煤層注水濕潤(rùn)半徑考察報(bào)告

1、#礦13-1煤層注水濕潤(rùn)半徑考察報(bào)告二一五年三月目 錄1 試驗(yàn)?zāi)康?2 概況12.1 煤層情況12.2 頂?shù)装迩闆r12.3 煤層其他參數(shù)情況23 注水試驗(yàn)設(shè)計(jì)23.1 試驗(yàn)主要設(shè)備23.2 鉆孔設(shè)計(jì)34 注水濕潤(rùn)半徑考察44.1 動(dòng)壓注水濕潤(rùn)半徑考察44.2 靜壓注水濕潤(rùn)半徑考察65 結(jié)論9#礦13-1煤層注水濕潤(rùn)半徑考察報(bào)告1 試驗(yàn)?zāi)康臑楦玫目疾斓V井13-1煤層注水濕潤(rùn)半徑，為13-1煤層注水相關(guān)技術(shù)參數(shù)提供可靠設(shè)計(jì)依據(jù)，在13-1煤層121301工作面機(jī)巷距切眼以南20m處巷道內(nèi)設(shè)計(jì)注水試驗(yàn)鉆孔，開(kāi)展煤層注水試驗(yàn)，分別采取動(dòng)壓和靜壓注水進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)13-1煤層的注水濕潤(rùn)半徑進(jìn)行考察。2

2、概況2.1 煤層情況13-1煤層位于第四含煤段中部，全區(qū)穩(wěn)定可采。根據(jù)工作面內(nèi)及附近地質(zhì)勘探鉆孔及風(fēng)、機(jī)、切眼等巷道實(shí)際揭露的地質(zhì)資料分析，121301工作面13-1煤層全層厚度為3.006.20m，平均厚度（含夾矸）為5.00m；13-1煤層平均含有一層夾矸，夾矸多為炭質(zhì)泥巖，次為泥巖，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度為00.60m，平均厚度為（最大為0.5m、最小為0.1m）0.40m；純煤厚平均厚度為（最大為5.6m、最小2.8m）4.60m；通過(guò)加權(quán)平均，13-1煤層結(jié)構(gòu)為0.60（0.40）4.00m。根據(jù)121301工作面風(fēng)、機(jī)兩巷以及切眼實(shí)際揭露的地質(zhì)資料，工作面內(nèi)13-1煤層傾角415，平均傾角

3、約為11。在斷層及構(gòu)造影響區(qū)域，煤層局部?jī)A角變化較大。為避免斷層、構(gòu)造等地質(zhì)因素對(duì)試驗(yàn)造成影響，試驗(yàn)選擇煤層穩(wěn)定無(wú)地質(zhì)構(gòu)造的區(qū)域進(jìn)行。2.2 頂?shù)装迩闆r1煤層頂板巖性老頂：中砂巖或粉砂巖；中砂巖呈淺灰白色,中粒砂狀結(jié)構(gòu),泥、硅質(zhì)膠結(jié),顆粒成份以石英,長(zhǎng)石為主，厚度03.25m，平均厚度1.62m，普氏硬度系數(shù)6.87.8；粉砂巖呈淺灰色,硅泥質(zhì)膠結(jié),成分以石英,長(zhǎng)石為主,含少量云母巖屑,水平斜層理，厚度02.35m，平均厚度1.12m，普氏硬度系數(shù)4.86.2。直接頂：砂質(zhì)泥巖?；疑罨?砂狀泥質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀,水平層理,巖性硬脆,芯完整,裂隙少，厚度0.701.65m，平均厚度1.25m，普

4、氏硬度系數(shù)4.25.3m2煤層底板巖性泥巖、砂質(zhì)泥巖。泥巖呈灰黑,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),薄層狀,炭質(zhì)含量較高,滑面不發(fā)育，厚度00.90m，平均厚度0.40m，普氏硬度系數(shù)3.64.1；砂質(zhì)泥巖呈深灰色,含砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu),少量滑面,致密性脆，厚度02.20m，平均厚度0.71m，普氏硬度系數(shù)4.25.3。2.3 煤層其他參數(shù)情況121301工作面13-1煤層為黑色，以塊狀為主，局部為碎塊狀，玻璃光澤，內(nèi)生裂隙發(fā)育，見(jiàn)有鈣質(zhì)黃鐵礦充填，以亮煤為主，暗煤次之，根據(jù)井田內(nèi)鉆孔煤層取樣測(cè)試資料：13-1煤層普式硬度系數(shù)約為1.6，容重為1.4t/m3；原煤水份1.85%；灰分24.82%；全硫平均值為0.16%；根據(jù)

