煤矿井下移动瓦斯抽放系统初步设计说明书Word格式文档下载.docx
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7、山西省煤炭工业局晋煤安发（2008）313号文件关于下发《瓦斯抽放工程设计编制提纲》等有关规定；
8、《南山煤矿2号煤层瓦斯基础参数测定及抽放可行性研究》煤炭科学研究总院沈阳研究院2OO9年1月；
9、《山西省沁源县康伟煤焦有限公司南山煤矿1#煤层瓦斯基础参数测定及抽放可行性研究报告》煤炭科学研究总院沈阳研究院2OO9年11月；
10、南山煤矿提供的通风、生产和地质方面的资料。
0.4设计的指导思想
1、根据《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》和高瓦斯矿井的相关规定；
2、在符合规范要求，满足使用的前提下，尽可能降低成本，节省工程投资；
3、设备、管材选型留有余地，能充分满足矿井安全生产的需要；
4、尽量利用原有的巷道、不增加开拓费用；
5、采用的工艺技术具有先进性，且符合实际；
6、设备、管材选型留有余地，能充分满足工作面瓦斯抽放的需求。
0.5设计的主要内容
1、矿井瓦斯赋存情况、抽放瓦斯的可行性及必要性、抽放瓦斯量预计；
2、瓦斯抽放方法及抽放工艺设计，抽放瓦斯钻场与钻孔参数设计；
3、井下移动抽放泵站的位置选择、供水、供电、通讯等设计；
4、工程中所需设备、仪器、仪表及附属装置等选型及安装设计；
5、井下抽放泵站及井下管网的检测、监控系统布置；
6、抽放瓦斯管理措施及安全措施；
7、抽放所需设备清单及工程投资概算。
8、安装及施工图纸绘制。
1矿井概况
1.1位置与交通
南山煤矿位于沁源县城西北约32.5km，灵空山镇东南约2.5km的王庄村西，行政区划属沁源县灵空山镇管辖，地理坐标为：
东经112°
08′20″～112°
10′23″，北纬36°
31′41″～36°
32′33″。
由矿地面工业广场沿河柏公路向北1.6km可达灵空山镇，再向东15km到李元乡。
南山煤矿向西约1km可至灵空山镇，沿县级公路向北东约25km可达沁源县城，与汾—屯省级公路相接，南距屯留张店35km，东距沁县50km。
向西南经古县北平镇、古县可达南同蒲线洪洞火车站，也可与大—运公路接运，相距约75km。
交通便利，交通位置详见图1-1。
1.2自然地理
1.2.1地形、地貌及河流
井田地处太岳山区，地表为山区侵蚀地貌，沟谷纵横，地形复杂，属侵蚀强烈的中山区。
地势总体为南高北低，西高东低，最高点位于井田西南山梁上，标高为+1421.9m；
最低点位于井田东部柏子河谷中，标高为+1123m，相对高差298.9m。
井田北部有柏子河自北西向南东流经本矿北部，平时流量数十升/秒，雨季山洪爆发后可达数十立方米/秒。
柏子河南部沟谷内平时无水，逢雨季雨水顺沟谷向北东汇入柏子河，再向东南注入沁河，井田地表水属黄河流域，沁河水系。
1.2.2气象、电源及地震
井田属大陆性气候，根据沁源县气象台观测记录，井田年降水量最小为463.3mm（1972年），最大为861.6mm（1975年），冬春两季雨雪较少，夏末秋初雨量较大，降水量多集中在7、8、9三个月；
蒸发量最小为1306.7mm（1983年），最大1609.6mm（1972年），蒸发量大于降水量2.3倍。
一月份气温最低，平均为零下6.5℃，七月份气温最高，为37℃～38℃，年平均气温18.7℃。
十一月份开始结冰，次年三月份开始解冻，冻土深度最大为750mm（1976～1977年），最小为370mm（1972～1973年）。
夏季多东南风，冬春季多西北风，最大风速16m/s。
据《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001图A1）和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）2008年版，井田抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。
