煤层注水软化实施方案[1][1](终结)

小红沟煤矿+618B1+2煤层综采工作面注水软化项目实施方案1第一部分矿井概况小红沟煤矿隶属神华新疆能源有限责任公司，位于乌鲁木齐东北部，距市约33千米，在乌鲁木齐矿区东部，东西两侧分别与大洪沟煤矿、碱沟煤矿相邻，行政区域属乌鲁木齐市米东区，井田中心地理坐标：东经78°46′北纬43°54′。小红沟煤矿的前身属于小炭窑式的开采，最早开采时间始于解放前，解放后逐步由小到大，矿井几经变更，1979年并入乌鲁木齐矿务局，改名为“小红沟煤矿”，1983年开始技术改造，改造后矿井为立——斜井阶段石门开拓，首水平标高为+660米，矿井设计生产能力为30万吨/年。2000年，矿井开始采用综合机械化放顶煤开采方法，2002年引进综合机械化掘进工艺，目前采掘工作面机械化程度达到了98%以上，2002年7月矿井装备了kj2000安全监控系统。这几年，矿井对提升运输和通风等主要生产系统的技术改造，目前矿井已具备135万吨/年生产能力。小红沟煤矿井田东西长3.3公里、南北宽1.5公里，总面积为4.3平方公里。矿区位于准南煤田东南部八道湾向斜南翼，为单斜构造；井田含煤32层，按煤层赋存特征分为四组，B1～2、B3～6为两组特厚煤层，B7～18和B19～32为中厚煤层，煤层倾角平均为87°，属于急倾斜煤层，矿井主要对B1～2、B3～6两组煤层进行开采。其主采一、二组煤的性质：1、一组煤（B1～2）：煤层总厚平均为35.45m，倾角87°～89°,含夹矸4～8层，总厚约3m，煤层有益厚度32.49m，全井田范围内稳定小红沟煤矿+618B1+2煤层综采工作面注水软化项目实施方案2可采。该煤层厚度沿走向从西向东，由浅及深有略有变薄趋势。顶底板：伪顶为炭质泥岩，厚0.1～0.2米，直接顶为粉砂岩或砂质泥岩，厚0.5～5米，老顶为粉砂岩，细砂岩或厚砂岩。伪底为泥岩或炭质泥岩，厚0.1～0.3米，直接底为粉砂岩，很少随煤层垮落。2、二组煤（B3～6）：煤层底板距一组煤顶板110m,与第三组煤间距自17勘探线的82米向东变为21勘探线的87米，平均间距79.53米,煤层厚度为48.87米，倾角87°～89°，夹矸4～12层，总厚约3.88米，煤层有益厚度为44.99米，全井田范围稳定可采。顶底板：伪顶为炭质泥岩或泥岩，厚0.1～0.22米，直接顶为粉砂岩或砂质泥岩，老顶为粉砂岩，细砂岩或中砂岩，伪底为炭质泥岩或泥岩，直接底为粉砂岩。（附B1+2和B3+6煤层柱状图）小红沟煤矿为低瓦斯矿井，无瓦斯异常涌出现象。井田内煤尘挥发份普遍较高，煤尘具爆炸危险性。煤容易自燃，自燃发火期为3～6个月，最短的发火期为58天。小红沟煤矿+618B1+2煤层综采工作面注水软化项目实施方案3第二部分矿井实施煤层注水软化技术必要性第一章综采放顶煤开采方法发展趋势特厚煤层放顶煤开采，是近十几年逐渐发展起来的一种新的开采技术，在条件适宜时，放顶煤具有高产高效，低耗安全，掘进率低，系统简单，成本低，效益好等优点，是实现矿井高产高效的主要技术途径之一。在具有良好的煤层赋存条件，厚及特厚煤层综采放顶煤开采技术己得到全面推广应用。随着放顶煤开采技术的发展，放顶煤的应用范围不断拓展，中硬以上煤层，通过采取一些技术措施，改善顶煤的冒放性，可取得良好的经济效益。根据《煤矿安全规程》第六十八条第三款最新规定：严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理顶煤、顶板及卡在放煤口的大块煤（矸）。对于向乌鲁木齐矿区急倾斜煤层顶煤传统爆破开采是一次挑战，由于放顶煤阶段高度高，为此寻求一种新的顶煤破碎方法，采用煤层注水软化方式逐步取消炸药爆破，矿井首先借见其它矿井对硬煤层注水软化经验，以降低硬煤层硬度和增加煤层裂隙为突破口，通过使高压水流对煤体进行预裂,破碎,破坏煤体的物理性质，同时超前预爆破方式或利用矿山压力和液压支架的反复支撑作用对顶煤进行破碎，提高顶煤冒放性，从而逐渐取消工作面钻孔爆破，实现工作面的连续生产，实现真正的安全高效生产。