5、121301工作面掘進(jìn)期間瓦斯等參數(shù)測(cè)試情況，在121301工作面機(jī)巷內(nèi)測(cè)試原始瓦斯含量4.4241m3/t,最大瓦斯壓力0.37Mpa，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f值為0.791.07,煤的瓦斯放散初速度p值為2.13.7。根據(jù)中煤科工集團(tuán)在111301工作面取樣測(cè)試，13-1煤的孔隙率為2.10%。3 注水試驗(yàn)設(shè)計(jì)在121301工作面機(jī)巷距切眼20m處，巷道的東幫和西幫各施工一個(gè)注水試驗(yàn)鉆孔，分別進(jìn)行動(dòng)壓注水和靜壓注水試驗(yàn)。3.1 試驗(yàn)主要設(shè)備1動(dòng)壓注水設(shè)備：脈沖式注水泵動(dòng)壓注水時(shí)采用2BZ40/12型脈沖式煤層注水泵進(jìn)行注水。其電機(jī)功率11kw，脈沖強(qiáng)度0-12Mpa，輸出流量40L/min。2封孔

6、器封孔器為自動(dòng)封孔器，型號(hào)為FKSS-71/5，注水壓力在1-5Mpa，長(zhǎng)度為2.6m，內(nèi)徑為71mm。3流量計(jì)流量計(jì)量采用SGZ型高壓水表，對(duì)注水流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)顯示注水壓力，SGZ型高壓水表流量0.15.0m3/h，壓力可達(dá)25Mpa。4截止閥及管路注水所用的水源由井下清水管路分流出來(lái)，在分流管路上安裝閥門(mén)控制，注水管路采用礦用高壓膠皮軟管。動(dòng)壓注水通過(guò)注水泵向煤層內(nèi)進(jìn)行注水，靜壓注水利用管路水壓不經(jīng)過(guò)注水泵直接注入煤層。3.2 鉆孔設(shè)計(jì)1動(dòng)壓注水在121301工作面機(jī)巷西幫距離切眼20m處依次向外設(shè)計(jì)4個(gè)鉆孔，其中1個(gè)注水試驗(yàn)鉆孔，3個(gè)考察鉆孔，1#號(hào)鉆孔用于注水試驗(yàn)，2、3、4#鉆孔

7、進(jìn)行濕潤(rùn)考察，2、3、4#鉆孔距1#注水孔的距離分別為2、2.5、3m。2靜壓注水在121301工作面機(jī)巷東幫距離切眼20m處依次向外設(shè)計(jì)4個(gè)鉆孔，其中1個(gè)注水試驗(yàn)鉆孔，3個(gè)鉆孔考察，5#號(hào)鉆孔用于注水試驗(yàn)，6、7、8#鉆孔進(jìn)行濕潤(rùn)考察，6、7、8#鉆孔距5#注水孔的距離分別為3、4、5m。3鉆孔參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)區(qū)域煤層角度，鉆孔沿煤層傾向施工，動(dòng)壓注水鉆孔迎角10施工，靜壓注水鉆孔俯角10施工，動(dòng)靜壓注水鉆孔均采用孔徑75mm，鉆孔深度50m，采用自動(dòng)封孔器，封孔深度3m，動(dòng)靜壓注水考察鉆孔與分別與動(dòng)靜壓注水鉆孔保持一樣的施工角度，開(kāi)孔在煤層中間位置，考察鉆孔直徑94mm，深度30m，在注水結(jié)束

8、后分別在設(shè)計(jì)位置施工考察鉆孔取煤樣，送實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤樣的含水量。表1 注水鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表孔號(hào)方位角（）傾角（）孔徑（mm）孔深（m）鉆孔間距（m）備注1#292.81075500動(dòng)壓注水孔2#292.81075/94302考察孔3#292.81075/94302.5考察孔4#292.81075/94303考察孔5#112.8-1075500靜壓注水孔6#112.8-1075/94303考察孔7#112.8-1075/94304考察孔8#112.8-1075/94305考察孔圖1 煤層注水鉆孔設(shè)計(jì)示意圖4注水參數(shù)煤層注水參數(shù)主要是指注水壓力、注水速度、注水量和注水時(shí)間。注水量或煤的水分增量是煤層注

9、水效果的標(biāo)志，本次試驗(yàn)分別采用動(dòng)壓注水和靜壓注水的方式，動(dòng)壓注水采用2BZ40/12型脈沖式煤層注水泵，注水壓力控制在2.53.2MPa左右，注水時(shí)間控制在4個(gè)小時(shí)。靜壓注水采用清水管路自注，通過(guò)安設(shè)壓力表和流量計(jì)計(jì)量壓力和流量，注水時(shí)間7天。4 注水濕潤(rùn)半徑考察4.1 動(dòng)壓注水濕潤(rùn)半徑考察1煤層動(dòng)壓注水實(shí)施情況根據(jù)設(shè)計(jì)，2015年2月13日早班在121301工作面機(jī)巷距離工作面切眼20m處施工動(dòng)壓注水鉆孔，在鉆孔施工至30m深時(shí)，通過(guò)取芯鉆桿采取煤樣送化驗(yàn)室測(cè)定煤層原始水份，鉆孔最終施工深度50m，施工完畢后，安裝動(dòng)壓注水泵和注水管路及壓力表、流量表等相關(guān)附屬裝置，采用礦用高壓軟管，利用自動(dòng)

