义马煤矿瓦斯抽放设计1Word格式文档下载.docx

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本井田以上侏罗统砾岩为骨架,上部广泛第四系亚粘土,地形较复杂,属低山丘陵区.标高为+437.20-+670.73m,最大相对高差233.53m.整个井田呈南高北低的形态,在井田南部构成近东西向分水坡,标高+547.80-+670.73m.井田内南北及东西向冲沟发育.井田北部较平坦,季节性河流南涧河自井田北部由西向东流过.

2）.气候

矿区为大陆性气候,四季分明,雨量较为充沛和集中.根据渑池气象站资料,最高气温41.6º

C,最低气温-18.70º

C,年平均气温12.3º

C.

3）.降水量

年最大降水量为1013.6mm,最小为371.2mm,7,8,9月降水量占全年的55%.

4）.冻结期

冻结期为11月至第二年3月,冻结天数为31-93天,最大冻结深度为0.34m.

1.3井田地质构造情况

新井田北起二-3煤露头线,南至F16断层,东起F3-3断层,西至耿村井田人为边界,面积19.10km2.构造形态为一简单的单斜构造,地层由老到新有三叠系,侏罗系,白垩系,第三系和第四系.

1.4煤层赋存情况

侏罗系中统义马组（J12）为本井田含煤地层,煤系保留厚度20.10-99.86m,平均厚度67.0m.其上与马凹组（J22）呈平行不整合接触.其下与三叠系谭庄组呈角度不整合接触.

1）.岩性组合特征

义马组（J12）含煤岩系自下而上划分4段:

（1）.底砾岩段

厚0.30-32.81m,平均厚度7.70m.

由浅灰色砾岩,砂岩及棕灰色含砾粘土岩组成,为一套河床相及河漫相沉积物,在煤层分叉区为二-3煤底板,合并区为二煤底板.

（2）.下含煤段

厚5.31-39.34m,平均32.30m.

该段为义马组主要含煤段,含二煤组（二-1煤,二-3煤）,其上称二-1煤,其下称二-3煤,两层合并后称二煤.以煤层分差合并线为界,本段岩煤层组合差异显著.二煤分叉为二-1煤,二-3煤,本分叉后煤层总厚度变小,两煤层间为一套三角洲相砂质沉积物.该层特征明显,层位稳定,为义马煤田重要标志层之一,其编号为J12S1.其厚度变化自北向南,自东向西变薄尖灭.在井田西北边角处极小范围内有二-2煤存在.

合并区:

以厚及特后二煤层为主体,属于泥炭沼泽相沉积,煤层最大厚度为37.48m,纯煤厚度为m.

（3）.泥岩段

厚4.40-42.20m,平均24m.在井田内该层自北向南,自东向西逐渐增厚,在煤层分叉区为二-1煤顶板,在合并区为二煤顶板.

（4）.上含煤段

厚度为0-9.09m,平均3.00m.仅不同程度留于井田的中,深部.

2）.煤层

本井田含煤地层为义马组,含煤两组,3-4层,上部为一煤层,含一-1煤,一-2煤.其中一-1煤被剥蚀殆尽,一-2煤局部可采.下部为二组煤,含二-1煤,二-2煤,二-3煤.二-1煤和二-3煤合并后称二煤.

二-1煤,二-3煤和二煤均为本井田主要可采煤层.井田各可采煤层发育如表1-1所示.

表1-1.某井田可采煤层发育情况

煤层

全层厚度,m

纯煤厚度,m

可采厚度,m

可采程度

二-2

0-4.69（平均0.98）

0-2.54（平均0.6）

0.8-2.38（平均2.16）

局部可采

二-1

0.14-9.45（平均4.24）

0.14-7.40（平均3.60）

1.00-7.40（平均3.60）

全井田可采

二-3

0.20-18.99（平均4.72）

0.20-17.76（平均4.21）

0.80-17.76（平均4.25）

全井田大部可采

二

5.59-37.48（平均16.29）

3.89-33.26（平均13.81）

目前开采的煤层为二煤.二煤位于煤系下部,属于特厚煤层,顶板为J2K1泥岩,底板为J21S2含砾粘土岩及粘土岩,上距一-1煤平均为24m.

1.5矿井开拓方式

某煤矿原来为一对立井多水平盘区上下山开拓,主采层为二-1和二-3煤层.新材料井和新风井于2004年投入使用.目前开采的21181工作面为综采放顶煤开采工作面.该工作面位于21区下山西翼,北邻未回采的21161工作面,南邻未回采的21201工作面,东邻21区下山保护煤柱,西邻F3-9断层保护煤柱.工作面采用走向长壁开采,一次采全高,全部陷落法管理顶板.工作面上下巷沿底掘进.

