孟津煤矿瓦斯抽放系统设计.docx

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孟津煤矿瓦斯抽放系统设计

孟津煤矿瓦斯抽放系统设计

摘要：

在孟津矿瓦斯地质资料收集整理分析的基础上，对矿井的瓦斯涌出量进行了预测，分析了孟津矿的突出危险性，论证了孟津矿瓦斯抽放的必要性与可行性。

在矿井突出危险性和瓦斯涌出来源分析的基础上，采取了底板巷水力冲孔卸压增透预抽煤层瓦斯、顺层长钻孔预抽煤层条带瓦斯、本煤层平行钻孔抽放工作面瓦斯和采空区抽放等瓦斯抽采方法，以期达到防止煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸的目的；结合孟津煤矿工作面的布置，通过对抽放系统管网抽放量、管网阻力计算，优选了抽放系统管网布置，确定了与抽放能力相匹配的瓦斯抽放泵型号及配套电机。

关键词：

矿井瓦斯；瓦斯抽放；方案设计；瓦斯涌出量；设备选型。

Mengjinminegasdrainagemethodanddrainagesystemdesign

Abstract：

BasedonthecollectionandanalysisofMengjincoalminegasgeologyinformation,predictedtheMinegasemission,analysistheoutburstdanger,demonstratedthenecessityandfeasibilityofthetheMengjinminegasdrainage.BasedontheanalysisofMineoutburstandgasemissionsource,takenbackplaneLanehydraulicpunchingreliefantireflectionpre-pumpingcoalseamsgas,beddinglongdrillingpre-drawnseamstripgasandthecoalseamparalleltothedrillingdrainagefacegasandgoafdrainageandothergasextractiontoachievethepurposetopreventthecoalandgasoutburstandgasexplosion;combinedwiththelayoutofMengjinworkface,throughcalculatingthepipenetworkofthedrainagesysteminthedrainagevolume,theresistanceofthepipenetwork,preferablychoosedrainagesystempipenetworklayouttodeterminethegasdrainagepumpdrainagecapacitytomatchthemodelandsupportingmotor.

Keywords：

minegas;gasdrainage;schemedesign;gasemissionquantity;equipmentselection.

1矿井概况

1.1井田概况

孟津矿位于孟津县横水镇境内（新安煤田正村普查区东部），南距新安县约27km，东距孟津15km，地理坐标为东径112°11′37″～112°19′26″，北纬34°50′01″～34°54′36″。

陇海铁路新安火车站距矿区约25km，浅部新安煤矿专用铁路距本井田约12km。

洛三高速公路距矿区南部约19km，新安经横水至孟津公路从井田南部通过，区内交通便利（见图1-1）。

井田倾向宽约5.7～10.0km，走向长约7.0km，面积为57.52km2。

图2-1孟津煤矿交通位置图

Figure2-1MengjinMineLocationMap

本井田处于低山丘陵区，沟谷发育。

海拔高度一般300～400m，最低点在井田北部曾家沟西侧，标高+192.4m，最高点位于井田南部鸡疙瘩北侧，标高+467.0m，相对高差274.60m。

本区属暖温带大陆性气候。

降水量比较适中，年降水量一般600～700mm，夏季降水量占全年的60％左右，年平均蒸发量2093mm。

最高气温44℃（1966年6月20日），最低气温－17℃（1969年1月31日）。

有霜期一般自9月至翌年5月，为期110天至165天，平均142.6天，最大冻土深度为18cm。

本区属五级地震区，震中烈度为Ⅵ～Ⅶ度。

该矿区主要自然灾害为水患、火灾、瓦斯、煤尘、顶板冒顶事故及运输事故等。

孟津矿属于新安煤田，井田浅部有开采二1煤的新安煤矿，属义马煤业（集团）公司管辖，1988年投产，斜井开拓，设计生产能力1.5Mt/a，核定生产能力1.20Mt/a，西部有义马煤业（集团）公司义安、新义煤矿（设计生产能力均为1.2Mt/a）。

