某矿井瓦斯抽采设计.docx

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某矿井瓦斯抽采设计

矿井瓦斯抽放设计

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科长

总工程师

1绪论1

1.1概述1

1.2设计的指导思想3

1.3抽采效果预计3

2井田概况3

2.1交通位置3

2.2地形地貌3

2.3地表水4

3矿井瓦斯赋存4

3.1煤层瓦斯基本参数4

3.2采区瓦斯储量5

4瓦斯抽放的必要性和可行性论证8

4.1瓦斯抽放的必要性8

4.2瓦斯抽放的可行性14

5抽放方法15

5.选择瓦斯抽采方法的依据15

5.2采区瓦斯来源分析15

5.3抽放方法选择16

5.4钻孔及钻场布置及封孔方法16

6瓦斯抽放管路系统及设备选型19

6.1抽放管路选型及阻力计算19

6.2瓦斯抽放泵选型25

6.3辅助设备25

7瓦斯抽采参数检测与监测26

7.1瓦斯抽采参数检测26

7.2地面抽采泵房监测监控26

7.3抽采泵断电控制28

1绪论

1.1概述

地理位置：

xxxxx公司xxxxx为xxx煤炭产业集团下属xxxxxx（集团）有限责任公司所属二级单位，具有独立采矿权人的国有煤炭生产企业。

生产能力：

xxxxx矿井以生产原煤为主，矿井于1988年12月正式投产，设计生产能力30万吨/年，并于2005年经xxx省经济贸易委员会以xxx函[2005]734号文《xxx省经济贸易委员会关于xxx（集团）xxx煤矿和xxxxx生产能力核定的批复》之中审批，xxxxx矿井综合生产能力核定为50万吨/年。

井田地处xxx煤田北部，北与xxx田相联，南与xxx井田相接，南北走向长7.8km，东西宽3.5km。

井田所处构造部位属新华夏系xxx沉降带川东褶皱带的中山背斜北段，井田内断层裂隙发育，采区内主要开采煤层受F35、F38等大断层和中山背斜轴的影响和破坏。

上以+400m标高为界，下以-200m标高为界。

煤系地层属三迭系须家河组（T3xj），可采和局部可采煤层共有9层，其中内连、外连为井田内主采煤层。

煤层均为低硫、特低磷的1/3焦煤。

井田内煤系地层为陆相沉积，岩性变化大，含煤层数多，加上古河流冲蚀，稳定性差；煤系地层的沉积环境具有明显的冲积旋回征，旋回下部为河道滞留及边滩沉积，与下伏岩石冲刷接触，旋回上部为泛滥平原沉积。

至2005年末，矿井煤层地质储量（A+B+C+D）为1265.7万吨，工业储量（A+B+C）为1181.8万吨，其中高级储量（A+B）为569.9万吨，可采储量为844.2万吨。

服务年限20年。

xxxxx水文地质类型属简单类型。

矿区内基本以中山背斜所形成的山脊为地表分水岭，分水岭东、西两侧横向溪沟发育。

东侧溪沟分布稀少，汇集了分水岭以东泉水及井水和斯耳子沟、夏家沟、刘家湾等地表溪沟水，并汇入明月江。

西侧溪沟分布较密集，汇集了分水岭以西泉水及井水和王家沟、龙沟、汪家沟、代家湾、黑子沟、廖家沟等地表溪沟，并汇入铜堡河，最后均汇入洲河。

矿区以中山背斜划分为南东、南西两个水文地质单元，及北西次级水文地质单元、北东次级水文地质单元。

矿区内共有6个含水层，其中一个为隐伏含水层，在±0m水平东翼石门已揭露,并出现较大突水。

划分含水层和隔水层的依据主要是岩性，灰岩、白云岩、介壳灰岩、砂岩均视为含水层，泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩则视为隔水层。

矿区内主要隔水岩组有侏罗系中统沙溪庙组（J2s）、侏罗系中统新田沟组（J2x）、侏罗系中下统自流井组大安寨段（J1-2z3）、马鞍山段（J1-2z2），三叠系上统须家河组第六段第四亚段（T3xj6-4）、第六段第二亚段（T3xj6-2）、第五段第五亚段（T3xj5-5）、第三亚段（T3xj5-3）、第一亚段（T3xj5-1）。