图1-1南山煤矿交通位置图
1.2.3邻井及小窑
井田西邻沁源县康伟煤焦有限公司孟子峪煤矿，东接山西汾西太岳煤业股份有限公司太岳煤矿，北与山西新达煤业有限公司、山西沁源五一煤业有限公司、山西乾元煤业有限公司相连，西南为临汾市古县东兴煤矿，东南为临汾市古县临古煤矿。
详见图1-2。
图1-2南山煤矿四邻关系
1.3地质特征
1.3.1地层
1.3.1.1区域地层
沁水煤田位于太行山西翼，总体呈现为轴向NNE的向斜构造，煤田四周地层翘起，地层走向与向斜轴向大致相当。
沁源矿区位于沁水煤田西部。
本区地层发育比较齐全，自西向东出露的地层为太古界至中生界地层。
另外新生界上第三系及第四系也有广泛分布。
1.3.1.2井田地层
井田内地层由老到新有：
奥陶系中统峰峰组（O2f），石炭系中统本溪组（C2b）、上统太原组（C3t），二叠系下统山西组（P1s）、下石盒子组（P1x）、上统上石盒子组（P2s），第四系中上更新统及全新统（Q2、Q3、Q4），井田内出露的地层有太原组、山西组、上、下石盒子组，在山梁、坡上，第四系中上更新统不整合覆盖其上，简述如下：
（1）奥陶系中统峰峰组（O2f）
为煤系地层之基底，厚度大于100m，由灰、深灰色中厚层状石灰岩、泥灰岩组成，局部含白云质。
（2）石炭系中统本溪组（C2b）
厚度为11.60～22.25m，平均16.17m，上部岩性以灰黑色泥岩、灰色砂岩为主，夹薄层石灰岩及薄煤层；
下部以灰白色铝质泥岩为主；
底部为以结核状、块状黄铁矿为主的铁铝质岩，不稳定，常缺失。
（3）石炭系上统太原组（C3t）
为井田内主要含煤地层之一，厚度105.48～126.05m，平均114.11m，岩性主要由深灰色、灰黑色、黑色泥岩、砂质泥岩、石灰岩、煤层及灰白色砂岩组成。
（4）山西组（P1s）
从K7砂岩底至K8砂岩底，厚度42.85～55.87m，平均46.58m，为井田内主要含煤地层之一。
岩性主要为浅、灰白色砂岩，深灰色粉砂岩，灰黑色泥岩，夹炭质泥岩，含煤层5～7层，其中1、2、3号煤层为可采煤层。
以陆相沉积为主。
（5）二叠系下统下石盒子组（P1x）
自K8砂岩底至K10砂岩底，厚110m左右。
（6）二叠系上统上石盒子组（P2s）
井田内广泛出露，按其岩性特征分为三段：
下段（P2s1）：
K10砂岩底到K12砂岩底，厚度150m左右，底部K10砂岩为灰白、灰、黄绿色中砂岩，分选差，局部夹粉砂岩、泥岩包裹体。
下部以灰白、灰绿、黄绿杏黄色粉砂岩、细砂岩为主，夹灰黑色泥岩，暗紫、紫色泥岩粉砂岩薄层；
上部为灰紫、紫、灰绿色相杂，呈花斑状的粉砂岩、细砂岩互层，夹紫色泥岩。
中段（P2s2）：
K12砂岩底到K13砂岩底，厚度100m左右，岩性以浅灰、灰、灰绿色泥岩、粉砂岩互层为主，夹紫、暗紫色泥岩、粉砂岩及2～3层黄绿、灰绿色细砂岩，下部为灰绿色砂岩带，底部K12砂岩为灰白色、灰绿色中砂岩，成分以适应、长石为主，分选差，磨圆度低。
上段（P2s3）：
本井田大部遭剥蚀，只残留与井田东南部，最大残留厚度70m。
岩性以黄绿色砂岩为主，夹绿色砂质泥岩，底部为黄绿色粗砂岩。
（7）第四系中、上更新统及全新统（Q2）
中更新统：
由棕红、黄褐色亚粘土、亚砂土组成，夹薄层砂砾石层，厚0～10m，一般5m左右。
上更新统：
主要由砂层及砂砾层组成，间夹灰黄色粘土及棕红色古土壤条带，厚0～30m，一般10m左右。
全新统：
主要分布于井田北部河川中，由近代冲洪积砂土、砂砾组成，厚0～20m，一般8m左右。
1.3.1.3含煤地层
上石炭统太原组（C3t）和下二叠统山西组（P1s）为本区主要含煤地层，详述如下：
（1）上石炭统太原组（C3t）
为本区的主要含煤地层之一。
自K1砂岩底至K7砂岩底，地层平均厚度126.05m，以沉积环境的差异和含煤性，可划分为三段：
下段（C3t1）
