亭南煤矿瓦斯抽放设计02Word文档下载推荐.docx
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交通位置，见图1-1。
图1-1矿区交通位置图
1.2自然地理
1.2.1地形地貌及河流
彬长矿区地处陇东黄土高原东南，属陕北黄土高原南部塬梁沟壑的一部分。
井田地形属塬川地貌，总的趋势为西南高，东北低。
东及东北部泾河与河谷平坦开阔，标高为＋850m，低于塬面150～200余米，其余冲沟均系“V”字型，呈树枝状发育于泾河与两侧。
彬长矿区属泾河水系。
泾河由北向南流经井田东部，其年均流量57.7m3/s，枯水期最小流量1.0m3/s，洪水期最大流量8150m3/s。
泾河的最大支流由西北向东南流经井田东北隅，在亭口东侧汇入泾河，其平均流量2.28m3/s，最大流量116.0m3/s。
另有支流磨子沟，其流量很小。
1.2.2气象及地震情况
本井田地处中纬带高塬区，属暖温带半干旱大陆性气候，根据气象局与长武县气象局一九八六年至一九九○年统计资料，两县气象资料如下:
彬县：
年平均气温11.2℃，一月份最低，平均－2.16℃，极端最低气温－15.4℃，极端最高气温37℃。
霜期一般在10月上旬至次年4月下旬，年无霜期平均180天左右。
冰冻期一般在12月上旬至次年2月下旬，冻土最大厚度为36㎝。
年平均降雨量516.4㎜，年平均蒸发量1272.2㎜，7、8、9三个月为雨季，占全年降雨量的60％左右。
年平均风速1.14m/s，最大风速14.0m/s，主导风向SE。
长武县：
年平均气温9.1℃，一月份最低，平均－4.06℃，极端最低气温－15.4℃，极端最高气温33.9℃。
霜期一般在10月上旬至次年4月下旬，年无霜期平均176天。
冻土最大厚度为68㎝。
年平均降雨量604.7㎜，年平均蒸发量1246㎜，雨季多集中在7～10月。
年平均风速2.0m/s，最大风速14.0m/s，主导风向SE。
根据《中国地震烈度区划图》，本井田工业场地地震烈度为6度。
1.3地质构造与煤层赋存
1.3.1地层
彬长矿区位于黄陇煤田中段，自东南向西北沿泾河及各支流由老到新依次出露地层有：
中生界三叠系上统组、胡家村组；
侏罗系下统富县组；
中下统组；
中统直罗组；
白垩系下统宜君组、洛河组、华池环河组。
第三系及第四系广泛覆盖其上。
本区含煤地层为侏罗系中下统组。
三叠系地层为含煤岩系基底。
以上地层依次为侏罗系富县组、组、直罗组、安定组、白垩系宜君组、洛河组、华池环河组，第三、第四系。
1.3.2地质构造
亭南井田位于彬长矿区中部的路家～小灵台背斜中断，北跨孟村向斜轴进入向斜北翼，南入大佛寺向斜北翼。
路家～小灵台背斜轴通过井田南部，轴部地层近水平，南翼倾角平缓，北翼倾角4°
～6°
；
井田北部为孟村向斜，地层走向N20°
E，倾角2°
～3°
，与路家～小灵台背斜北翼连接。
精查勘探区位于孟村向斜轴以南，总体呈现近似单斜的构造形态；
大佛寺向斜北翼以北凸出，伸入勘探区东南角，使地层产状发生变化。
构造对煤系、煤层的控制作用主要表现为背斜轴部煤系、煤层较薄，从背斜轴部向两翼及向斜区，煤系、煤层逐渐变厚。
井田勘探中未发现断层，但矿区浅部的水帘、火石咀两矿在生产中均发现有小的性断裂构造，预计本井田有小断层存在的可能。
1.3.3煤层
矿区含煤地层为组，中分上、中、下三个含煤段，中、上含煤段含煤性差，煤层薄，结构复杂，煤层不稳定或极不稳定；
下含煤段含煤最好，含煤系数为40～85％，一般60％。
井田精查区21个见煤孔，仅见5＃、7＃、8＃共三层煤，含煤系数为21％。
上含煤段不含煤；
中含煤段局部地段仅见5＃煤层与7＃煤层，无工业价值；
下含煤段仅有8＃煤层，含煤系数一般为50％以上，最大79.3％，8＃煤最大可采厚度20.46m是井田唯一的可采煤层。
井田唯一可采煤层8＃煤层，位于含煤岩系的最下部，精查区煤层厚度0～20.46m,平均厚度8.29m，其厚度变化规律是井田南部路家～小灵台背斜轴部沉积薄，向两侧沉积加厚，亭南村至史家峪一线以北及磨子沟东南为特厚煤层区；
详查区煤层厚度0～22.34m，平均厚度11.81m，除西北及西南边界处煤层较薄外，其余区域全为特厚煤层。
8＃煤层一般为单一煤层，但常在上部或底部含0～2层夹矸，最多4层，夹矸厚度小，仅占煤厚的0.01～0.06％，最大占煤厚的13.0％。