图1-2孟津井田与邻近矿井关系图

Figure2-2Mengjincoalfieldandadjacentminediagram

1.2井田开拓开采

1.2.1井田境界及储量

1.2.1.1井田境界

孟津煤矿位于新安煤田正村勘探区东部，北以F2断层为界，西以F29及31勘探线为界，东以F7断层为界，南至二1煤层-600m等高线。

走向长约7.0km，倾向宽约5.7～10.0km，面积57.52km2。

1.2.1.2井田储量

1.2.1.2.1地质储量

地质资源量计算边界为上述划定的井田范围，储量计算的最低可采厚度为0.8m，最高灰分40％。

由此获得地质资源量为146630kt，其中探明的30880kt，控制的32400kt，推断的54760kt，预测的28590kt。

其中探明的资源量占总资源量的21.00％，探明的和控制的资源量占总资源量的43.20％。

根据设计规范的规定，矿井总资源量扣除预测的资源量后为矿井地质资源量，本矿井地质资源量为探明的30880kt、控制的32400kt、推断的54760kt之和，共118040kt。

1.2.1.2.2工业资源储量

矿井地质资源量中，推断的资源量乘于0.85的可信系数后为工业资源储量，经计算本矿井工业资源储量为109826kt。

1.2.1.2.3可采储量

根据全井田获得的工业资源储量，扣除边界、工广、水库等各类永久煤柱，采区回采率二1煤层取0.80，二2煤层取0.85，计算全井田共有可采储量72329kt，其中一水平62496kt，二水平9833kt。

1.2.2矿井设计生产能力及服务年限

1.2.2.1矿井工作制度

矿井年工作日330天，每天三班作业。

每天净提升时间16小时。

1.2.2.2矿井设计生产能力

根据矿井可采储量、煤层赋存条件、市场需求、经济效益、开采技术条件等方面分析，设计矿井生产能力为1.2Mt/a。

1.2.2.3矿井服务年限

根据矿井设计生产能力，考虑1.4的储量备用系数，矿井服务年限43.1年，其中一水平服务年限37.2年。

1.2.3井田开拓方式

1.2.3.1井口位置及开拓方式

本井田位于新安井田深部，开采的二1煤层埋藏深度在500m～950m，埋藏深不具备斜井开拓条件，故本井田采用立井开拓方式。

根据地面建设条件和井下首采区位置，经多方案技术经济比较，主、副井口位于元庄村西南，3805孔西南100m左右处。

地面标高+438m，水平标高及井底车场位于二1煤层顶板，主井亦为水平上装载，井筒深度760m。

首采区位于34勘探线～39勘探线之间的上山采区。

初期采用中央并列式通风，中央风井布置在工业场地内。

副井进风，中央风井回风，后期在井田深部横水镇西侧布置南翼风井，副井进风，南风井回风，形成中央分列式通风系统。

1.2.3.2水平划分及标高

根据确定的井口位置和煤层赋存条件，以有利于井下开拓及首采区布置、节省工程量，使上、下山具有合理的阶段垂高和服务年限，设计采用两水平上、下山开拓全井田，一水平标高定在-322m，二水平标高定在-500m。