2004年,矿井的生产能力达到1000Mt.日生产能力为3000t/d.矿井服务年限为90年.

1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出

某煤矿目前开采二-1和二-3煤.采用中央边界式抽出式通风，材料立井和材料斜井进风，3#风井,1#风井和新风井回风.新风井安装两台DDK-6-No20型风机,风量为3800m3/min.3#风井安装两台70-D2-21-24型风机,1#风井安装两台BK54-6-13型风机,3#和1#风井合并风量为1000余m3/min.3#和1#风井对将来进行瓦斯抽放的区域影响甚微.

虽然煤矿周边煤矿瓦斯涌出不大，为低瓦斯矿井（表1－2）,但随开采深度的增加,瓦斯涌出量有增大的趋势.2004年8月某矿瓦斯鉴定结果表明全矿井绝对瓦斯涌出量为21.84.0m3/min,相对瓦斯涌出量为7.49m3/t.由于目前21181工作面开采的煤层厚度达到20m以上,工作面回采期间的绝对瓦斯涌出量就已经超过10.0m3/min.

邻近煤矿都在考虑建立地面永久瓦斯抽放系统或井下移动瓦斯抽放系统.

表1－2邻近矿井瓦斯等级鉴定结果（2004年8月）

年度

矿名

瓦斯（全矿井）

二氧化碳（全矿井）

鉴定等级

审批等级

绝对量

（m3/min）

相对量

（m3/t）

某

21.84

7.49

低瓦斯

跃进

耿村

2矿井瓦斯抽放的必要性与可行性

根据国家煤矿安全监察局2001年颁布的《煤矿安全规程》第145条规定,如果矿井绝对瓦斯涌出量超过40.0m3/min,无论井型大小,也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性,必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统.虽然某煤矿的绝对瓦斯涌出量还没有达到40.0m3/min,但现有的通风系统无法排放回采工作面所产生的瓦斯.

《煤矿安全规程》,《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定:

当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min,采用通风方法解决瓦斯问题不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施.

除此而外,某矿煤层极易自燃,过大的风量会导致煤层的自燃发火.为贯彻国家安全生产监督管理局”先抽后采,以风定产,监测监控”的安全生产方针,某煤矿已经在井下建立了一个临时抽放瓦斯泵站（两台40m3/min抽放泵,一台20m3/min抽放泵,一台60m3/min抽放泵）为21181工作面抽放瓦斯服务.

井下抽放泵站的安装和清洗维护费用较高,又便于管理.2004年投入使用的材料井距离井下临时抽放泵站的排气点的水平距离很近.只要延伸500m左右的抽放管路（不包括已经安装的材料立井内的580m管道）就可以将抽放瓦斯泵站布置在地面为今后开采的各个采区服务.

2.1矿井瓦斯涌出量预测结果

表2－1至表2-4是二-1和二-3煤层开采时，对应于不同生产时期的回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量鉴定结果，由此可知，无论是当前生产时期、中期还是后期，某煤矿都属于低瓦斯矿井.

表2－1给出了回采工作面瓦斯涌出量预测（或鉴定）结果.瓦斯含量是根据21181工作面的瓦斯涌出统计,21181工作面煤样的吸附实验等确定的.由于现场的煤层瓦斯含量及瓦斯压力的实测数据十分有限,表2-1中的数据只作为设计参考.建议某矿将来进行这方面的实测工作.

表2－1回采工作面瓦斯涌出量预测（或鉴定）结果

生产时期

采区

煤厚（m）

瓦斯含量（m3/t）

日产量（t/d）

开采层瓦斯涌出量

当前时期

二-1煤层

10

5.0

1500

15.60

二-3煤层

中期

2500

26.01

后期

表2－2掘进工作面瓦斯涌出量预测结果

生产

时期

煤厚

（m）

巷长

掘进速度（m/月）

瓦斯涌出量（m3/min）

煤壁

落煤

合计

前期

二煤

1000

150

1.80

0.60

2.40

备注：

⑴每个炮掘工作面掘进一条大巷，其瓦斯涌出量为这条大巷的煤壁瓦斯涌出量加上单头掘进落煤瓦斯涌出量；

⑵每个炮掘工作面掘进煤量均为70t/d，瓦斯涌出量为：

初期2.40m3/min，中期2.40m3/min，后期2.40m3/min.

统计表明,21181工作面掘进期间瓦斯绝对涌出量为1.8-2.4m3/min.因此,当前阶段和以后生产时期的每个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量定为2.4m3/min（表2-2）.

目前某矿布置一个工作面（21181工作面）,今后考虑布置两个回采工作面,即一个综采综放工作面和一个综采工作面.今后考虑布置4个掘进工作面.表2-3给出了各个生产时期的瓦斯涌出量预测.