夹矸岩性为炭质泥岩、泥岩与泥质粉砂岩，属构造简单煤层。
8＃煤层顶板为深灰色泥岩、砂质泥岩，有时见炭质泥岩伪顶，个别地段上与中含煤段底部砂岩直接接触；
底板为灰～灰褐色含鲕状结构铝土质泥岩，多有炭质泥岩伪底，伪底最大厚度0.65m。
精查区可采煤层特征见，表1-1
表1-1精查区可采煤层特征
煤层编号
煤层厚度
夹矸
顶板岩性
底板岩性
煤层稳定
程度
最小～最大
平均
层数
厚度（m）
8
0～20.46
8.29
0～4
0.1～0.75
泥岩、砂质泥岩
铝土质泥岩
较稳定
全井田可采
1.3.4煤质
8＃煤层为中灰、低～特低硫、低磷、中高发热量的低变质烟煤，属不粘结煤31＃（BN31），煤种单一，仅局部层段出现弱粘结煤，精查勘探区煤质资料如下：
灰分：
原煤灰分11.82～26.23％，平均17.01％，属中灰煤。
井田灰分变化较小，规律明显，表现为煤层顶底灰分高，中部灰分低；
厚煤层灰分低，薄煤层灰分高。
硫分：
全硫含量0.13～2.90％，平均0.96％。
磷分：
0.009～0.016％，平均0.013％。
发热量：
原煤发热量：
22.81～27.86MJ/kg，平均25.63MJ/kg。
挥发分：
原煤挥发分31.04～36.42％，平均33.33％。
根据煤的化学性质，工艺性能及煤岩组分的特征，可作为动力用煤、气化用煤和民用煤。
1.3.5煤尘及煤的自燃倾向性
亭南煤矿2005年采样对8＃煤层进行了自燃倾向性及煤尘爆炸性鉴定，根据煤科总院分院的鉴定结果，亭南煤矿8＃煤层煤尘有爆炸危险性，其火焰长度为300mm，最低岩粉量为50％。
8＃煤层属Ⅱ类自燃煤层。
1.4矿井开拓与开采
1.4.1煤炭储量及矿井生产能力
亭南井田境界为：
东以点A（X＝3883390，Y＝36496580），点D（X＝3887600，Y＝36493630）的连线与小庄井田为界；
南以点A（X＝3883390，Y＝36496580），点B（X＝3883540，Y＝36491440）的与大佛寺井田相邻；
西以166＃钻孔与点C（X＝3887000，Y＝36487000）的连线及8＃煤层零点边界线为界；
北以10、176＃钻孔连线及8＃煤层零点边界线为界。
井田东西长约5.7km，南北宽约4.4km，井田面积24.9km2。
矿井地质储量为398830kt。
其中A级储量26160kt，B级储量189050kt，C级储量121590kt，A＋B级储量占A＋B＋C级储量的63.9％，D级储量32880kt；
暂不能利用储量29150kt，系指设计围东北隅的泾河与交汇处及亭口镇下的压煤。
井田工业储量（A＋B＋C级）336800kt，扣除永久煤柱和矿井开采损失（采区回采率按75％计算）后，可采储量为184290kt。
亭南煤矿地质储量和可采储量，见表1-2和表1-3。
表1-2矿井地质储量汇总表
单位：
kt
煤层
分区
能利用储量
暂难利用储量
A
B
C
A＋B＋C
A＋Ｂ
D
A＋B＋C+D
精查区
26160
43150
61410
130720
53.0%
29650
160380
29150
详查区
145900
60180
206080
70.8%
3230
209300
合计
189050
121590
336800
63.9%
32880
369680
表1-3矿井可采储量汇总表
煤层号
工
业
储
量
永久煤柱损失
开
采
损
失
可
井筒及工业场地煤柱
后期风井
公路、村庄、大佛寺洗煤厂
水库大坝
井田境界
小计
7050
3910
39440
14090
15500
91080
61430
184290
矿井设计生产能力为1.2Mt/a，储量备用系数按1.4考虑，服务年限为110年。
1.4.2矿井开拓及开采
本矿井采用一对立井、单水平的开拓方式开发全井田，水平标高在＋455m左右。
主、副立井布置在T2孔附近，工业场地采用台阶式布置，主井井口标高＋856.30m，副井井口标高＋856.35m。
井筒到设计标高后沿经线偏北4º
，向西在煤层中布置三条开拓巷道（胶带输送机运输大巷，轨道运输大巷和回风大巷），井底车场为卧式车场，全井田划分为四个盘区，各盘区均采用大巷条带开采，首采盘区位于井筒南部。
初期开凿一对立井，主井净直径5.0m，装备一对JD系列12t立井多绳钢罐道箕斗；
副井净直径6.0m，装备一对1t矿车单层双车钢罐道多绳罐笼（一宽一窄）。
