某某矿瓦斯治理方案.docx
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某某矿瓦斯治理方案
徐矿贵州公司某某矿二矿
瓦斯治理与利用规划
煤炭科学研究总院重庆研究院
2009年2月
徐矿贵州公司某某矿二矿
瓦斯治理与利用规划
院长：
邵军研究员
主管院长：
胡千庭研究员
所长：
文光才研究员
项目负责人：
董钢锋研究员
报告编制人：
练友红高工
煤炭科学研究总院重庆分院
2009年2月
目录
1矿井概况1
1.1矿井地理概况1
1.2矿井地质概况1
1.2.1矿井地层1
1.2.2井田构造1
1.3矿井煤层2
1.4矿井开拓、开采与生产规划3
1.5矿井通风瓦斯4
1.6煤层瓦斯基本参数及突出危险性4
2矿井瓦斯现状９
2.1矿井主要灾害９
2.2目前采用的瓦斯治理手段９
2.3机构设置及人员配备情况９
2.4瓦斯治理存在的主要问题和难点９
3瓦斯治理目标１０
4瓦斯治理与利用规划的主要内容１１
4.1煤层瓦斯基本参数测定１１
4.2完善矿井瓦斯监测监控系统１１
4.3矿井主要通风机和地面抽放系统设计和建立１１
4.4矿井煤层开采程序规划１２
4.5开采3煤上保护层瓦斯综合治理１３
4.5.1上保护层开采技术方案１３
4.5.2首采层采掘工作面瓦斯治理１５
4.5.3上保护层开采的主要研究内容１７
4.6石门快速揭穿突出煤层瓦斯综合治理１７
4.7突出煤层煤巷掘进瓦斯综合治理１８
4.8突出煤层顺层长钻孔瓦斯抽放消突技术１９
4.9其他技术及设备２０
5瓦斯综合利用２０
6瓦斯治理配套工程、科研项目及资金投入方向２２
6.1需要开展的科研项目２２
6.2资金投入方向２２
7进度安排２３
1矿井概况
1.1矿井地理概况
某某矿二矿位于贵州省桐梓县西部，隶属于贵州省桐梓县某某矿镇、九坝镇管辖。
某某矿井田二矿属某某矿勘查区的11线以北，走向长度12.5km，倾向宽约3km，井田面积为35.5km2，南西与某某矿一矿相毗邻。
G210国道、川黔铁路及崇遵高等级公路（GZ50）从桐梓县城经过，井田内有桐梓至某某矿公路经井田中部穿过，距桐梓县城48km，正在施工中的桐梓～容光二级电煤公路经过某某矿镇，交通尚称方便。
井田地处黔北高原，以构造、剥蚀地貌为主。
地形切割剧烈，山高坡陡，沟谷纵横。
龙潭组含煤地层沿槽谷延伸，上覆地层呈陡坎或陡坡。
总的地势是东北高，西南低，最高点位于北面关岩矸，海拔1348.80m，最低点位于井田中部J3线至4勘查线河床面及东面条塘河，海拔高为725.00m，相对高差623.80m，含煤地层一般海拔标高为800～1200m。
井田内属温带高原气候，雨量充沛，冬无严寒，夏无酷暑。
据气候资料，年平均气温14℃，最高气温36.3℃，最低气温－6.9℃，相对湿度在68～87%之间，年平均降雨量为1062.90mm，雨季相对集中在5～7月份。
井田南部的桐梓河系长江水系的四级支流，全长100km，平均坡降7%，河面宽30～50m，河谷交呈“V”字型。
平均流量3.65m3/s。
支流与主干河流在平面上构成“树枝状”。
另外，井田内有排砂坝河穿过。
根据中国地震动参数区划图（GB198306－2001），地震基本烈度小于Ⅵ度。
设计基本地震加速度值为0.05g，设计按Ⅵ度考虑。
1.2矿井地质概况
1.2.1矿井地层
某某矿勘查区属于周市坝向斜北西翼，位于周市坝向斜与九坝背斜之间。
周市坝向斜两翼所出露地层为三叠系和二叠系，轴部为侏罗系地层，区内断裂为压性及压扭性断裂组成，与主构造方向一致，呈NE向分布，且断裂多发育在背斜轴部附近。
区内出露地层较齐全，自震旦系上统至第四系中，除泥盆系、石炭系缺失外，均有出露。
总厚度约9900m。
其中以二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系分布最广。
1.2.2井田构造
勘查区位于周市坝向斜北西翼，地层走向NE－SW，倾向SE，倾角10～50°，一般为16°，整体为一单斜构造，次一级褶曲不发育，其构造主要以断层为主。
区内断层发育，主要集中在5勘查线至11勘查线，走向为NE－SW，大致与区域构造走向一致，且在剖面上地层形成阶梯状构造，共发现断层31条，其中落差大于20m的21条，落差小于20m的10条。