表2－3采区瓦斯涌出量预测结果

工作面

平均产量（t/d）

采区瓦斯涌出量

回采

掘进（m3/min）

采空区（m3/min）

合计

目前

综采

3000

15.6

4.8

2.0

22.4

综采综放

2000

10.4

1.0

16.2

表2-4给出了当前和今后生产时期的矿井瓦斯涌出量预测.由于地面瓦斯抽放系统为一工程量较大的项目,服务年限长,一旦管路安装完毕不易更换.因此,对将来矿井瓦斯涌出量的预测留有一定余地.

表2－4矿井瓦斯涌出量预测结果

开采区域

瓦斯涌出量

生产采区（m3/min）

已采采区

采掘工作面等

4000

38.6

2.2回采工作面瓦斯涌出来源与构成

在二-1和二-3煤层工作面采空区,生产工作面（按两个回采工作面考虑）和掘进工作面（按4个掘进工作面考虑）,预计将来的最大瓦斯涌出量可达到38.6m3/min.

.

2.3瓦斯抽放的必要性

2.3.1相关法规的要求

按照《煤矿安全规程》规程的有关规定及”先抽后采,以风定产,监测监控”的十二字方针，无论高瓦斯矿井的井型大小，也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统.

某煤矿设计生产能力为600Mt/年,目前生产能力达到1000Mt/年.从瓦斯涌出量预测结果（表2－4）来看，矿井在生产过程中的瓦斯涌出量将达38.6m3/min,单纯靠通风系统来稀释瓦斯是不可能的.因此，必须建立瓦斯抽放系统.

2.3.2采掘工作面瓦斯治理的需要

《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定:

当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施.虽然,该矿回采工作面的绝对瓦斯涌出量已经超过5m3/min.产量和瓦斯涌出量都有进一步增加的趋势.

采掘工作面需要采取瓦斯抽放的必要性判断标准是:

在给定的巷道通风断面条件下，采掘工作面设计通风能力小于稀释瓦斯所需的风量,即式（2－1）成立时,抽放瓦斯才是必要的.

…………………………………（2－1）

式中:

Q0-采掘工作面设计风量,m3/s；

Q-采掘工作面瓦斯涌出量,m3/min；

K-瓦斯涌出不均衡系数,取K=1.5；

C-《煤矿安全规程》允许的采掘工作面瓦斯浓度，%，取C=1.

根据采掘工作面瓦斯涌出量预测结果，由式（2－1）计算得到的回采工作面（按综采和炮采两个工作面考虑）、掘进工作面（按3个掘进工作面考虑）瓦斯抽放必要性判断结果如表2－5所示.

由表2－5可以看出，对回采工作面和采空区而言，单纯靠通风方法不能解决工作面瓦斯超限问题.对掘进工作面而言,部分掘进工作面可能存在供风难的问题,也可能需要采取瓦斯抽放措施.

表2－5矿井瓦斯涌出量预测结果

设计风量

（m3/s）

需要风量

是否需要

抽放瓦斯

采空区

3.0

不需要

26.0

1300

>

2600

需要

掘进

9.6

800

960

2.4瓦斯抽放的可行性

本煤层瓦斯抽放的可行性是指在自然透气条件下进行预抽的可能性.衡量本煤层瓦斯预抽可行性指标有三个：

煤层透气性系数（λ），钻孔瓦斯流量衰减系数（α）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数（Qj）.

按λ、α和Qj判定本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2－6示.

表2－6本煤层预抽瓦斯难易程度分类表

抽放难易程度

钻孔瓦斯流量衰减系数

α（d-1）

百米钻孔瓦斯极限抽量

Qj（m3）

煤层透气系数

λ（m2/MPa2·

d）

容易抽放

<

0.003

14400

可以抽放

0.003～0.05

14400～2880

10～0.1

较难抽放

0.05

2880

0.1

目前，某煤矿基本没有测定煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数和百米钻孔瓦斯极限抽放量.

考虑到某煤矿毗邻的其他矿井的情况和地质勘探资料及有关文献,可以断定，某煤矿二煤属于较难抽放煤层（表2-6），如不采取其他技术措施,基本不具备预抽本煤层瓦斯的可行性.因此,回采工作面将继续采用高位瓦斯抽放来治理工作面的瓦斯超限.

2.5矿井瓦斯储量与可抽量

矿井瓦斯储量是指在煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层及围岩所储存的瓦斯量.开采二煤时，应该纳入矿井瓦斯储量计算有二-1和二-3煤层和围岩（含煤线）的瓦斯储量，计算公式如下：

…………………………（2－2）

Wk—确矿井瓦斯储量，万m3；

C—围岩瓦斯储量系数，取C=1.05；

A—二煤工业储量，万吨；

X—二煤平均瓦斯含量，m3/t.