主井承担矿井煤炭的提升任务，兼初期回风井及作安全出口，副井承担矿井辅助提升任务兼进风井及作安全出口。
后期在井田西部华子塬附近设一专用回风井。
矿井目前在井筒南部布置一个工作面，采用走向长壁后退式采煤法。
综合机械化放顶采煤，全部垮落法管理顶板。
一般工作面长120m左右。
井下现施工5个掘进工作面，
101轨道巷；
一盘区轨道巷；
一盘区皮带巷；
煤仓检修斜巷；
泵房通道。
均为局部扇风机供风。
1.5矿井通风及瓦斯涌出
亭南为基建矿井，初期采用通风系统采用中央并列式，通风方式为负压抽出式通风。
初期一盘区通风系统为：
副立井→井底车场、井底车场绕道→轨道运输大巷→工作面运输巷→工作面→工作面回风巷→工作面辅助运输联络巷→回风大巷→主（回风）立井→风硐。
亭南煤矿通风系统示意图，见图1-2。
矿井初期为副立井进风，主立井回风；
2008年开凿史家峪回风立井承担全矿回风，主副立井进风；
矿井通风机选用两台GAF23.7-11.8-1轴流风机,配套电机为Y400-8型，功率为250kW，额定风量4800～9000m3/min。
矿井现正处在建设阶段，还没有形成正规的通风系统，由于自然风压的影响，现为主井进风，副井回风，矿井总风量为2560m3/min。
在井下安设两台FBCZ-13B型55KW轴流通风机，作为矿井临时供风机备用。
亭南煤矿为基建矿井，未进行过矿井瓦斯等级鉴定，亭南煤矿采用综放采煤法，8＃煤层平均厚度8.29m，目前首采面已贯通，即将进行试生产。
2矿井瓦斯
2.1煤层瓦斯基础参数
煤层瓦斯赋存基础参数是矿井瓦斯防治和瓦斯抽放设计的依据，根据《抽放可行性》报告，亭南煤矿8＃煤层瓦斯基础参数值如下：
8＃煤层原始瓦斯含量2.29～3.15m3/t
煤的孔隙度5.8～8.6％
煤层透气性系数2.59m2/MPa2.d
百米钻孔瓦斯流量衰减系数0.0138～0.0178d-1
百米钻孔初始瓦斯流量0.010m3/min·
100m
2.2矿井瓦斯储量
2.2.1储量计算围
参与瓦斯储量计算的除开采层8＃煤层外，还包括围岩所含的瓦斯储量。
8＃煤层瓦斯含量3.15m3/t。
煤层中的瓦斯资源储量以矿井煤炭地质储量为依据。
2.2.2矿井瓦斯储量及可抽量
矿井瓦斯储量系指煤层开采过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤、岩层赋存的瓦斯总量。
瓦斯储量的大小标志着瓦斯资源多寡，同时亦是衡量有无开发利用价值的重要指标。
瓦斯储量计算公式为：
W煤=A4×
X煤=370×
3.15=1165.50Mm3
式中W煤－8＃煤层瓦斯储量，Mm3；
A4－8＃煤层地质储量，Mt；
X煤－8＃煤层的瓦斯含量，m3/t。
由于8＃煤层无邻近层因此不考虑邻近层瓦斯，在我国一般围岩瓦斯储量都按开采层的15％估算。
W岩=1165.50×
15％=174.83Mm3
矿井瓦斯储量合计
W矿=W煤+W岩=1165.50+174.83=1340.33Mm3
矿井可开发瓦斯量（或称可抽放量）是指在既定的开采地质条件下，按照目前的抽放技术水平所能抽出的最大瓦斯量。
它反映着矿井资源的开发程度，其与抽放工艺技术和抽放能力密切相关。
开采煤层的可抽瓦斯量为开采层的瓦斯储量与抽放率之积。
围岩（或邻近层）可抽瓦斯量为围岩（或邻近层）的瓦斯储量、瓦斯涌出系数与抽放率三者之积，由此可计算矿井的可抽放量为：
Wkc=W煤·
η=1340.33×
0.25=335.08Mm3；
式中：
Wkc—矿井可抽放瓦斯量，Mm3；
η—矿井开采层瓦斯抽放率，按我国目前抽放瓦斯的实际水平，结合本矿所采用方法（煤层预抽、边采（掘）边抽、采空区抽放），η取25％。
3矿井瓦斯抽放可行性论证
3.1瓦斯抽放的必要性
3.1.1建立瓦斯抽放系统的必要条件
根据国家煤矿安全监察局2005年颁布的《煤矿安全规程》第一百四十五条规定，凡有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或井下临时抽放系统：
（一）一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min，或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决不合理的。
