤壁淋水为标准,间隔4~8 h再注水,以注水时间不足10 min煤壁淋水为最终结束注水标准。经过测算,单孔注水量最大为45 m3,最小为12 m3,平均为27.6 m3(表1)。

3 注水施工工艺

(1)煤壁注浆加固。

为增强煤壁抗压能力,延长注水时间,钻孔施工前,利用ZBQ-6/2.5型气动钻机在钻孔施工点前后6 m范围内进行煤壁注浆工作,注浆孔深度9 m,使用∅25.5 mm钢管封孔,长度不少于5 m,全部用聚氨酯材料封堵,采用速凝水泥与水1∶3的比例向孔内高压注浆,注浆以煤壁跑浆为标准。注浆孔间距为0.6~1.2 m,排距为0.8~1.0 m。

(2)钻孔施工。

钻孔采用ZDY-3200钻机施工,距巷道底板1.0~1.5 m,采用单排孔布置,孔间距15 m。钻孔开始用∅89 mm钻头开孔,施工15~20 m后,更换成∅75 mm钻头继续施工。钻孔倾角与煤层倾角一致,保证终孔位置在支架顶梁上1 m左右。

(3)封孔工艺。

注水孔封孔使用∅51 mm套管,注浆、排浆使用∅13.3 mm的镀锌管,封孔长度不少于15 m。套管两端采用聚氨酯封孔材料进行封孔,两道聚氨酯封孔之间使用ZBQ-6/2.5型气动注浆泵,用速凝水泥与水1∶3的比例进行注浆,封堵该段距离。

(4)注水工艺。

11211采面选用MRB125/31.5型专用注水泵,回风巷铺设1趟∅51 mm的专用注水管路,采用截止阀及两通与封孔钢管连接进行注水。采用单孔顺序反复注水,超前工作面切巷20~30 m,使煤层有充分时间锈结。

注水开始时,将泵站压力调整至5 MPa进行试压,观察流量表或泵站水箱水位,若流量较小,煤壁无异常,则将压力上调至6~8 MPa。依此类推,待压力调整至10~12 MPa,注水孔内会出现煤炮声,流量会突然升高,泵站压力出现短时间为“0”,持续注水1~2 h,泵站压力会逐渐变大,将压力调整至5~8 MPa时继续注水,观察煤壁,若出现渗水,则停止注水。注水孔停止注水4~8 h后,继续注水,待煤壁出现渗水后再停止注水。依此方法,反复进行注水,待注水孔注水10 min后出现淋水现象后,作为单孔注水结束的标准。若注水期间,煤壁抗压效果不好,注水时间过短,应采取补注水孔措施。

4 效果分析

(1)采取中压深孔注水后,在回采过程中,煤墙大范围片帮现象得到了有效控制,无需采用人工闭帮进行生产,大大降低了工人劳动强度。每月节约小径木约50 m3,每班节约15工,大大提高了工作面工效,每月创造效益近10万元。

(2)为了检验工作面降尘效果,在工作面推进过程中,对工作面回采期间粉尘含量下段未采用中压注水与上段采用中压注水后各回采工艺的粉尘含量作了比较。降尘效果见表2。

从表2可以看出,在工作面推进过程中,距工作面10~50 m选5个点进行检测,回风巷测点粉尘通过注水后下降59.8%。

5 结论

通过对中压深孔注水施工工艺及效果分析可知,对三软煤层进行中压深孔注水,有助于防止生产过程中的煤壁片帮,减少煤尘产生量。这不仅有助于提高劳动生产率,还大大降低了工人的劳动强度,产生了较好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]李林辉.放顶煤综采工作面的煤层注水[J].工业安全与防尘,1993(10):16-18.

[2]秦文贵.煤层注水在“三软”不稳定厚煤层生产中的应用[J].中州煤炭,2006(4):52-53.

[3]秦书玉,海国治.煤层注水参数的正交试验优化法[J].煤炭工程师,1992(3):24-27.