井田内次一级褶曲不发育，总体上以断层为主，且以F3断层为主的正断层较发育，只有孔内发现极少数逆断层，走向一般为NE－SW向，集中在井田南部5勘查线至11勘查线之间，对煤层赋存有一定的破坏作用。
1.3矿井煤层
上二叠统龙潭组系海陆交互相含煤建造地层，由碎屑岩、生物化学岩及煤层组成。
含煤地层平均厚度79.12m，含煤8～14层，一般为12层，煤层总厚度8.87～13.65m，平均厚度为11.60m，含煤系数14.8%，含可采煤层5层，其中全区可采4层，局部可采1层，从上至下依次编号为3、5、9、15、16煤层，可采煤层厚度为6.43～15.67m，平均厚度为8.62m，可采煤层含煤系数为10.90%。
3煤层：
区内厚度稳定全区可采，一般在1.1m左右，结构单一，少数钻孔有一层夹矸。
顶板石灰岩，致密、坚硬，有时石灰岩与煤层之间夹0.32m炭质泥岩或泥岩，底板为粉砂质泥岩或泥岩，较松散。
5煤层：
在结构上基本有1～2层夹矸，在7勘查线至9勘查线为单一煤层，厚度变化不大。
直接顶板为泥岩，伪顶为泥质粉砂岩、粉砂岩。
底板为泥岩、粉砂质泥岩。
全区可采。
9煤层：
硬度低，基本有1～2层夹矸，个别勘探钻孔为单一煤层，1102号孔有4层夹矸，且上分层薄，下分层厚，从小煤矿及钻孔采出的煤样看，大部分为粉煤，含硫为中硫煤～低硫煤，易洗选。
顶、底均为泥岩，少数粉砂质泥岩，较松散。
全区可采。
15煤层：
含硫量较高，厚度变化大，与16煤层之间有层煤线，在5勘查线至10勘查线尖灭无煤线。
达到可采厚度的见煤点均有一层夹矸，不可采点基本上为单一煤层。
顶板为泥质粉砂岩，底板一般为粉砂岩，少量为泥岩。
局部可采或零星可采。
16煤层：
硬度相对较大，块状，含硫量高，燃烧时有臭味，且有机硫相对较高，基本上有1～2层夹矸。
顶板为泥质粉砂岩，有时直接顶板为泥岩。
底板为铝土质泥岩，有时煤层与铝土质泥岩之间夹0.23m左右炭质泥岩。
全区可采。
各煤层间距特征见表1。
表1煤层间距特征表
煤层号
间距
变化规律
3
1.58～11.10
5.70
在北部浅部厚度大，往深部及南部逐渐变小。
5
5.70～24.38
13.32
在3煤层与5煤层增厚时，有相应变薄现象。
9
16.21～31.75
21.87
基本稳定，无大变化
15
6.31～16.75
9.58
基本稳定，在301号孔增厚。
16
1.4矿井开拓、开采与生产规划
矿井采用斜井开拓方式，一个水平上下山开采，水平标高确定为+500m。
对于局部垂高较大块段，可设置辅助水平（F3断层下盘以外块段设辅助水平，标高为+800m。
）。
初期布置主、副斜井和回风斜井三条井筒，直接利用三条斜井作为采区上山布置回采工作面。
井筒位于9煤层底板。
根据矿井运输、行人、通风的要求，主、副斜井和回风斜井到+500m井底车场水平后，大致沿9煤层底板布置轨道、胶带输送机大巷，然后在合适的区段布置采区上（下）山，担负F3断层上盘以外块段各采区的主运输、辅助运输和通风等任务。
大巷间距35m，两侧各留设50m保护煤柱。
F3断层下盘以外块段，设+800m辅助水平，大致沿9煤层底板布置两条大巷—轨道运输大巷和胶带输送机运输大巷，担负该块段主运输、辅助运输和通风等任务。
对于+800m辅助水平与+500m水平的连接，采用轨道上山和胶带输送机上山。
本井田采区划分主要按合理的尺寸以开拓大巷和人为或自然边界为界。
结合井田煤层赋存特点及构造因素，全矿井划分为九个采区。
井田主采煤层4层，分别为3、5、9、16煤层，局部可采煤层为15煤。
因煤层间距相对较小，采用联合布置方式。
煤层间开采顺序：
设计首采区3、5、9、15、16煤联合布置，其他采区15煤厚度达不到要求时3、5、9、16煤联合布置。
因瓦斯限产及煤层有可能突出的原因，首先开采3煤作为解放层，煤层间实行下行开采。
开采3煤几个区段后，随后在5煤布置回采工作面；开采5煤几个区段后，可以布置9煤回采工作面。
当中3、5、9煤可以互相配采。
因15、16煤层原煤硫分高，设计根据有关规定不予计算储量，又因受16煤底板茅口组灰岩突水威胁，对15、16煤层，如开采，只开采当地侵蚀基准面（标高+475m）以上的部分。
采区接替，本着先近后远原则进行安排。
采区接替顺序：
东一采区→东三采区→东二采区→东五采区→东四采区→东六采区→西二采区→西一采区→西三采区。
1.5矿井通风瓦斯
矿井属高瓦斯矿井。
矿井采用抽出式通风。