10、封孔器封孔后開(kāi)始進(jìn)行煤層注水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量數(shù)據(jù)，注水時(shí)間4個(gè)小時(shí)，注水壓力3.0MPa，注水量共計(jì)7.9m，平均注水流量1.98m3/h。煤層動(dòng)壓注水實(shí)施數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表2。表2 煤層動(dòng)壓注水實(shí)施數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表鉆孔編號(hào)鉆孔長(zhǎng)度(m)孔徑(mm)封孔深度(m)注水時(shí)間(h)注水壓力(MPa)注水流量（m3/h）注水量(m3)1507534.031.987.92煤層動(dòng)壓注水考察動(dòng)壓注水結(jié)束按照設(shè)計(jì)位置分別在距注水孔2m、2.5m、3m的位置施工考察孔，考察孔深30m，采取煤樣送化驗(yàn)室測(cè)試煤樣的水份含量，通過(guò)注水后的煤層的水份含量與煤層原始水份含量的對(duì)比，分析煤層動(dòng)壓注水后的注水濕潤(rùn)情況，從而確定動(dòng)壓注水的濕

11、潤(rùn)效果。動(dòng)壓注水水份測(cè)試結(jié)果如表3所示：表3 動(dòng)壓注水水份含量分析表孔號(hào)距注水孔距離（m）注水前水份Mad(%)注水后水份Mad(%)注水后水份增加量（%）注水后水份增加率（%）222.23.941.7479.0932.52.23.020.8237.27432.22.450.2511.36圖2 動(dòng)壓注水煤層含水量變化趨勢(shì)圖圖3 動(dòng)壓注水煤層含水量增加率變化趨勢(shì)圖根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，煤層注水的效果與煤層的含水量有直接的關(guān)系，一般認(rèn)為，煤體的水份增加1%才有較為明顯的降塵效果，考慮到AQ1020-2006煤礦井下粉塵綜合防治技術(shù)規(guī)范要求，注水總量應(yīng)使鉆孔預(yù)先濕潤(rùn)煤體的平均水份含量大于或于1.5%，因此，本次

12、試驗(yàn)濕潤(rùn)半徑的考察以注水鉆孔為中心，周?chē)后w的水份增加1.5%的界限確定為濕潤(rùn)半徑。動(dòng)壓注水完畢后，按照設(shè)計(jì)對(duì)注水后煤層采取煤樣進(jìn)行水分測(cè)定分析，測(cè)試結(jié)果如表3所示，通過(guò)對(duì)測(cè)試煤層含水量變化分析，可以看出，2#考察孔煤樣的含水量比煤層原始含水量有明顯的增加，含水量達(dá)到3.94%，比原始含水量增加1.74%，相對(duì)煤層原始含水量，增加率達(dá)到79.09%；注水后3#考察孔煤樣的含水量也有增加，含水量達(dá)到3.02%，比原始含水量增加0.82%，相對(duì)煤層原始含水量，增加率達(dá)到37.27%；4#考察孔距離注水孔最遠(yuǎn)，通過(guò)表4數(shù)據(jù)可以看到，煤樣的含水量變化很小。根據(jù)煤層動(dòng)壓注水含水量變化趨勢(shì)圖和含水量增加率

13、變化曲線(xiàn)圖可以看到，從2#鉆孔到3#鉆孔煤樣的含水量均比煤層原始含水量增大，距離注水鉆孔越近含水量及含水量增加率越大，隨著與注水鉆孔距離的加大，煤樣含水量及含水量增加率均下降的較快；通過(guò)圖2、圖3可以看到在3#至4#鉆孔之間煤層的含水量及含水量增加率的曲線(xiàn)變的較緩，表明從3#鉆孔向外煤層水份已經(jīng)變化不大，注水效果已經(jīng)很小。根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合13-1煤層空隙率等情況，按照煤層的含水量增加1.5%來(lái)考察煤層的濕潤(rùn)半徑，在上述條件靜壓注水的情況下，煤層濕潤(rùn)半徑為2.0m。試驗(yàn)表明，煤層含水量隨著距離注水鉆孔的距離越近，注水效果越好，隨著與注水鉆孔距離的增加，注水效果逐漸降低，當(dāng)達(dá)到一定的距離后，