地表无大的水源，矿井总的正常涌水量为203m3/h。

瓦斯：

根据2012年xxx省安监局给xxxxx的瓦斯等级鉴定，矿井绝对瓦斯涌出量为13.87m³/min（其中抽放标况纯量为6.79m³/min），相对瓦斯涌出量15.70m³/t；绝对二氧化碳涌出量为3.82m³／min，相对二氧化碳涌出量为3.37m³／t。

属高瓦斯矿井。

煤尘：

煤尘有爆炸危险性。

自燃：

煤层自燃发火倾向为三类（即不易自燃）。

地温：

矿井通过对控制深部的钻孔进行井温测定，发现地温变化由南向北地温梯度值由低逐渐增高，深部地温西翼（xxx采区）高于东翼（101采区），浅部地温西翼（xxx采区）低于于东翼（101采区）。

+200m水平地温两极值为20--26.2℃，平均23.6℃；±0m水平两极值24.2--31℃，平均27.8℃；由此可见，随着埋藏深度的增加，地温明显增高，在标高-100m左右开始出现一级高温区。

1.2设计的指导思想

结合xxxxx的现有的开采技术条件，依靠科技进步，树立“事故可防可控、必防必控”的核心安全理念，贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”和瓦斯治理“先抽后采、监测监控、以风定产”的十二字方针，以“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的瓦斯治理工作体系，以“瓦斯超限就是事故”的理念，加强瓦斯综合治理工作，努力建设成本质安全型矿井。

1.3抽采效果预计

1.3.1瓦斯抽采率

根据上述瓦斯参数，结合矿区实际抽采效果和xxx集团公司相关文件的要求，确定本矿的瓦斯抽采率不小于30%。

1.3.2矿井瓦斯抽采量

xxx采区的瓦斯抽采量主要包括回采工作面、掘进工作面、±0m西北大巷钻场、±0m西北配风巷及xxx瓦斯探巷等地点瓦斯抽采量。

2井田概况

2.1交通位置

xxxxx公司xxxxx位于xxx省xxxxxxxxxx乡境内，井田属xxxxx乡、江阳乡、亭子乡接合地带，距xxxxx南外10km。

襄渝铁路从西部通过，可达湖北武汉市。

矿井生产原煤通过汽车运到xxx洗选厂，入选后装车外运。

另有公路与国道相连，与高速公路相连，交通十分方便，xxxxx地理座标：

东经107°29′～34′，北纬31°05′～10′。

2.2地形地貌

张口石一带，为松林地及耕地相间分布。

地面基本为耕地，受开采影响很小，地表不会出现下沉情况。

2.3地表水

井田范围内无天然河流和水库，区内山间冲沟发育，地表排泄条件良好。

3矿井瓦斯赋存

3.1煤层瓦斯基本参数

根据xxxxx相关资料和某某大学关于xxxxxxxx斯赋存规律及治理方案研究制定xxx斯抽放设计，该采区瓦斯抽采基础参数如下：

一、煤层瓦斯压力

由xxx轨道上山所测得的瓦斯压力数据作为xxx采区抽采基础参数：

xxx轨道上山下段1.11MPa；xxx轨道上山中段0.9MPa；xxx轨道上山上段1.0MPa；计算平均瓦斯压力梯度为0.002748MPa/m。

二、煤层瓦斯含量

xxx采区煤层分为内连煤层和外连煤层。

内连煤层瓦斯含量预测值为9.6584m3/t；

外连煤层瓦斯含量预测值为9.1179m3/t。

三、煤层透气性系数

xxx采区煤层透气性系数平均为16.04㎡/（MPa²·d），相当于0.xxx0mD。

四、钻孔瓦斯流量

2008年3月某某大学xxxxxxxx斯赋存规律及治理方案研究课题组对±0m西北运输大巷和xxx轨道上山每个试验钻孔的初流量、终流量进行了统计，统计结果见表3-1。