深孔高压注水 篇5

采煤工作面前方的煤壁应力分布可分为卸压带、应力集中带、常压带。工作面煤壁动压中深孔注水后, 一方面, 压力水破坏了卸压带与应力集中带煤体的应力平衡, 增加卸压带并降低地应力、瓦斯压力的梯度, 煤体应力集中带深移, 如图1所示;另一方面, 压力水沿着大裂隙流动过程中驱赶着煤体游离瓦斯, 因此, 工作面煤壁动压中深孔注水时的瓦斯涌出量将稍有增加。

1.注水前曲线;2.注水后曲线

2 钻孔及注水参数

2.1 钻孔长度l

式中, L为卸压带长度, m。

根据庞庄矿张小楼井“三软”煤层工作面注水封孔设备条件, 综合考虑工作面控顶距及煤壁破碎带的宽度, 经试验确定封孔长度为5.5 m。

2.2 封孔器前端至煤壁的距离lr

根据庞庄矿张小楼井工作面的现场情况, 封孔器前端至煤壁距离取4.5 m。

2.3 钻孔间距

2.4 注水压力

先根据煤层条件计算出范围, 然后由试验具体确定。根据庞庄矿张小楼井25310工作面煤层瓦斯压力和上履岩层的厚度、密度和相关矿压资料, 取10～12 MPa。

2.5 单孔注水时间

视煤壁挂“汗”情况, 一般为40～50 min。

3 注水工艺

3.1 钻孔作业

庞庄矿张小楼井钻孔注水作业在早班进行, 3 d内完成工作面全长的中深孔注水的一个循环, 采用普通煤电钻和直插式麻花钻杆施工, 钻孔布置在工作面煤层中部, 钻孔长度l为5.5 m, 等于工作面2～3个日进尺, 钻孔间距a为4.5 m, 孔径为42 mm。

3.2 封孔

由于张小楼井“三软”煤层煤的强度低、松软易碎、遇水成泥的特点, 采用了膨胀性能较好、富有弹性的水力膨胀式封孔器。它由芯管、胶筒、端帽及送出阀等构成, 封孔器前端装有定压逆止阀, 压力水进入封孔器芯管后, 当水压未超过逆止阀的预定弹簧压力时, 首先通过芯管孔眼进入胶管, 使其膨胀变形封住钻孔, 待胶管封住孔口后, 水压上升, 当超过逆止阀预定的弹簧压力时, 使打开逆止阀的钻孔供水, 停泵卸压后, 胶管靠自身弹性力恢复原状, 即可从钻孔取出。

3.3 注水

根据注水参数确定, 现场使用WRB200/31.5型液压泵站, 其额定流量200 L/min、额定压力31.5 MPa, 泵站安设在新鲜风流中, 注水压力10～12 MPa, 同时注水孔数为2～3个, 单孔注水流量15～60 L/min, 单孔注水时间视煤壁挂“汗”情况, 一般40～50 min。

庞庄矿张小楼井工作面中深孔注水系统示意图如图2所示。

4 工作面煤壁动压中深孔注水效果

4.1 均衡瓦斯效果

庞庄矿张小楼井25310工作面回风流瓦斯监测系统显示, 工作面煤壁动压中深孔注水之前, 24 h各工序回风流瓦斯浓度为0.32%～1.3%;工作面煤壁动压中深孔注水之后, 24 h各工序回风流瓦斯浓度为0.55%～0.87%。放炮工序瓦斯下降量最大是从1.3%降到0.87%, 说明工作面煤壁动压中深孔注水可起到很好的改变瓦斯涌出作用, 可大幅度降低放炮瞬时瓦斯涌出量, 防止了瓦斯的突然涌出。

4.2 降尘效果

通过测得的25310工作面煤壁动压中深孔注水前后各生产工序的粉尘浓度数据可以看出, 工作面煤壁动压中深孔注水的降尘率为40.4%～92.5%, 最大降尘工序为放炮工序, 粉尘浓度由348.5 mg/m3降到26.3 mg/m3, 降尘率为92.5%。

4.3 其他效果

高压注水变频应用效果分析 篇6

1 某区块注水系统概述

某区块注水系统已建成注水站9座, 共安装注水泵25台, 注水能力75 000 m3/d, 注水井1599口, 平均泵压15.6 MPa, 平均管压15.1 MPa, 平均注水单耗5.74 k Wh/m3。

某区块注水系统由于受钻关、洗井、测试等因素的影响, 注水系统的注水量波动较大, 只能通过调节注水泵出口阀门来控制流量, 增加了管网损耗, 泵管压差较大, 注水单耗较高。

为了解决某区块注水系统存在的问题, 我们提出在某区块注水管网的中杻位置某注水站安装高压变频装置。

2 高压注水变频应用

A注水站建有D300-150×11注水泵2台, 电动机功率2240 k W, 日平均注水量8500 m3以上, 注水单耗5.80 k Wh/m3。某区块注水管网相互联通, A注水站又处于注水管网的中杻位置, 对整个注水系统影响较大, 通过利用高压变频调节灵活的优势, 能够最大限度挖掘其系统节能潜力。注水站变频控制应用见图1。