从K1砂岩底至K2石灰岩底，地层厚度平均为61.97m。
是本区最重要的含煤地层。
主要由灰白色砂岩、灰－灰黑色泥岩、铝质泥岩、粉砂岩及稳定可采的9＋10号和11号煤层所组成。
底部K1砂岩，平均厚度2.00m，为灰白色薄层状细—中粒石英砂岩，岩性特征明显，致密坚硬，是一层良好的地层划分对比标志。
中段（C3t2）
从K2石灰岩底至K4石灰岩顶。
地层厚度平均31.77m，主要由三层深灰色石灰岩及灰白色砂岩、灰黑色粉砂岩、泥岩间夹三层薄煤层。
底部为深灰色、巨厚层状致密、坚硬的K2石灰岩。
含有丰富的有孔虫、蜓科、腕足类化石和燧石结核，中、下部常夹有一层灰黑色泥岩。
自K2向上为灰黑色泥岩及其具波状层理的粉砂岩、细粒砂岩，多受黄铁矿浸染，其上发育有不可采的8号煤层。
其顶板为深灰色、厚层状的K3石灰岩。
K3石灰岩全区稳定，易于对比，K3至K4石灰岩间，为灰、灰黑色的砂岩、粉砂岩和泥岩，间夹层位稳定但不可采的7号和7下号煤层，其顶部即为深灰色，中厚层状，致密坚硬的K4石灰岩。
上段（C3t3）
从K4石灰岩顶至K7砂岩底，地层厚度平均32.31m。
主要由灰黑色、黑色泥岩、粉砂岩、灰—灰白色中、细粒砂岩组成，含煤2～4层，其中6号煤层为稳定可采煤层。
下部为灰黑色、黑色薄层状铁质泥岩。
中部为灰色、灰白色钙质石英长石砂岩，称为K5砂岩。
上部为黑色厚层状泥岩。
顶部为灰黑色薄层状钙质泥岩，含动物化石。
本段依据岩相旋回分析，应为泻湖海湾相沉积。
（2）下二叠统山西组（P1s）
K7砂岩底至K8砂岩底，厚度平均42.14m，与下伏太原组地层为整合接触，为本区主要含煤地层之一。
岩性以灰色、灰白色中细粒砂岩，深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩为主，含煤3层，其中2号煤层为稳定可采煤层。
1号、3号煤层为较稳定大部可采煤层。
1.3.2地质构造
井田位于沁水煤田沁安普查区西北部，总体为一走向NE、倾向SE的单斜构造，东部地层较陡，西部较缓，倾角3°
～21°
，一般10°
左右。
井田内共发育4条断层，均为正断层，落差2.6～20m，F1、F2为勘探时地表填图控制并在井下实见，F3、F4为井下揭露，断层特性见表1-1。
表1-1主要断层一览表
断层
编号
位置
性质
走向
倾向
倾角
（°
）
落差
（m）
井田内延伸长度（m）
F1
井田西北部
正
NE
NW
65
20
1120
F2
井田中部
NEE
70
10
950
F3
井田东部
5
800
F4
SE
80
2.6
500
勘探时在地表发现X1号陷落柱，并在主、副井予以揭露，在井下生产过程中，又发现了4个陷落柱，一般为椭圆形，长轴直径最大约为300m，一般150m左右，详见表1-2。
表1-2陷落柱一览表
陷落柱编号
揭露工程
长轴直径（m）
X1
北部
地表及主、副井
300
X2
1、2号煤层井下巷道
60
X3
中部
85
X4
风井及1#煤层井下巷道
160
X5
东南部
2号煤层井下巷道
155
井田内未发现岩浆岩侵入现象。
综上所述，井田内地层平缓，断层较少，井田构造属于简单类型。
1.3.3煤层赋存
1.3.3.1含煤性
本井田含煤地层主要为上石炭统太原组和下二叠统山西组。
山西组平均厚度46.58m，含煤5～7层，其中1、2、3号煤层为可采煤层，煤层平均总厚5.27m，含煤系数11.31%；
可采煤层总厚3.79m，可采含煤系数8.14%。
太原组平均厚度114.11m，含5、6、6下、7、7下、8、9+10、10下、11、11下号煤层，其中6、9+10、11号煤层为可采煤层。
煤层平均总厚9.25m，含煤系数8.11%；
可采煤层总厚5.91m，可采含煤系数5.18%。
两煤系地层总厚160.69m，含煤总厚14.52m，含煤系数9.04%；
可采煤层总厚9.70m，可采含煤系数6.04%。
1.3.3.2可采煤层
（1）1号煤层