（二）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：
1.大于或等于40m3/min；
2.年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min；
3.年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min；
4.年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min；
5.年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。
（三）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。
以下从两个方面来分析亭南煤矿8＃煤层是否具有瓦斯抽放的必要性。
3.1.2从矿井目前的瓦斯涌出现状来看瓦斯抽放的必要性
从目前煤巷掘进情况看，单巷的最大瓦斯涌出量为3.63m3/min，大于3m3/min。
亭南煤矿为基建矿井，首采面已贯通，还未开始生产，矿井现在没有生产工作面，根据《抽放可行性》报告对工作面瓦斯涌出量的预测，工作面绝对瓦斯涌出量预计为9.00m3/min，大于5m3/min。
矿井的绝对瓦斯涌出量预计为21.46m3/min，小于30m3/min。
如采用通风方法解决有困难则需考虑建立瓦斯抽放系统。
3.1.3从矿井通风能力来看瓦斯抽放的必要性
采掘工作面实行瓦斯抽放的必要性判断标准是：
采掘工作面设计风量小于稀释瓦斯所需要的风量，即（3-7）式成立时，抽放瓦斯才是必要的。
（3-7）
Q0—采掘工作面设计风量，m3/min；
Q—采掘工作面的瓦斯涌出量，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，％，C≤1.0。
根据对矿井101回采工作面瓦斯涌出量的预测，回采工作面绝对瓦斯涌出量一般为9.00m3/min，工作面需风量1350m3/min左右，亭南煤矿101工作面设计风量为1320m3/min。
根据对矿井掘进工作面瓦斯涌出量的预测，综掘工作面绝对瓦斯涌出量一般为3.63m3/min，工作面需风量545m3/min左右，炮掘工作面绝对瓦斯涌出量一般为0.81m3/min，工作面需风量122m3/min左右。
亭南煤矿综掘工作面设计风量为480m3/min，炮掘工作面设计风量为240m3/min。
由于回采面、综掘面瓦斯涌出量大于5m3/min和3m3/min，且回采工作面和综掘工作面设计风量小于稀释瓦斯所需风量，亭南煤矿有必要建立瓦斯抽放系统。
3.1.4瓦斯抽放的必要性
综上所述，亭南矿的瓦斯抽放必要性如下：
1）101工作面为矿井首采工作面，投产后产量较高，瓦斯涌出量将达到9.00m3/min，用通风方法解决比较困难；
综掘工作面掘进速度较快，瓦斯涌出量为3.63m3/min，用通风方法解决瓦斯问题比较困难。
2）亭南煤矿采用综放采煤法，落煤强度较大，工作面后方采空区瓦斯将大量涌出，上隅角附近可能出现瓦斯积聚，特别是遇到顶板破碎带，工作面冒顶后高顶也将有高浓度瓦斯积聚，给工作面瓦斯管理工作带来一定的隐患。
3）亭南煤矿的邻近矿井下沟煤矿，其四采区的首采工作面40401工作面，由于遇到地质构造带，出现瓦斯异常涌出，掘进期间瓦斯经常超限，对掘进影响很大。
在形成工作面后由于瓦斯影响，近一个月无法生产，在建立瓦斯抽放系统以后，才恢复正常回采。
亭南煤矿的地质条件与工作面布置与下沟煤矿相似，很可能存在瓦斯富集区，而且亭南煤矿2008年开始开凿史家峪回风立井，在回风立井投入使用前没有专用回风巷，如遇到地质构造带，出现瓦斯异常涌出，将严重影响矿井的正常生产。
3.2瓦斯抽放的可行性
开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性,一般来说,其衡量指标有两个：
一为煤层的透气性系数λ；
二为钻孔瓦斯流量衰减系数α,按λ和α判定开采层瓦斯抽放可行性的标准如表3-1所示。
表3-1开采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）
煤层透气性系数（λ）
（m2/MPa2.d）
容易抽放
<
0.003
>
10
可以抽放
0.003～0.05
10～0.1
较难抽放
0.05
0.1