一水平通过暗斜井与二水平联系。

1.2.3.3大巷布置

为了便于巷道维护，同时考虑受奥陶系灰岩水威胁，隔水岩柱小，根据区内其它生产矿井的实践经验，设计将大巷布置在距二1煤层顶板10～15m左右的大占砂岩中。

为了适应煤与瓦斯突出矿井的需要，沿开采水平设轨道运输、胶带运输和回风大巷三条，回风大巷专用于回风。

1.2.3.4采区划分及开采顺序

全井田共划分9个采区，其中一水平6个采区（3个上山采区，3个下山采区），二水平3个采区（2个上山采区，1个下山后备采区）。

煤层开采顺序：

先开采二2煤层，后开采二1煤层。

采区开采顺序按照先近后远的原则，一般为前进式。

1.2.4采区布置及装备

1.2.4.1采煤方法

根据煤层赋存情况和开采技术条件，结合浅部新安矿井的实际，设计采用倾斜长壁一次采全高或分层开采采煤方法，全部陷落法管理顶板。

1.2.4.2采区布置

1.2.4.2.1移交生产时采区数目及位置

设计移交生产时投产采区为东一采区和西二采区，东一布置一个综采工作面，西二采区布置一个炮采工作面。

以两个采区，两个采煤工作面（一综采工作面、一炮采工作面）、一个瓦斯抽放工作面，保证矿井1.2Mt/a的设计生产能力。

首采区布置在工业场地煤柱东西两翼靠近井筒，开采上山煤。

即东一采区和西二采区。

1.2.4.2.2采区尺寸与巷道布置

⑴东一采区：

采区边界浅部以二1煤无煤带边界线为界，深部至二1煤-320m等高线，西到38勘探线，东到二1煤无煤带边界线，走向长2.7km，倾斜宽1.7km，面积4.6km2。

东一采区二1煤层平均厚度2.8m，可采储量14182kt，二2煤层可采储量2253kt，共有可采储量16435kt，采区生产能力按0.6Mt/a计算，服务年限19.6年。

⑵西二采区：

采区边界浅部以二1煤无煤带边界线为界，深部至二1煤-320m等高线，西到35勘探线，东至38勘探线。

走向长1.6km，倾斜宽1.7km，面积2.7km2，二1煤层平均厚度3.50m，可采储量9782kt，二2煤层可采储量1991kt，共有可采储量11773kt，采区生产能力按0.60Mt/a计算，服务年限14.0年。

采用倾斜长壁采煤法，不设采区上山。

回采工作面轨道、运输顺槽沿煤层单巷布置，相邻区段采用沿空区送巷，工作面运输顺槽直接与运输大巷胶带机搭接，工作面轨道顺槽通过工作面车场与轨道运输大巷连接。

回采工作面采用跳采，后退式回采方式。

1.3矿井通风

1.3.1通风方式和通风系统

设计采用立井二水平上下山开拓全井田，初期布置主井、副井、中央风井3个井筒。

一水平标高-322m，二水平标高-500m。

以两个采区，一个综采工作面和一个炮采工作面保证矿井生产能力。

根据推荐的矿井开拓方案，矿井初期为中央并列式通风系统，副井进风，中央风井回风。

后期在井田南翼，布置南风井，副井进风，南风井回风，形成中央分列式通风系统。

初期：

新鲜风流自副井井筒进入-322m水平井底车场，轨道运输石门，然后沿-322m水平东西两翼轨道运输大巷，分别进入东西两翼综采工作面、炮采工作面胶带运输顺槽到工作面。