位于山西组顶部，上距K8砂岩9m左右，煤厚0.60～1.04m，平均0.80m，井田西南部变薄不可采，为较稳定大部可采煤层，结构简单，无夹矸，顶板为粉砂岩，底板为泥岩或细砂岩。
在井田西北部出露剥蚀。
（2）2号煤层
赋存于山西组中部，上距1号煤层11.65～19.70m，平均16.12m；
煤层厚度0.65～2.65m，平均2.14m，属稳定可采煤层，零星不可采，结构简单，局部含1层薄夹矸，顶板为细砂岩或粉砂岩，底板为粉砂岩或细砂岩。
（3）3号煤层
赋存于山西组中下部，上距2号煤层5.15～6.65m，平均5.79m；
煤厚0.38～1．63m，平均0.81n1，不稳定，只在井田南部局部可采，结构简单，大多含1层夹矸，单层夹矸最大厚度0.45m，顶底板均为泥岩或粉砂岩。
（4）6号煤层
位于太原组上部，上距3号煤层34.15～38.07m，平均35.99m；
煤层厚度0.60～2.65m，平均1.66m，只在井田西北部变薄不可采，为稳定大部可采煤层，结构简单，局部含1～2层夹矸，单层夹矸最大厚度0.38m，顶板为砂质泥岩或泥岩，底板为泥岩。
（5）9+10号煤层
赋存于太原组中部，上距6号煤层38.96～45.32m，平均42.12m；
属稳定可采煤层，煤层厚度2.00～2.89m，平均2.38m，结构较简单，含1～2层夹矸，夹矸最大厚度0.50m，顶板为石灰岩，底板为泥岩或细砂岩。
（6）11号煤层
赋存于太原组下部，上距9+10号煤层18.95～19.38m，平均19.2m；
属稳定大部可采煤层，煤层厚度0.68～3.08m，平均1.82m，结构简单—复杂，含0～3层夹矸，夹矸最大厚度0.70m，顶底板均为泥岩。
表1-3可采煤层特征一览表
煤层
煤层厚度
层间距
结构
（夹矸数）
稳定性
可采性
顶板岩性
底板岩性
最小-最大
平均（m）
1
0.62-1.04
0.80
11.65-19.70
16.12
简单
较稳定
大部可采
粉砂岩
泥岩细砂岩
2
0.65-2.65
2.14
0-1
稳定
细砂岩粉砂岩
粉砂岩细砂岩
5.15-6.65
5.79
3
0.38-1.63
0.81
不稳定
局部可采
泥岩粉砂岩
34.15-38.07
35.99
6
0.60-2.65
1.66
简单-较简单
0-2
砂质泥岩泥岩
泥岩
38.96-45.32
42.12
9+10
2.00-2.89
2.38
较简单
1-2
全区可采
石灰岩
18.95-19.38
19.21
11
0.68-3.08
1.82
简单-复杂
0-3
1.3.4煤质
1.3.4.1煤的物理性质及煤岩特征
（1）物理性质及宏观煤岩特征
1、2、3、6、9+10、11号煤层以光亮型煤质—半光亮型煤为主，夹半暗型煤条带。
结构以细条带到中条带为主，镜煤、丝炭、粘土矿物以稀疏的线理状、透镜状不均匀分布于条带中，局部还夹有黄铁矿结核。
构造为层状、块状。
光泽为强玻璃光泽。
颜色为黑色。
性脆、裂隙发育，参差状断口。
（2）显微煤岩特征
镜质组含量一般在75.00%左右，半镜质组含量一般在2.4%左右，丝质组含量一般在20.00～30.00%之间，矿物含量一般在10～15%左右。
各煤层中，镜质组一般是以均质镜质体为主，其次为基质镜质体，丝质组多为结构半丝质体，部分为粗粒体、少量为碎屑体，矿物含量多为分散状粘土，有个别球状黄铁矿和黄铁矿结核以及次生方解石。
（3）变质阶段
各煤层最大反射率Rmax在1.50%左右之间，属第Ⅳ-Ⅴ变质阶段，相当于焦煤—瘦煤阶段。
1.3.4.2煤类
根据《中国煤炭分类国家标准》（GB5751－86）划分，1、3号煤层均属焦煤（JM），2、6号煤层大部为焦煤，局部有瘦煤，9+10、11号煤层均为瘦煤（SM）。
1.3.5瓦斯、煤尘和煤的自燃
1）瓦斯