亭南煤矿实测8#煤层的透气性系数为2.5935m2/MPa2.d，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0138～0.0178d-1,，对比表3-2可以看出8#煤层属于可以抽放煤层，具备本煤层瓦斯抽放的条件，我国除、等少数矿区煤层透气性较好外，其它矿区煤层透气性都比较差，亭南煤矿的抽放条件还是相对较好的。
采空区瓦斯抽放属卸压抽放，只要抽放工艺合理，一般都会取得较好的抽放效果。
3.3建立瓦斯抽放系统的类型
瓦斯抽放系统分地面永久抽放系统和井下局部瓦斯抽放系统两类，根据原煤炭工业部1997年颁布的《矿井瓦斯抽放管理规》第10条规定：
建立永久瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列2个条件：
（1）瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2m3/min以上；
（2）瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在10年以上。
根据亭南煤矿的抽放条件，预计可满足上述2个条件，但亭南煤矿属首次进行瓦斯抽放，建立地面永久抽放系统的条件尚未成熟，因此首先考虑建立井下局部瓦斯抽放系统。
主要理由如下：
1）亭南煤矿初期瓦斯涌出量相对较小，抽放量要求不大，适合进行井下移动抽放；
2）矿井首次进行瓦斯抽放，经验不足；
3）建设地面永久瓦斯抽放系统投资较大，在建立地面抽放瓦斯泵站之前，用移动泵站进行井下试抽，由试验确定最佳抽放方法和抽放参数，为建立永久性地面泵站抽放系统提供可靠的依据，避免盲目投资造成浪费。
因此亭南煤矿应首先开展井下移动抽放工作，积累抽放经验，如今后瓦斯涌出量增大，局部瓦斯抽放系统不能满足要求时，再考虑建立永久瓦斯抽放系统。
因此亭南煤矿首先建立井下移动瓦斯抽放系统。
建议亭南煤矿在井筒预敷设瓦斯抽放管路为建立地面固定瓦斯抽放系统做准备。
4抽放瓦斯方法与工艺
4.1矿井瓦斯来源分析
亭南煤矿101工作面属厚煤层一次采全高，采用综放采煤法。
工作面瓦斯一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分来源于采空区和邻近层，采空区瓦斯涌出包括丢煤解吸的瓦斯、围岩涌出的瓦斯，为此工作面瓦斯主要来源于开采落煤、邻近层和采空区（含围岩）涌出的瓦斯。
因此101工作面瓦斯抽放的重点应放在预抽本煤层和抽放采空区瓦斯上。
4.2抽放瓦斯方法
抽放瓦斯方法的选择，主要是根据矿井（或采区、工作面）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。
目前抽放瓦斯方法主要有：
开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放，选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则：
1、选择的抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；
2、应根据瓦斯来源及涌出构成进行，尽量采取综合治理瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；
3、有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合；
4、选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道布置与维修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本；
5、所选择的抽放法应有利于抽放工程施工、抽放管路敷设以及抽放时间增加。
4.3抽放瓦斯方法的确定
根据抽放方法的选择原则，结合亭南煤矿各煤层的赋存、瓦斯来源等特点，考虑到工作面所需的抽放量，提出亭南煤矿较合理的抽放方法。
抽放方法，见表4-1：
表4-1抽放方案选择
类别
抽排放方式
理由
抽排放工艺
建议
本煤层抽放
采煤工作面预抽及边采边抽
煤层瓦斯含量较大，透气
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