某矿11采区瓦斯抽放设计.docx
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某矿11采区瓦斯抽放设计
某矿11采区瓦斯抽放设计
2009年4月16日
目录
一、矿井概况-3-
1.煤层赋存条件及空间煤炭储量-3-
2.矿井设计生产能力-4-
3.巷道布置及采煤方法-4-
4、瓦斯-4-
5.矿井通风方式-6-
6、煤尘-6-
7、自燃-6-
8、服务年限-6-
二、瓦斯抽放基本参数-7-
三、瓦斯基础参数预测-7-
1.某矿煤层气资源储量-7-
2.瓦斯压力及煤层突出参数测定-8-
3.矿井瓦斯涌出量-8-
4.风井工区设立瓦斯抽放泵站的必要性-9-
四、抽放方法的选取-10-
1.采前预抽的抽放方式-11-
（1）底板岩石抽放巷穿层抽放孔采前预抽-11-
（2）本煤层顺层平行孔采前预抽-11-
2.随采随抽的抽放方式-11-
3.采空区抽放的抽放方式-12-
五、瓦斯抽放设备的选取-12-
1.抽放瓦斯的管道-12-
（1）本煤层抽放管径的选取-12-
（2）底板穿层抽放管径的选取-13-
（3）顶板高位裂隙抽放管径的选取-13-
（4）采空区抽放管径的选取-14-
（5）并网抽放的选择-14-
（6）抽放管网的管理-14-
2瓦斯抽放泵的选取-15-
（1）抽放管网的布置-16-
（2）抽放管网的阻力计算-16-
（3）瓦斯抽放泵的选取-18-
六、抽放技术管理-18-
一、矿井概况
1.煤层赋存条件及煤炭储量
某矿井田属荥巩煤田南部，位于河南省巩义市境内，井口东距郑州市54km，北距郑州市上街区18km，西北距巩义市中心城20km。
井田东西长10km，南北宽3.25km，面积31.96km2。
设计生产能力为60万吨/年，服务年限87年。
某矿井田二煤地质储量1.3904亿吨，可采储量0.7322亿吨。
主采煤层二l煤赋存于二迭系下统山西组下部，全区发育，层位稳定，普遍可采。
煤层埋深40～550m，煤层底板标高为+190～-265m。
二1煤层厚0～13.OOm，平均厚3.59m。
矿井开采二1煤层属高瓦斯煤层，且有煤与瓦斯突出危险；二1煤以粉、粒状煤为主，煤层直接顶、底板以泥岩和砂质泥岩为主，顶板泥岩水平层理发育，岩性松散，煤层底板有底鼓现象，为“三软”煤层。
首采区11采区的可采储量为597.6万吨，共分7个区段。
2.矿井设计生产能力
根据某矿初设报告，该矿设计生产能力为0.6Mt/a。
3.巷道布置及采煤方法
11采区及全矿井的采煤方法拟采用炮采分层开采，铺设金属网作为假顶，全部陷落法管理顶板方式。
回采工作面选用单体液压支柱配合л型钢梁支护顶板。
工作面采用分层开采，一次采高2.2m,工作面长度120m左右，每循环1.0m，年进度约750m。
采区内回采工作面的回采方法为后退式。
采区设四条上山，均布置在二1煤层底板15m厚的细粒砂岩中。
轨道上山为辅助提升，运输上山专用运煤，两条回风上山专用回风。
4、瓦斯
该区为一走向近东西，地层倾角较缓（8～12°）的单斜构造，从矿区边界来看，西部35勘探线，东部水头河，深部-260米底板等高线均未破坏煤层与井田外围的连续性，虽不属严格的封闭边界，但也不存在利于瓦斯逸散的条件，唯浅部煤层露头被第四系松散沉积物所掩盖，应属煤层瓦斯的逸散边界。
与西部的大峪沟井田相比，这种边界条件，显然是二1煤层瓦斯保存的有利因素，也决定了该煤层瓦斯由浅到深、自西向东瓦斯逐渐增大的基本规律。
但受西北F9、F27断层以及F235、F236等小断层和褶曲的发育、煤厚的变化、薄无煤带的分布、顶底板岩性的差异等因素的影响，使煤层瓦斯赋存极不均衡。
从含量变化上来看，取样深度在112.17～352.51m之间，瓦斯含量变化在10.21～34.27m3/t范围。