根据井田煤层赋存条件和矿井开拓部署，矿井通风方式为中央并列式，副斜井进风，主斜井辅助进风，回风斜井回风。
中后期开采其他浅部采区时，采区轨道上山和回风上山通至地面，副斜井及采区轨道上（下）山进风，回风斜井及采区回风上（下）山回风，矿井通风方式为混和式。
初期总进风量为131m3/s，中后期为153m3/s。
后期采用分区式通风方式。
通风选用BDK－8－No.28型对旋风机2台，配2×315kW，10kV电机，1台工作，1台备用。
根据《贵州省桐梓县某某矿井田（二矿）煤矿勘探地质报告》和《贵州省桐梓黔源煤电有限责任公司某某矿二矿初步设计说明书》，预计矿井初期和开采困难期的相对瓦斯涌出量分别为33.97m3/t和45.57m3/t，绝对瓦斯涌出量分别为50.72m3/min和87.02m3/min。
3号煤层煤样共取17个，测得可燃基瓦斯含量为7.67～31.1m3/t；5号煤层煤样共取16个，测得可燃基瓦斯含量为7.78～30.11m3/t；9号煤层煤样共取17个，测得可燃基瓦斯含量为8.09～22.54m3/t；15号煤层煤样1个，测得可燃基瓦斯含量为20.99m3/t；16号煤层煤样共取16个，测得可燃基瓦斯含量为5.79～21.79m3/t，据地勘资料，3煤层瓦斯含量11.5m3/t，5煤层瓦斯含量14.3m3/t，9煤层瓦斯含量12.6m3/t，15煤层瓦斯含量14.6m3/t，16煤层瓦斯含量11.5m3/t。
1.6煤层瓦斯基本参数及突出危险性
根据《贵州省桐梓县某某矿井田（二矿）煤矿勘探地质报告》提供的煤层水份、灰分、挥发份及吸附常数等工业分析参数（见表2）计算得到地勘原始瓦斯含量结果，见表3。
根据瓦斯含量随着埋深增大而增大的基本规律，对地勘时期得到的原始瓦斯含量数据进行了整理分析，推算得到某某矿二矿瓦斯含量见表4。
表2地勘时期煤层工业分析结果表
煤层
Mad（%）
Ad
（%）
Vdaf（%）
比重（t/m3）
容重（t/m3）
孔隙率（%）
a
b
3号煤
1.68
22.53
11.74
1.61
1.60
0.51
22.55
0.106
5号煤
1.66
20.84
12.40
1.56
1.50
0.046
50.09
0.047
9号煤
2.03
19.40
10.49
1.54
1.50
0.047
36.2
0.085
15号煤
1.43
28.83
12.64
1.70
1.67
16号煤
1.28
22.29
12.35
1.60
1.58
0.054
34.17
0.084
表4修正后的地勘时期煤层瓦斯含量表
煤层
埋深（m）
修正后瓦斯含量（m3/t）
煤层
埋深（m）
修正后瓦斯含量
（m3/t）
3
100
10.5
5
100
12.0
300
11.0
300
13.1
500
11.5
500
14.3
700
12.1
700
15.5
900
12.6
900
16.6
9
100
11.8
16
100
10.4
300
12.2
300
10.9
500
12.6
500
11.5
700
13.0
700
12.0
900
13.4
900
12.5
备注
推算15煤在埋深为909.98时其瓦斯含量为14.64m3/t。
目前实际测定煤层瓦斯基本情况见表5-8。
表5目前实测煤层工业分析结果表
煤层
Mad（%）
Ad
（%）
Vdaf
（%）
比重（t/m3）
容重（t/m3）
孔隙率（%）
a
b
3号煤
1.05
37.56
17.29
1.79
1.70
5.03
35.4373
1.5368
5号煤
1.65
75.54
45.24
2.45
2.39
2.45
32.5364
0.6644
9号煤
0.82
9.56
10.27
1.45
1.38
4.83
33.1197
1.2221
0.95
9.12
10.36
1.41
1.28
9.22
33.8552
1.2075
1.20
31.80
14.66
1.71
1.62
5.26
34.1191
1.1010
表7主采煤层瓦斯预抽参数统计
煤层
钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）
煤层透气性系数入（m2/Mpa2.d）
3
2.04051
0.90031
5
1.19884
0.676652
9
2.13018