乏风经轨道顺槽、东西两翼回风大巷，回风石门由中央风井排至地面。

后期：

新鲜风流自副井井筒进入-322m水平井底车场，轨道运输大巷，然后沿-322m水平东西两翼轨道运输大巷，分别进入东西两翼综采，炮采工作面胶带运输顺槽到工作面。

乏风经轨道顺槽、东西两翼回风大巷，由中央回风井排至地面。

1.3.2风井数目、位置、服务范围及服务时间

矿井初期利用中央风井回风，中央风井位于工业场地内，服务一水平上、下山采区，服务年限37.2年。

后期在井田南翼横水镇西侧，布置南风井，服务二水平上、下山采区，服务年限5.9年。

1.4地质构造

1.4.1地层

本区内钻孔揭露的地层，由老到新有：

奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系和第四系。

一、奥陶系（O）

（一）奥陶系下统冶里组（O1y）

下部为浅灰色白云质灰岩，厚210m；上部为浅灰色石灰岩夹燧石条带及泥灰岩和紫色、黄色泥岩，厚20m。

（二）奥陶系中统马家沟组（O2m）

由灰色、深灰色厚层状石灰岩组成。

上部含铁质较高，常呈淡红色。

井田内共有3个钻孔揭露该地层，厚度为73.87m。

二、石炭系（C）

平行不整合于奥陶系中统之上，缺失石炭系下统。

总厚43.35－69.69m，平均63.22m。

（一）石炭系中统本溪组（C2b）

底部偶见黄铁矿层，不稳定，呈透镜体。

下部为浅灰色铝质泥岩，含星散状黄铁矿结核；上部为鲕状、豆状或蜂窝状结构的灰色铝土岩，局部夹薄层砂质泥岩。

为本区内重要有益矿产。

本组为主要标志层之一，厚4.30～18.42m，平均厚10.23m。

（二）石炭系上统太原组（C3t）

与本溪组呈连续沉积。

由浅海相灰岩夹过渡相的砂岩、砂质泥岩及泥炭沼泽相的煤层组成。

为典型的海陆交互相沉积。

含灰岩2～5层，含一煤组，本组厚38.65～66.41m，平均厚52.99m。

1、底部砂泥岩段：

由灰白色中～粗粒石英砂岩和灰黑色砂质泥岩组成，其底部含一1煤层，局部有上分层。

本段厚0～33.70m，平均厚16.88m。

产Lepidodendronsp（鳞木未定种）。

2、下部灰岩段（L1－4）：

为灰、深灰色中厚层状石灰岩，局部含燧石结核及大量动物化石。

灰岩一般有2～3层，中夹薄煤三层，L4灰岩局部相变为致密泥岩。

本段厚度2.57～16.75m，平均厚7.46m。

产QuasifusuLinasp（纺锤蜓未定种），Pseudoschwagerinasp.（假希瓦格蜓未定种）,Schwagerinasp.（希瓦格蜓未定种），Triticitessp.（麦粒蜓未定种），Caniniasp（犬齿珊瑚未定种），Bothrophyllumsp（沟珊瑚未定种）等。

3、中部砂泥岩段：

为灰白色薄层细砂岩、中砂岩、深灰色泥岩及砂质泥岩，含黄铁矿结核，中夹不稳定薄煤一层（一5煤）。

本段厚5.00～22.05m，平均厚15.54m。

产：

Lepidodendronsp（鳞木未定种），Neuropterissp（脉羊齿未定种），Cordaitessp.（科达未定种）等。

4、上部灰岩段：

自下而上岩性为L6灰岩，极不稳定，其下为不稳定的一6煤层。

L7灰岩，为深灰色，局部夹有薄层硅质条带，含大量动物化石，其下为较不稳定的一7煤层，灰岩顶为0.8m左右灰黑色硅质泥岩，坚硬，节理发育，局部夹硅质灰岩透镜体，为重要标志层之一；上部为灰黑色泥岩、砂质泥岩夹薄层硅质泥岩2～3层，中夹薄煤两层（一8、一9）。

本段厚4.40～25.89m，平均厚10.86m。

所产化石有：

Chonetestenutiraia.Chonetessp.（戟贝未定种）。

三、二叠系（P）

二叠系地层分山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组。

各组之间以及与下覆太原组均呈连续沉积。

含煤七组，其中六煤组段和八煤组段不含煤，二煤组中的二1煤层为主要可采煤层。

本系地层浅部被第四系沉积冲刷。

厚454.65～872.40m,平均670.26m。

（一）二叠系下统（P1）

该统厚度一般340.34～408.23m,平均371.81m。

1、山西组（P1sh）

为本区主要含煤岩系。

下以二1煤层底板砂岩底界与太原组分界，上以砂锅窑砂岩底界面为顶界，共含煤五层，名二煤组，其中二1煤层位于本组下部，较发育，大部分可采，二2煤层局部可采，二3煤层为偶尔可采。