中、深部瓦斯含量分布变化幅度较大，这主要是地质因素影响，使瓦斯赋存极不均衡。
综上所述，本区二1煤瓦斯含量高，解吸速度及突出性指标测定均为自西向东逐渐增大，瓦斯风化带埋藏较浅，垂深38～73m。
区内瓦斯含量大，一般为10.21～34.27m3/t（老窑警戒线处局部可达15m3/t），甲烷成份高，一般为89.01～98.03％，生产矿井资料矿井相对涌出量大，平均为28.8m3/t·d，煤与瓦斯突出频繁，平均每年突出18次，平均突出强度为26.3t/次。
6406、6806钻孔曾发生瓦斯携煤喷出的动力现象，因此，该矿二l煤层矿井应属具煤与瓦斯突出型矿井。
5.矿井通风方式
根据矿井开拓方式矿井通风方式为抽出式，通风系统为分区式通风。
主、副井及进风井担负全矿井进风，回风井担负全矿井回风。
掘进工作面采用局部扇风机压入式通风。
6、煤尘
据煤尘爆炸鉴定结果：
该区二1煤层火焰长度为0；抑止煤尘爆炸最低岩粉量为0，试验结果为无煤尘爆炸危险性煤。
以往该矿区在开采二1煤层的生产过程中也未发生过煤尘爆炸事故，故本区二1煤应属无煤尘爆炸危险性的煤层。
7、自燃
本区6808、5409钻孔二1煤燃点测定分别为384℃和403℃，可知其着点温度较高，该矿历年生产过程中未发现煤的自燃现象，故二1煤应属无自燃倾向煤层。
8、服务年限
根据矿井可采储量、矿井设计生产能力，采用1.4的储量备用系数，矿井服务年限为87.2a。
Ｔ＝Ｅ÷（Ａ×ｋ）
＝7322.87÷（60×1.4）
＝87.2（a）
式中：
Ｅ——矿井可采储量（万t）
Ａ——矿井设计生产能力（万t/a）
ｋ——储量备用系数，取1.4。
矿井首采区的服务年限为10a
二、瓦斯抽放基本参数
1984年至1987年，河南省煤研所和新中矿业公司一起对二1煤层瓦斯抽放参数进行测定，其结果为：
煤层瓦斯压力梯度为0.031MPa/m，煤层透气性系数0.08m2/大气压2.日。
瓦斯抽放半径5m左右（抽放时间6个月以上），百米钻孔瓦斯自然涌出量0.017～0.4923m3/min，平均0.16m3/min，煤层钻孔易塌孔、堵孔，难以形成有效长孔，且钻进时瓦斯大，封孔不易严密。
三、瓦斯基础参数预测
1.某矿煤层气资源储量
目前，荥巩矿区开采二1煤层生产矿井大多数规模较小，且处在煤层露头附近，开采范围附近有较多老窑采空区，煤层瓦斯大部分已经逸散，故矿井瓦斯涌出量均较小，按低瓦斯矿井管理。
生产规模较大、开采深度较深的主要有大峪沟矿、徐庄煤矿、崔庙煤矿和某矿井等。
大峪沟煤矿位于矿区西部的瓦斯逸散区，井田瓦斯含量较低。
河南宏基煤业有限公司某矿井的煤层气资源储量丰富（详见下表）。
荥巩矿区某矿二1煤煤层气资源量汇总表
矿井名称
面积
（km2）
煤炭资源储量
（Mt）
平均煤层气含量（m3/t）
煤层气资源量
（108m3）
气资源丰度
（108m3/km2）
某矿矿井
31.69
139.04
28~34
37.53
1.18
2.瓦斯压力及煤层突出参数测定
2005年7月，河南理工大学在风井井底对二1煤突出指标进行了测定，测定结果如下表：
煤与瓦斯突出指标测定结果
煤与瓦斯突出参数
实测值
临界值
单项指标
瓦斯压力（MPa）
1.02
0.74
煤的坚固性系数，f
0.3
0.5
瓦斯放散初速度，△P
22
10
煤的破坏类型
Ⅴ
Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ
综合指标
K
73.33
15
D
0.21
0.25
在某矿的风井工区井下几次测定基本上未取得成功，究其原因，其井下巷道布置在煤层底板的泥岩中，测试孔封孔压力上不去，故此测试较难。
但是，就目前现场巷道掘进情况而言，瓦斯压力较高。