14、注水將不再有效，在采用低壓3MPa的注水壓力，動(dòng)壓注水的情況下，持續(xù)不間斷的注水4個(gè)小時(shí)，煤層濕潤(rùn)半徑為2.0m。4.2 靜壓注水濕潤(rùn)半徑考察1煤層靜壓注水實(shí)施情況2015年2月14日早班在121301工作面機(jī)巷巷道東幫距離工作面切眼20m處施工靜壓注水鉆孔，在鉆孔施工至30m深時(shí)，通過(guò)取芯鉆桿采取煤樣送化驗(yàn)室測(cè)定煤層原始水份，鉆孔最終施工深度50m，施工完畢后，通過(guò)高壓軟管與巷道內(nèi)的清水管路相連，在管路上提前安裝壓力表、流量表等相關(guān)附屬裝置，利用自動(dòng)封孔器封孔，通過(guò)管路內(nèi)的靜水壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔內(nèi)的連續(xù)、小流量的注水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量數(shù)據(jù)，注水時(shí)間164小時(shí)（約7天），注水壓力1.1MPa，注水量共

15、計(jì)65.6m，平均注水流量0.4m3/h。煤層靜壓注水實(shí)施數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表4。表4 煤層靜壓注水實(shí)施數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表鉆孔編號(hào)鉆孔長(zhǎng)度(m)孔徑(mm)封孔深度(m)注水時(shí)間(h)注水壓力(MPa)注水流量（m3/h）注水量(m3)5507531641.10.465.62煤層靜壓注水考察煤層靜壓連續(xù)注水7天，注水結(jié)束按照設(shè)計(jì)位置分別在距注水孔3、4、5m的位置施工6#、7#、8#考察孔，考察孔深30m，采取煤樣送化驗(yàn)室測(cè)試煤樣的水份含量，考慮到靜壓注水的方式注水時(shí)間長(zhǎng)，注水流量大，為加強(qiáng)考察效果，在距離注水孔6、7m的位置采用刻槽法增加兩個(gè)煤樣，定義為9#、10#，測(cè)定煤體含水率，通過(guò)注水后的煤層的水份含量

16、與煤層原始水份含量的對(duì)比，分析煤層靜壓注水后的注水濕潤(rùn)情況。靜壓注水水份測(cè)試結(jié)果如表5所示：表5 靜壓注水水份含量分析表孔號(hào)距注水孔距離（m）注水前水份Mad(%)注水后水份Mad(%)注水后水份增加量（%）注水后水份增加率（%）632.154.252.197.67742.153.821.6777.67852.153.671.5270.70962.152.940.7936.741072.152.680.5324.65圖4 靜壓注水煤層含水量變化趨勢(shì)圖圖5 靜壓注水煤層含水量增加率變化趨勢(shì)圖靜壓注水完畢后，采取煤樣進(jìn)行水分測(cè)定分析，測(cè)試結(jié)果如表5所示，可以看出，靜壓注水后煤層水份發(fā)生了明顯的增加

17、，6、7、8#煤樣水樣增加量明顯，均超過(guò)了1.5%。其中最近的6#煤樣水份含量增加到4.25%，增加了2.1%，水份含量增加率達(dá)到97.67%；7、8、9、10#煤樣水份含量分別增加到3.82%、3.67%、2.94%、2.68%，水份分別增加了1.67%、1.52%、0.79%、0.53%，水份含量增加率分別達(dá)到77.67%、70.70%、36.74%、24.65%；其中9#、10#煤樣由于距離注水孔較遠(yuǎn)，水份含量增加不大，水份增加量達(dá)不到1.5%。根據(jù)煤層靜壓注水含水量變化趨勢(shì)圖（圖4）和含水量增加率變化曲線(xiàn)圖（圖5）可以看到，在采用靜壓，小流量，長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)注水的情況下，注水后煤層的含水量及含水量的變化率曲線(xiàn)隨著距離的變化表現(xiàn)出總體比較平緩均勻的下降趨勢(shì)，表明采用靜壓注水煤層的濕潤(rùn)效果較好，隨著與注水鉆孔距離的增加，注水效果基本按照比較均勻的速度逐漸降低。利用表5中的數(shù)據(jù)對(duì)隨著距注水孔的距離的變化，煤樣水份增加率進(jìn)行回歸分析，得出圖5擬合曲線(xiàn)，并得到含水量隨著距注水孔距離變化方程：；R2=0.9667，表明數(shù)據(jù)相關(guān)性較好。距注水鉆孔的距離（m）；水份的增加率（%）；結(jié)合13-1煤層空隙率等情況，按照煤層的水份增加量達(dá)到1.5%來(lái)考察煤層的濕潤(rùn)半徑，在上述條件靜壓注水的情況下，煤層濕潤(rùn)半徑為5.1m?？梢?jiàn)，在采用靜壓，低壓、小流量，