标志层有二1煤层底板砂岩、大占砂岩。

全组厚52.84－106.60m，平均厚86.75m。

按本组岩性特征分述如下：

底部：

由灰黑色泥岩、砂质泥岩、细砂岩及主要可采煤层（二1煤）组成。

二1煤层底板砂岩为深灰色薄层状粉砂岩及细砂岩，夹灰黑色薄层泥岩、砂质泥岩。

富含黄铁矿结核，具波状及透镜状层理，显条带状构造为其特征，为本组标志层之一，厚度为0～13.42m，平均厚度10.80m。

二1煤层厚0～9.10m，平均厚2.24m，在煤层与底板砂岩之间有一层泥岩或砂质泥岩伪底。

下部：

为灰、灰白色或深灰色厚层状中粒石英砂岩（俗称大占砂岩），为二1煤直接顶板，层面富集白云母片，含黄铁矿结核及泥质包体，与煤层接触处尚可见到煤屑。

具斜层理及水平层理，中夹深灰色砂质泥岩、泥岩及煤层（二2煤层）。

本层厚1.30～24.20m，平均厚22.95m。

为本组重要标志层。

大占砂岩与二1煤之间,局部发育一层泥岩或砂质泥岩,厚0～12.50m,偶有炭质泥岩伪顶。

中部：

为灰、灰白色中粒砂岩，灰及深灰色粉、细砂岩夹深灰色泥岩及砂质泥岩。

含煤三层（二3、二4、二5煤层）。

本段厚32.00m。

上部：

为灰、浅灰及灰绿色细～中粒砂岩，泥质胶结，具斜层理，局部相变为深灰色砂质泥岩，顶部为紫色～灰绿色泥岩，具紫斑及暗斑，含菱铁质鲕粒。

本段厚约21.00m。

本组产化石有：

Stigmariaficoides（脐根座），Sphenophyllumverticllatum（轮生楔叶），Plagiozamitesoblongifolius（椭园斜羽叶），Tingiahamagukii（菱齿叶），Pecopteriscyathea（桫椤栉羊齿），P.marginata（厚缘栉羊齿），P.（P.）arcuata（弧曲栉羊齿），P.（A）orientalis（东方栉羊齿），Neuropteridiumcoreanicum（朝鲜羽羊齿），Alethopterisnorinii（麻座延羊齿），Emplectopteridiumalatum（翅编羊齿），Taeniopterismultinervis（多脉带羊齿），Cladophlebissp.（枝脉厥未定种），Cordaitesprincipalis（带科达）等。

2、下石盒子组（P1x）

本组底界为砂锅窑砂岩之底，顶界止于田家沟砂岩底面。

分三、四、五、六煤段，与下覆山西组地层整合接触。

全组厚262.38～347.75m，平均厚285.06m。

（1）三煤段

底部：

砂锅窑砂岩为灰白色中、粗粒石英砂岩，含细砾和泥质包体。

大紫泥岩具明显紫斑，大部含铝质，局部含铝土质和菱铁质鲕粒。

平均厚度17.80m。

下部：

为灰、浅灰色局部为灰绿色的细～中粒砂岩和灰紫色砂质泥岩。

砂岩成分以石英为主，具斜层理，含泥质包体。

本段厚约16.00m。

中部：

为灰色粉砂岩及紫褐色砂质泥岩，含铝土质，粉砂岩局部相变为厚层状中～粗粒砂岩。

本段厚约25.83m。

上部：

为紫褐色及灰紫色砂质泥岩，局部见紫斑，含铝土质，间夹具波状层理的薄层粉砂岩。

深灰色的砂质泥岩中产植物化石，夹有煤线。

本段厚11.20m。

本段产化石有：

Lingulasp（舌形贝未定种），Lepidodendronpolygonale（封印鳞木），Sphenophyllumsp.（楔叶未定种），Stigmariaficoides（脐根座），Pecopterissp.（栉羊齿未定种），Psygmophyllumsp.（掌叶未定种），Cordaitessp.（科达未定种）等。