3.矿井瓦斯涌出量
依照原开采二1煤层的邵北井、大峪沟矿、新中矿十二井等生产情况统计：
矿井瓦斯涌出量大，且多次发生煤与瓦斯突出事故，均按煤与瓦斯突出矿井管理。
矿井瓦斯主要来自煤层本身，顶板围岩中瓦斯甚小，放顶后瓦斯无明显增大。
瓦斯涌出量组成以回采、掘进工作面为主，次为采空区、残留煤柱和采落残煤。
随着开采水平的加深，矿井瓦斯涌出量随之增大。
当煤层分层采掘时，顶层瓦斯涌出量大，而中、下分层和残留煤柱回采过程中瓦斯涌出量相对较小。
目前某矿所设计开采的11采区与新中矿十二井处于同一水平，因此，预测某矿的相对瓦斯涌出量在28m3/t.d以上，绝对瓦斯涌出量在38m3/min以上。
4.风井工区增建瓦斯抽放泵站的必要性
由于矿井的服务年限达87年之久，加之目前矿井整体生产系统及通风系统尚未构成（根据目前的施工状况，两系统预计在2010年2月份贯通），而矿井首采区11采区预计于2010年底投产，解决首采区首采区段1101工作面的抽放问题已成当务之急。
（下删20行）
四、抽放方法的选取
在荥巩矿区主采的煤层有两层，其一是二1煤层，埋藏较浅；但是，该煤层属于煤与瓦斯突出煤层，瓦斯含量在28~34.7m3/t。
一1煤层位于二1煤层之下，距二1煤层的平均距离为80m，所以，一1煤层的开采对二1煤层不能起到有效的卸压作用。
故此，二1煤层只能选取多种多样的抽放方式进行瓦斯抽放方法。
针对荥巩矿区二1煤层吸附态瓦斯含量非常高、游离态瓦斯解析非常慢的瓦斯赋存状况，采用。
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抽放方式。
1.采前预抽的抽放方式（选项一）
（1）底板岩巷抽放巷穿层抽放孔采前预抽
（2）本煤层顺层平行孔采前预抽
2.随采随抽的抽放方式（选项二）
3.采空区抽放的抽放方式（选项三）
五、瓦斯抽放设备的选取
1.抽放瓦斯的管道
（1）本煤层抽放管径的选取
本煤层顺层平行孔抽放钻孔的百米抽出量根据河南省煤研所和新中矿业公司一起对二1煤层瓦斯抽放参数测定的结果为0.1147m3/min。
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（2）底板穿层抽放管径的选取
（3）顶板高位裂隙抽放管径的选取
（4）采空区抽放管径的选取
（5）并网抽放的选择
由于本煤层顺层平行孔及顶板高位裂隙钻孔所抽放的混合气体均为高浓度瓦斯，如果一台抽放泵能满足两者的抽放混量之和，可并网同一台泵抽放；如果一台泵不能满足要求，则应使用各自不同的管网进行抽放；本煤层穿层抽放的管网可以和本煤层顺层平行孔的管网并网抽放。
（下删六行）
（6）抽放管网的管理
2瓦斯抽放泵的选取
抽放泵的主要根据其所在管网的阻力的大小及所担负抽放地区之流量的大小而定。
抽放地区的流量上面已经阐述，本节主要对抽放管网的阻力进行计算。
（1）抽放管网的布置
（2）抽放管网的阻力计算
管网阻力计算选择阻力最大时期的管网进行阻力计算，分别计算各段的摩擦阻力和局部阻力，累加起来即为整个抽放管网的总阻力。
1）本煤层顺层平行孔的抽放管网的摩擦阻力采用下式计算：
2）本煤层顶板高位裂隙抽放管网的摩擦阻力
根据目前成熟的本煤层顶板高位裂隙抽放的经验，一个本煤层顶板高位裂隙抽放钻场设计抽出纯瓦斯15m3/min，
3）本煤层穿层钻孔抽放管网的摩擦阻力
4）采空区抽放管网的摩擦阻力
各种抽放管网的抽出量及管网阻力汇总表如下：
顺层平行抽放
穿层抽放
顶板管网裂隙抽放
采空区抽放
抽出量m3/min
管网总阻力Pa
（3）瓦斯抽放泵的选取
六、抽放技术管理
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