10.552542
表8煤层瓦斯突出单项指标统计
煤层
煤的破坏
类型
瓦斯放散初速度（
）
坚固性系数
（
）
瓦斯压力（
）（MPa）
临界值*
Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ
10
0.5
0.74
3
Ⅱ~Ⅲ
26
0.43
0.62
5
Ⅱ~Ⅲ
7
1.09
0.66
9
Ⅲ~Ⅴ
19
0.35
1.20
Ⅲ~Ⅴ
35
0.19
1.75
Ⅲ
27
0.54
0.13
*《细则》推荐的临界值
从上述实测数据和地勘资料可以看出，各煤层在不同标高、不同区域瓦斯含量差异较大。
3、5煤层由于测点相对较少,实际测定的9煤层瓦斯含量比地勘时期大。
表3某某矿二矿地勘时期煤层瓦斯含量表
煤层
钻孔
标高（m）
埋深（m）
可燃基瓦斯含量（mI/g.r）
原始煤层瓦斯含量（m3/t）
煤层
钻孔
标高（m）
埋深（m）
可燃基瓦斯含量（mI/g.r）
原始煤层瓦斯含量（m3/t）
煤层
钻孔
标高（m）
埋深（m）
可燃基瓦斯含量（mI/g.r）
原始煤层瓦斯含量（m3/t）
3
101
568.63
522.39
11.81
8.95
5
204
328
788.02
30.11
23.34
9
J402
629.19
301.65
19.88
15.62
501
625.73
426.46
9.61
7.28
J202
625.21
334.94
19.1
14.8
602
654.06
347.64
12.6
9.9
901
894.4
109.24
12.86
9.75
402
695.58
154.64
15.25
11.82
603
369.36
718.47
8.09
6.36
903
210.49
844.9
16.57
12.56
403
526.17
423.06
21.23
16.45
802
730.13
362.72
11.85
9.31
2
768.97
312.25
16.52
12.52
404
262.94
709.38
13.74
10.65
1002
806.2
154.68
18.86
14.82
J102
747.53
371.79
10.6
8.03
J402
674.03
256.81
21
16.28
15
903
145.41
909.98
20.99
14.64
202
657.28
395.18
15.14
11.47
602
678.2
323.5
12.53
9.71
16
702
474.59
427.13
11.53
8.81
203
504.9
576.47
22.51
17.06
603
380.77
707.06
13.41
10.39
903
132.98
922.41
13.79
10.54
204
335.79
780.23
21.09
15.98
802
752.68
340.17
19.74
15.3
2
713.26
367.96
9.82
7.51
J202
637.75
322.4
31.1
23.57
1002
823.25
137.63
8.62
6.68
J102
689.31
430.01
17.28
13.21
402
700.7
149.52
10.23
7.75
9
501
605.14
447.05
15.82
12.43
203
440.7
640.67
17.86
13.65
403
532.45
416.78
22.54
17.08
702
526.6
375.12
14.92
11.72
204
268.01
848.01
19.47
14.88
404
272.5
699.82
13.76
10.43
901
864.74
138.9
19.78
15.54
J202
574.23
385.92
18.09
13.83
J402
653.18
277.66
19.33
14.65
903
182.85
872.54
16.99
13.35
J302
621.76
248.06
15.12
11.56
603
388.73
699.1
12.16
9.22
2
747.51
333.71
9.54
7.5
402
642.78
207.44
5.79
4.43
802
757.4
335.45
17.09
12.95
J102
726.95
392.37