小红沟煤矿+618B1+2煤层综采工作面注水软化项目实施方案4第二章矿井实施注水的必要性1、抑制粉尘产生，改善作业场所环境煤尘的危害是多方面的，其主要构成对人体健康的危害，其次是具有爆炸性。通过日常监测工作面平均煤尘浓度为6.49mg/m3，生产线煤尘浓度最大可以到190mg/m3。据实验室提供的煤质资料计算得出平均煤尘爆炸指数为42.5%，为解决粉尘危害，矿井引进新的设备和工艺，如架后放煤喷雾、架前移架喷雾，电控喷雾和GE药剂防尘技术，但还是不能根本上从源头遏制煤尘产生，矿井通过煤层注水软化技术对煤体的内部预先均匀湿润，水通过孔隙对煤尘进行包裹，使其失去飞扬能力,同时煤层高压注水使湿润煤的塑性增强,脆性减弱。当煤体受到外力作用时,脆性破坏变为塑性变形,减少了煤被破碎为尘粒的可能,降低了煤尘的产生量。2、软化煤层《煤矿安全规程》第六十八条第三款规定：严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理顶煤、顶板及卡在放煤口的大块煤（矸）。而矿井回采工作面采用炸药爆破方法处理顶煤及坚硬煤层，与《煤矿安全规程》相违背。为了避免工作面采用炸药爆破方式，对工作面顶煤和夹矸实行超前预注水软化，破坏煤层的节理，使煤体的物理性质发生变化，让煤体脆性减弱，塑性增强，使坚硬顶煤容易冒落，从而达到工作面连续割煤，实现安全高效开采。在前期试验，工作面仍然通过顶煤松动爆破方式，在后期技术成熟后将逐渐取消炸药的使用。3、防治冲击地压小红沟煤矿+618B1+2煤层综采工作面注水软化项目实施方案5矿井随着开采深度的加大，冲击性地压就越明显，在采掘工作面经常可以听见“抬炮”声，在回采工作面经常出现煤壁突然垮落，给工作面生产带来一定的安全隐患。矿井通过煤层注水软化煤体，改变煤体的裂隙结构,降低了煤的弹性和储蓄能量的能力,使煤体脆性减弱,塑性增强,促使煤壁前方塑性变形区变宽,应力集中带向煤壁深处移动并变宽,使煤体冲击倾向减弱,改善能量释放过程中在时间上的稳定性和在空间上的均匀性,从而防止了冲击地压的发生和产生冲击地压的强度。4、抑制工作面瓦斯的涌出在煤层注水过程，水从煤体的裂隙和孔隙中挤走大量的游离沼气,同时使吸附状态的沼气稀释，延迟释放的时间,大大降低了煤层开采时的沼气泄出量。5、预防煤层自燃煤层注水后，采空区内的遗煤含水量增大,煤体的导热系数和热容量增大,使遗煤的温度不易升高,从而延长了自燃发火时间,避免自燃火灾的发生，对防灭火工作起到一定预防作用。6、减少回采工作工序，提高原煤的回收率煤层注水技术成熟后，超前煤层注水软化使煤体破碎，因此，回采工作面将取消在工作面架前打眼，装药和爆破工序，为工作面生产提供充足的时间，同时该工序的取消，职工的劳动强度将大幅度减轻。7、降低吨煤成本煤层注水软化后，工作面将取消顶煤爆破中使用的炸药和雷管小红沟煤矿+618B1+2煤层综采工作面注水软化项目实施方案6（炸药和雷管成本占总成本的1/3，大约在4元/吨）。吨煤成本将降低，同时煤体注水软化后，煤体的物理性质发生了变化，采煤机能很容易进行切割，特别是工作面的夹矸，不在需要用爆破的手段进行预裂，这将大大降低采煤机截齿的消耗。8、矿井安全系数提高煤层注水软化后，顶煤冒落性将提高，工作面能实现均匀放煤，有效防止顶煤大面积突然垮落，造成大量的气体涌出，同时煤层注水能有效抑制煤尘产生、减弱冲击性地压产生，有效预防煤层自燃的发生，全面改善安全状况。小红沟煤矿+618B1+2煤层综采工作面注水软化项目实施方案7第三部分前期煤层注水软化试验实施进展情况一、煤层注水软化项目实施情况2007年，煤层注水软化技术在+645B1+2煤层综采工作面和+618B1+2煤层综采工作面进行二次煤层注水软化试验，其中+645B1+2煤层综采工作面注水软化试验通过联络煤门，在超前回采工作面50m，联络煤门能布置注水孔，共6个注水孔，三个孔向东（朝向回采面方），三个孔向西（背向工作面方），角度45°，间距10m。