表3-1钻孔瓦斯流量（m³/h）随时间延长变化数据

孔号及位置

第一天

第二天

第三天

第四天

第五天

第六天

1#±0m西北大巷靠运输石门一侧

0.708

0.078

5.91

3#±0m西北大巷靠轨道上山一侧

2.742

2.076

1.962

2.154

2.01

2.124

11#xxx轨道上山下段

6.66

4.992

5.016

4.836

4.842

4.944

12#xxx轨道上山中段

4.908

3.168

5.802

2.616

2.664

13#xxx轨道上山上段

1.47

1.404

1.314

1.566

1.392

预计xxx采区单个钻孔瓦斯流量与xxx轨道上山实测的单个钻孔瓦斯流量钻孔数据相近，取xxx采区单个钻孔瓦斯的初流量为2.742～6.66m³/h。

五、瓦斯抽采率

根据本矿实际抽放率及xxx集团公司要求，并参照《矿井瓦斯抽放管理规范》，确定xxx斯抽放率＞30%。

3.2采区瓦斯储量

3.2.1采区瓦斯储量

根据某某大学对xxxxxxxx采区所做的煤层瓦斯含量和储量，内连煤层瓦斯含量为9.6584m3/t，煤炭可采储量为1.0297Mt；外连煤层瓦斯含量为9.1179m3/t，煤炭可采储量为0.2246Mt。

xxx斯储量按下式计算：

W=W1+W2+W3（3-1）

=（9.6584×1.0297+9.1179×0.2246）+0

+0.2（9.6584×1.0297+9.1179×0.2246）

=14.392Mm3

式中：

W—采区瓦斯储量，Mm3；

W1—采区可采煤层瓦斯储量，Mm3；

W2—受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层瓦斯储量，Mm3；

（3-2）

A2i—受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量，Mt；

X2i—受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含量，m3/t；

W3—受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3，W3=K（W1+W2）

K—围岩瓦斯储量系数，取0.2。

3.2.2瓦斯抽放率

根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第3.0.3条规定：

设计瓦斯抽放率，可根据煤层瓦斯抽放难易程度、瓦斯涌出情况、采用的抽放瓦斯方法等因素综合确定；也可参照邻近生产矿井或条件类似矿井的数值选取。

抽放率指标应符合现行的《矿井瓦斯抽放管理规范》的有关规定。

根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第8.6.3条规定：

瓦斯抽出率：

——预抽煤层瓦斯的矿井：

矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；

——邻近层卸压瓦斯抽放的矿井：

矿井抽出率应不小于35%，回采工作面抽出率应不小于45%；

——采用综合抽放方法的矿井：

矿井抽出率应不小于30%；

对于设计来说，瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求，也可以参照《AQ1027-2006矿井瓦斯抽放管理规范》中第42条进行选取。

1井（或采区）瓦斯抽放率的测定与计算：

在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置，测定矿井每天的瓦斯抽采量。

矿井瓦斯抽采量包括井田范围内地面钻井抽采、井下抽采（含移动抽采）的瓦斯量。

每月底按式（3-3）计算矿井月平均瓦斯抽采率。

（3-3）

式中—矿井月平均瓦斯抽采率，%；

—矿井月平均瓦斯抽采量，m3/min；

—矿井月平均风排瓦斯量，m3/min

2作面瓦斯抽放率的测定与计算：

工作面回采期间，在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置，每周测定工作面瓦斯抽采量（含移动抽采）。

每月底按式（3-4）计算工作面月平均瓦斯抽采率。

（3-4）

式中：

—工作面月平均瓦斯抽采率，%；

—回采期间，工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min；

—工作面月平均风排瓦斯量，m3/min。

xxxxx采用的是综合抽放方法，矿井瓦斯抽放率为30%。

3.2.3可抽期

根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第3.0.4条及《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第5.3.5都规定：

矿井或水平的抽放年限应与其抽放瓦斯区域的开采年限相适应。

根据瓦斯可抽量及年瓦斯抽放量，xxx采区服务年限为6a。

符合设计规范的有关规定。

4瓦斯抽放的必要性和可行性论证

4.1瓦斯抽放的必要性

1、矿井瓦斯抽放可有效地降低风流中瓦斯