10.3
8.09
403
464.08
485.15
20.42
15.61
1002
831.08
129.8
7.67
5.81
202
631.83
420.63
21.31
16.74
404
206.61
765.71
14.59
11.15
5
501
619.14
433.05
12.34
9.56
203
483
598.37
22.54
17.71
J402
588.41
342.43
17.02
13.01
903
200.7
854.69
20.73
16.07
204
308.22
807.8
21.68
17.03
602
611.37
390.33
15.72
12.01
2
756.95
324.27
7.78
6.03
J202
612.42
347.73
19.66
15.45
603
332.14
755.69
8.77
6.7
J102
736.64
382.68
20.87
16.17
J302
663.74
206.08
17.07
13.41
802
690.12
402.73
21.79
16.65
202
646.15
406.31
17.38
13.47
403
503.48
445.75
17.17
13.49
1002
769.91
190.97
11.93
9.21
表6目前实测煤层瓦斯压力钻孔参数和测定结果
煤
号
地点
埋深
（m）
钻孔参数
孔深（m）
煤孔
（m）
压力
（MPa）
原始煤层
瓦斯含量（m3/t）
备注
方位角
（º）
倾角
（º）
9
风井和主井联络巷（离风井壁3.7m）
200
152
30
27.3
5.8
1.20
13.6
08.8.24-9.6施工（封20m），孔内水影响严重
风井和主井联络巷（离风井壁11.7m）
200
152
40
22
3.0
1.75
19.1
08.9.15-28施工，喷孔严重（封16m），孔内水影响严重
风井和主井联络巷（离风井壁19m）
200
152
40
20
1.5
1.80
19.3
08.10.3-8施工，喷孔严重（封16m），孔内水影响严重
5
第一中部车场距拐点2米左帮
51
114
40
46
5（是9煤的长度）
/
/
10月10-14日施工，没见5煤，孔内水大，按报废处理
9
第一中部车场距拐点处左帮
49
78
40
22
5.0
0.18
6.8
10月16-18日施工，孔内水小（封16m）
9
第一中部车场距拐点9.5米左帮
60
114
50
52
5.0
0.20
7.1
10月20-24日施工，没见5煤，孔内水小（封10m）
3
第一中部车场爬坡变平向迎头4m左帮
52
86
30
20
1.0
/
/
10月27-29日施工，未封孔（注浆泵搬不动）
5
第一中部车场爬坡变平向迎头4m右帮
60
266
35
27
/
/
/
11月1-2日施工，未见煤层，按报废处理（注浆泵搬不动）
5
第一中部车场爬坡变平向迎头3m左帮
57
80
30
15
3.0
/
/
11月4-5日施工，未封孔（注浆泵搬不动）
9
距第三中部车场断面变大处13m左帮
119
70
47
63.4
1.0
0.13
5.8
11月11-16日施工（封14m）
3
距三中部车场断面变大处22.5m左帮
95
90
52
52
0.8
0.62
9.7
11月19-21日施工（封20m），孔内水影响严重
5
距三中部车场断面变大处21m左帮
89
60
52
16.4
1.2
0.66
1.9
11月22-23日施工（封14m）
2矿井瓦斯现状
2.1矿井主要灾害
某某矿二矿由于是基建矿井，主副风井在浅部揭开16、15煤时虽然瓦斯比较小，没有突出现象，但在第一、三中部车场揭开9、5、3煤时，由于煤层瓦斯含量较大，炮后瓦斯超限问题比较严重。
而且随着埋深的增加，9煤在主风联络巷处进行测压钻孔施工时已经发生严重的喷孔现象，明显具备突出煤层的特点；从区域来看，3、5煤层也将随着埋深的增加，其突出危险性将加大。
因此，其主要灾害是防止煤层瓦斯突出。
2.2目前采用的瓦斯治理手段
目前矿井已建立了“四位一体”综合防突体系，在煤巷掘进过程中采用钻屑瓦斯解吸指标法测定K1、S值并结合打钻过程有无顶钻、卡钻、喷
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