+618B1+2煤层注水软化试验，注水钻孔由B2进风巷向B1回风巷施工,其中每组3个注水孔，其中两个仰孔，分别与水平成40°和60°的夹角，注水孔斜长为31米和23米；一个水平孔，与水平成3-5°的夹角，注水孔斜长25米。每组仰孔间距为10米，两水平孔间距为20米，每组仰孔与水平孔间距为5米。每一轮注水钻孔为4个仰孔、2个水平孔，共施工20个注水孔。二、实施煤层注水软化效果通过两次试验数据收集，在防尘方面起到一定的成效，粉尘浓度降低了50%以上。煤层注水后，回采工作面“抬炮”现象明显减少，工作面煤壁垮落现象减少。由于试验过程注水孔间距不适宜和注水水量不均匀等影响，造成原煤含水量增加8%左右，煤质降低；同时由于注水不均匀，造成部分区域煤体破坏严重，在人工钻孔施工过程中，部分钻孔变形，对装药带来一定的困难，矿井对煤层注水试验不连续性、注水压力等影响，煤体软化效果整体不很明显，在顶煤爆破后，小红沟煤矿+618B1+2煤层综采工作面注水软化项目实施方案8架后大块煤炭依然存在.三、煤层注水试验中存在的问题1、煤层注水软化钻孔布置不合理。注水孔由轨道巷向皮带巷钻设（穿煤层方式），由于煤层裂隙多，层理发育，注水顺裂隙泄漏，泄压。同时部分区域为注水盲区，不能很好软化和破坏煤体。2、设备选型不科学合理。在是设备选型上，由于没有专用注水泵，无法实现高压力和低流量的要求。再加上泵容易坏，煤层注水压力在5MPa左右（几乎为静压注水），致使不能很好破坏煤体。3、煤层注水软化试验不连续性。由于我矿人员紧张，抽调富裕人员进行连续注水试验很困难，所以矿井只能挤出人员进行试验，这使注水试验不能连续性。4、试验中没有找到合适的软化剂。因矿井没有寻找到合适的注水药剂，矿井仅用水进行煤层注水软化试验，这一定程度上影响注水试验效果。以上为矿井煤层注水软化试验情况和不成功方面，在下面的试验中，将吸取失败原因，根据工作面的实际情况，利用煤层弱层理面，沿煤层的走向方向布置钻孔，采用高压注水方式，并寻求软化剂，连续进行注水试验，以发挥煤层注水软化效果，实现安全高效生产的目标。小红沟煤矿+618B1+2煤层综采工作面注水软化项目实施方案9第四部分+618B1+2煤层注水软化项目实施方案第一章工作面概况+618B1+2综采工作面为+590水平东翼采区的南采面，位于矿井工业广场保护煤柱以东，其东界为矿井井田边界煤柱，西界为工业广场保护煤柱。工作面两顺槽巷道沿煤层顶底板布置。工作面设计走向长度1250米（截止10月19日，剩余长度510米），工作面长度31.5米，阶段高度27米（机采2.8米，放顶高度24.2米），煤层倾角为87°，煤的硬度系数f=1.5-3，其中B2比B1煤层较硬，同时B1与B2煤层中间夹矸4～8层，夹矸单层厚0.06～2.43米，夹矸厚度由东向西，逐渐变薄。工作面采用综采放顶煤开采方法，全部垮落法处理顶板，该工作面配备工作面19副液压支架，其中1副ZFTZ14400/20/33型端头支架，5副ZF5600/19/35型过渡支架，13副ZF5000/19/32型放顶煤支架，工作面采用MG-250-NWD型采煤机，前后部刮板机为SGZ730/110型，SZZ730/110型转载机，PCM90型破碎机，皮带运输即为DSJ100/60/2×75型。同时在轨道巷安装1副ZCH9030/19/35型超前支护架。（附+618B1+2综采工作面巷道布置图）第二章采煤工艺一、采煤工艺（一）、采煤工艺流程小红沟煤矿+618B1+2煤层综采工作面注水软化项目实施方案10（二）、采煤工艺详述1、进刀工艺：割煤→拉后溜→移架→斜切进刀→推前溜①割煤：采煤机启动直接割煤，割至机头处后开始翻刀割顶煤，直接由机头割至机尾，必须保持顶板平直，到机尾后滚筒下调，开始割底煤，。采煤机割至机头处和机尾处时在机头、机尾范围内可往复行走几次，利用滚筒将浮煤最大限度的旋至前部刮板输送机上，减少人工装煤量。采煤机将底煤割完后停止在前部刮板输送机中部。②拉后溜：采煤机割煤过程中将后部刮板输送机拉回，拉溜时根据后部刮板输送机与转载机搭接情况决定由机头向机尾拉还是由机