根据山西省煤炭工业局晋煤安发[2007]2030号文《关于2007年度年产30万吨及以上煤矿矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复》，沁源县康伟煤焦有限公司南山煤矿日生产能力为900t时，矿井绝对CH4涌出量为7.49m3/min，相对CH4涌出量为11.98m3/t，绝对CO2涌出量为1.55m3/min，相对CO2涌出量为2.48m3/t，为高瓦斯矿井。
（2）煤尘爆炸性及煤的自燃
2007年3月，本矿西邻孟子峪煤矿在6号煤层取样送山西省煤炭地质研究所进行测试，结果：
火焰长度40mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量75%，煤尘具有爆炸危险性。
2008年7月，本矿在井下采取1、2号煤层样送山西省煤炭工业局综合测试中心进行测试，结果：
火焰长度分别为50、80mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量均为70%，煤尘均具有爆炸危险性。
2008年7月，本矿在西邻的孟子峪煤矿9+10号煤层取样送山西省煤炭地质研究所进行测试，火焰长度20mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量65%，煤尘具有爆炸危险性。
2008年施工补勘钻孔时取煤芯样送山西省煤炭地质研究所进行测试，其结果见表2-3-6，各可采煤层均具有爆炸危险性。
煤的吸氧量0.69cm3/g，自燃倾向性为Ⅱ类，为自燃煤层。
煤的吸氧量分别为0.76、0.80cm3/g，自燃倾向性分别为Ⅰ、Ⅲ类，自然倾向性分别为容易自燃和不易自燃。
2008年7月，本矿在西邻的孟子峪煤矿9+10号煤层取样送山西省煤炭地质研究所进行测试，结果：
煤的吸氧量0.92cm3/g，自燃倾向性为Ⅱ类，为自燃煤层。
2008年施工补勘钻孔时取煤芯样送山西省煤炭地质研究所进行测试，其结果见表1-4，1号煤层自燃倾向性为Ⅰ—Ⅱ类，为容易自燃—自燃煤层；
2号煤层自燃倾向性Ⅱ—Ⅲ类，为自燃—不易自燃煤层；
3号煤层自燃倾向性为Ⅱ类，为自燃煤层；
6号煤层自燃倾向性为Ⅰ—Ⅱ类，为容易自燃—自燃煤层；
9+10号煤层自燃倾向性为Ⅰ—Ⅱ类，为容易自燃—自燃煤层；
11号煤层自燃倾向性为Ⅱ—Ⅲ类，为自燃—不易自燃煤层。
表1-4自燃倾向性、煤尘爆炸性检测成果表
钻孔
全硫（St,d）（%）
自燃倾向性
煤尘爆炸性
吸氧量（cm3/g）
自燃倾向性等级
自燃
倾向性
火焰长度（mm）
抑制煤尘爆炸最低岩粉用量（%）
J-5
0.44
0.78
Ⅰ
容易自燃
50
有
J-3
0.46
0.63
Ⅱ
30
0.88
Ⅲ
不易自燃
40
75
J-2
0.33
0.74
0.42
0.65
45
2.49
0.61
15
55
1.67
0.73
1.27
25
3.65
6.21
0.72
1.43
23
0.57
0.79
1.23
2矿井开拓及生产概况
2.1矿井开拓开采
矿井升级改造后，维持现有的斜井开拓方式。
矿井目前开采1、2号煤层，采用联合布置方式，开拓巷道已基本完成。
矿井共布置主斜井、副斜井、安全出口及回风立井四个井筒。
主斜井（已有）井筒净宽4.6m，净断面15.20m2，倾角8°
，斜长1350m。
担负提煤、行人、进风和安全出口之作用。
副斜井（已有）井筒净宽2.4m，净断面5.70m2，倾角12°
，斜长1170m。
担负运送设备、材料、进风和安全出口之作用。
将现有的主斜井改为安全出口，井筒净宽2.2m，净断面4.6m2，倾角10°
，斜长1260m。
担负进风和安全出口之作用。
在原有回风立井东北60m处新开凿回风立井，井筒净直径5.0m，净断面19.63m2，垂深至6号煤层174m，担负矿井回风和安全出口之作用。
现有井筒均掘至2号煤层，在2号煤层中布置井底车场、巷道、硐室和开拓巷道。
在主斜井井底布置有井底煤仓和候车硐室，在副斜井井底布置有井底车场、主变电所、主水泵房、
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