3 高压注水变频运行效果分析

3.1 A注水站运行效果分析

A注水站安装高压变频器以来, 泵管压差、注水单耗下降幅度较大, 2012年与2010年对比分别下降了0.50 MPa、0.96 k Wh/m3 (表1) , 取得了较好的节能效果。

变频器运行前后某注水站月平均注水单耗见图2。

3.2 某区块注水系统运行效果分析

由于注水系统是由各个注水站及注水管网构成的一个整体, A注水站作为某区块注水系统的一部分, 改变A注水站的运行状况必然会引起系统各部分能量损耗发生变化, 并使各注水站的负荷分配发生改变, 对整个区块注水系统造成一定的影响[1]。

从表2可以看出, 变频运行后, 某区块注水系统单耗由5.74 k Wh/m3下降到5.54 k Wh/m3, 下降了0.2 k Wh/m3, 运行效果比较好。但同时我们也注意到某区块注水系统的6座注水站单耗有3座上升, 3座下降, 这说明某区块注水系统耦合性较强。因此必须考虑单站运行状态的改变对整个系统的影响, 要保证整个系统处于优化运行状态, 就必须采取统一协调控制方式, 才能取得更加显著的节能效果。

4 结论

1) 高压注水变频作为调节单个注水站运行状态的技术措施, 可以保证注水站运行在较优的工况下, 实现注水量的无节流调节, 降低注水单耗。

2) 由于注水系统一般整体性较强, 改变一个注水站的运行状况会引起系统各部分能量损耗发生变化, 因此高压注水变频作为整个系统调控的一个“支点”, 只有统一协调控制, 才能实现整个系统优化运行。

参考文献

谈煤层高压注水在我矿实践应用 篇7

鸡西矿业集团城山煤矿145准备队回采的25#左五工作面, 位于掘进中部区-540水平, 东起25#二段绞车道煤柱边界线, 西止25#左五工作面切眼, 该回采工作面平均走向长400米, 采高平均2.4米, 面长210米, 可采储量30万吨, 煤层倾角22°, 其顶板; (1) 为0.36米砂页夹煤; (2) 1.0米砂页岩; (3) 3.45米白色细粒砂岩; (4) 1.49米26#煤〈煤页互层〉。由柱状图可以看出, 25#煤层结构由煤、砂页、砂岩组成, 顶板坚硬不易冒落;其煤层内易积聚大量高压瓦斯和高应力弹性变形能, 为此, 我们采取了高压注水方式, 从降低煤层应力的集中及改变煤岩的物理力学性能两个方面阐述了高压注水防治矿井瓦斯、矿压方法。

2 造成矿井瓦斯、矿压明显升高发生的因素有以下几种

2.1 地质因素

随着开采深度的加大使地应力值增加, 总的趋势是随采深的增加, 矿井瓦斯、矿压显现明显增加。这主要是由于采深增加, 原岩应力增大的缘故;地质构造如褶曲、断裂等也会影响矿井瓦斯升高及矿压显现;煤岩结构及性能也是矿井瓦斯、矿压明显升高影响的主要因素。坚硬、厚层、整体性强的顶板 (老顶) , 其内积聚大量高压瓦斯和高应力弹性变形能, 不易得到释放。

2.2 开采技术因素

开采多煤层时, 任何造成应力集中的因素, 如开采程序不合理、本层回采不干净、相邻两层开错距不合适等, 均对矿井瓦斯、矿压不利, 从弹性变形能集中的角度而言, 壁式开采优于柱式开采, 旱采优于水采, 直线工作面优于曲线工作面, 冒落法优于充填法。煤柱和开采边界是最主要的应力集中因素, 应尽量避免和减少这些因素的有害影响。

3 矿井瓦斯、矿压明显升高的防治措施

根据矿井瓦斯、矿压明显升高成因和机理, 防治措施有两个方面:一是降低应力的集中程度;二是改变煤岩体的物理力学性能, 以减弱积聚弹性能力和释放速率。

3.1 降低应力集中的方法主要是采用合理的开拓布置和开采方式, 其方法主要有如下几种:

3.1.1 开采煤层群时, 开拓布置应有利于保护层开采。

首先开采无突出危险或突出危险小的煤层作为保护层, 且优先开采上保护层。

3.1.2 在开采时应注意残留煤柱, 避免应力集中区形成。

因为煤柱承受的压力很高, 特别是岛形或半岛形煤柱, 要承受几个方面的叠加应力。

3.1.3 采区或盘区的采煤工作面应朝一个方向推进, 避免相向开采, 以免应力叠加。

因为相向采煤时上山煤柱逐渐减小, 支承压力逐渐增大, 很容易形成应力集中。

3.1.4 在地质构造等特殊部位, 应采取能避免或减缓应力集中和叠加的开采程序。

在向斜和背斜构造区, 应从轴部开回采, 在构造盆地应从盆底开始回采;在有断层和采空区的条件下应从断层或采空区附近开始回采的开采顺序。

3.1.5

开拓或准备巷道、永久硐室、主要上下山、主要溜煤巷和回风巷应尽可能避开支承压力峰值范围, 采用宽巷掘进, 少用或不用双巷同时平行掘进, 以利于维护和减小矿压。

3.2 通过改变煤层的物理力学性能来防止冲击地压

3.2.1 放松动炮:

放松动炮是通过放炮人为地释放煤体内部集中应力区积聚的能量, 在采煤工作面中使用时, 一般是在工作面沿走向打4～6m深的眼, 进行松动爆破。它的作用是可以诱发冲击地压和煤壁前方经常保持一个保护带, 使最大支撑压力转入煤体深处, 随后即便发生冲击地压, 对采煤工作面的威胁也大为降低。

3.2.2 钻孔槽卸压:

钻孔槽卸压是用大直径钻孔或切割沟槽使煤体松动, 以达到卸压效果, 卸压钻孔的深度一般应穿过应力增高带, 在掘进石门揭开有冲击危险的煤层时, 应距煤层5～8m处停止掘进, 使钻孔穿煤层, 进行卸压。在回采工作面中使用时, 钻孔深度为15～20m, 钻孔直径为75～150mm, 孔距为1～1.5m。

3.2.3 高压注水:

煤层高压注水:矿井的高压注水是通过注水, 人为地在煤岩内部造成一系列的弱面, 并使其软化, 以降低煤的强度和增加塑性变形量, 注水采用短孔注水法, 即在上巷采用短孔注水法 (见图1) 。

(1) 注水孔长度:在上巷打短钻孔10～15米。钻孔间距为6～10米。

(2) 钻孔必须与工作面平行且沿煤施工。

(3) 注水压力不小于6～12MPa。

(4) 打钻注水应超前工作面60米。

(5) 首钻孔距工作面10～15米。

(6) 封孔长度不小于5米。

(7) 注水顺序为自工作面向外逐孔注水, 每次只准注一个孔, 每班将打好的钻孔循环注一遍。每孔每天注水量为3小时。

4 煤层高压注水效果检验

通过煤层高压注水, 一是使煤体结构变得疏松, 煤体内积聚大量的高压瓦斯获得游离空间, 在外界压力的变化下, 能够得以充分释放, 二是改变煤体的物理力学性能, 以减弱积聚的大量高应力弹性变形能和释放速率, 三是煤层高压注水改善了回采作业环境, 降低工作面的煤尘;煤层高压注水, 施工工艺简单, 便于操作, 施工钻孔可与工作面回采平行作业, 不影响正常回采, 通过煤层高压注水, 25#左五工作面回采期间, 矿井瓦斯、矿压制约生产现象得到了有效防治, 有利地保证了煤矿安全生产。

结束语

在现有的科技水平和管理手段下, 尽管造成矿井瓦斯、矿压明显升高发生的因素十分复杂, 防治措施亦多种多样, 如何根据本区域煤层地质、开采技术因素等实际情况, 找出相映适合对路的针对性防治矿井瓦斯、矿压方案及措施最为关键;认真地进行测定和预报工作, 并针对具体情况采取有效的防治措施, 完全可以消除或减少矿井瓦斯、矿压事故的发生。

摘要：煤矿井下各种自然灾害严重威胁着矿井生产安全、经常会造成财产损失或者人员伤亡, 随着矿井开采深度的增加, 矿井瓦斯、矿压升高现象日趋明显, 如何从根本上彻底遏制这些自然灾害的发生, 是矿井安全生产需要首先解决的最主要任务。本文以鸡西矿业集团城山煤矿掘进中部区煤层高压注水为例, 分析研究解决矿井瓦斯、矿压, 防止矿井自然灾害发生, 实现安全生产的有效途径。