可抽量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，由下式计算：

……………………………………（2－3）

Wkc----矿井瓦斯可抽量，万m3；

ηk----矿井瓦斯抽放率，按照义马矿区生产矿井的现状预计，

ηk=25～35%，取平均值ηk=30%；

Wk----矿井瓦斯储量，万m3.

表2－7矿井瓦斯储量及可抽取量计算结果

储量类别

煤炭工业储量

（万吨）

平均瓦斯含量（m3/t）

瓦斯储量

（万m3）

可抽量

开采层

16452

5

82260

24678

围岩

4113

1233.9

86373

25911.9

矿井瓦斯储量和可抽量计算结果如表2－7所示.由表可知，矿井瓦斯储量和可抽取量分别为86373万m3和25911.9万m3.矿井的煤炭工业储量是根据1990年的《河南省义马矿务局某煤矿矿井地质报告》给出的可采储量减去1991-2004的采出量进行估算的.

煤炭工业储量=17752–100x13=16452万吨

3矿井瓦斯抽放方案初步设计

3.1抽放方法选择的原则

选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件,瓦斯基本参数,瓦斯来源,巷道布置,抽放瓦斯的目的及瓦斯利用等因素来确定,并应遵守以下原则:

（1）.抽放方法应适合煤层赋存状况,巷道布置,地质条件和开采技术条件.

（2）.应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析,有针对性地选择抽放瓦斯方法,以提高瓦斯抽放效果.

（3）.在满足瓦斯抽放的前提下,应尽可能地利用生产巷道,以减少抽放工程量.

（4）.选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护.

（5）.选择的抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果,降低瓦斯抽放成本.

（6）.瓦斯抽放应有利于钻场,钻孔的施工和抽放系统管网的设计,有利于增加钻孔的抽放时间.

3.2抽放瓦斯方法选择

某煤矿抽放瓦斯的目的是消除或缓解瓦斯突出的危险性及使工作面的瓦斯涌出量降低到通风能解决的水平或减轻矿井通风负担.因此,确定矿井抽放瓦斯的方法为开采煤层抽放（包括开采工作面和掘进工作面抽放）和采空区抽放等方式.

在二-1和二-3煤层开采时，必须对所有的回采工作面进行高位抽放或本煤层预抽、对大多数的掘进工作面进行瓦斯预抽放.选择的瓦斯抽放方法如下：

⑴.采用边采边抽相结合方式抽放回采工作面采空瓦斯；

⑵.掘进工作面采用边掘边抽方法抽放本煤层瓦斯;

⑶.采用高位钻孔抽放回采工作面及采空区瓦斯.

由于某矿煤层具有自燃倾向性,不宜采用采用采空区抽放.

3.2.1回采工作面本煤层瓦斯抽放

由于煤层的透气性低,采用预抽和边采边抽相结合的抽放方法，即：

利用工作面胶带顺槽或轨道顺槽向煤层打迎向平行钻孔预抽本煤层瓦斯，并利用回采工作面前方超前卸压效应边采边抽本煤层瓦斯，以提高煤层瓦斯抽放效率.

推荐的钻孔布置方式如图3－1示.

图3－1回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布置示意图

推荐的本煤层预抽钻孔布置参数如下：

钻孔长度80-100m；

钻孔直径∮75mm；

钻孔与工作面夹角4°

～6°

；

钻孔间距10m；

封孔深度5m；

封孔方式聚胺脂封孔.

3.2.2掘进工作面瓦斯抽放

掘进工作面抽放瓦斯的方法有边掘边抽和先抽后掘瓦斯抽放两种方式.考虑到某煤矿掘进工作面瓦斯涌出较小,采用边掘边抽比较合适.采用边掘边抽时,抽放钻孔布置方式如图3－2示.

推荐的钻孔布置参数如下：

钻孔长度60-100m；

钻孔直径∮75mm；

相邻孔间夹角3°

～5°

钻场间距50m；

钻场内钻孔数3个；

封孔深度5m；

封孔方式聚胺脂封孔.

图3－2掘进工作面边掘边抽瓦斯钻孔布置示意图

在煤巷掘进工作面后5m处的巷道两邦各施工一个钻场.钻场的规格应根据巷邦瓦斯抽放钻孔布置的要求,选用钻机的外形尺寸及钻杆长度而定.根据该矿的具体情况,每组钻场在煤巷两侧错开布置,其规格为:

4x4x2m,采用木棚支护.相邻两组钻场之间的间距为40-50m.

在每一钻场内,沿走向布置3个边掘边抽钻孔,即左,右钻场各三个,孔深6