（2）四煤段

岩性为灰、深灰色砂质泥岩、泥岩夹粉砂岩、细砂岩或中砂岩透镜体，含黄铁矿结核、产丰富的植物化石、夹薄煤层，均不可采。

本段厚43.05～106.85m，平均厚72.60m。

本段产化石有：

Lepidodendronoculus_felis（猫眼鳞木），Lobatannulariaensifolia（剑瓣轮叶），L.Lingulata（舌瓣轮叶），L.heianensis（平安瓣轮叶），Plagiozamitesoblongifonlius（椭园斜羽叶），Tingiahamagukii（菱齿叶），Sphenopteristenuis（纤弱楔羊齿），Pelopteris（P.）arcuata（弧曲栉羊齿），P.cyathea（桫椤栉羊齿），P.（A）orientalis（东方栉羊齿），P.nervosum（密脉栉羊齿），Gigantonoclealagrelii（波缘单网羊齿），Chiropteriscf.kawasekii（卡氏掌蕨比较种）等。

（3）五煤段

下部为灰、浅灰色中粒砂岩，局部为粗砂岩；中部为紫红色砂质泥岩，具明显紫斑；上部为灰黑色泥岩、砂质泥岩，夹薄煤层。

厚37.35～78.95m，平均54.65m。

本段产化石有：

Sphenopterissp.（楔羊齿未定种），Sphenophyllumsp.楔叶未定种），Lobatannularialingulata（舌瓣轮叶），L.ensifolia（剑瓣轮叶），L.heianensis（平安瓣轮叶），Pecopterismarginata（厚缘栉羊齿），P.（P）arcuata（弧曲栉羊齿），P.anderssonii（镰刀栉羊齿），Compsopterissp.（蕉羊齿未定种），Giganlopterides（大羽羊齿类），Cordaitessp.（科达未定种）等。

（4）六煤段

为灰－紫灰色砂质泥岩，夹不稳定粉砂岩，局部夹有灰色砂质泥岩、细砂岩或中砂岩薄层及透镜体。

厚54.95—140.00m，平均86.98m。

本段产化石有：

Chiropterisreniformis（肾掌蕨）等。

（二）二叠系上统（P2）

本统厚度135.40～491.60m，平均298.45m。

1、上石盒子组（P2s）

上界止于平顶山砂岩之底，下界止于田家沟砂岩底面。

含煤二组。

由七、八两个煤段组成。

本组厚104.40～238.80m，平均厚181.69m。

（1）七煤段

底部田家沟砂岩为灰色、浅灰色中—粗粒砂岩、底部偶见细砾岩。

主要成份为石英和长石，含泥质包体，具斜层理，硅质胶结，韵律结构明显。

为本区重要标志层之一。

中上部岩性为紫色、紫灰色砂质泥岩夹紫灰色粉砂岩及灰白色细砂岩，灰、深灰色砂质泥岩、泥岩，含煤三层（七1、七2、七3）。

本段厚49.95～116.35m，平均厚74.07m。

本段产化石有：

Lingulasp.（舌形贝未种），Specutasp.（海绵骨针），Lepidodendronszeianum（斯氏鳞木），L.polygonale（封印鳞木），L.acutangulum（锐角鳞木），Annulariamucronata（尖头轮叶）Lobatannulariamultifolia（多叶瓣轮叶），Taeniopteristingia（线带羊齿），Psygmophyllummultipartium（多裂掌叶），Stigmariaficoides（脐根座）等。

（2）八煤段

岩性为灰色中砂岩，局部相变为砂质泥岩夹细砂岩；灰～深色砂质泥岩，局部含植物化石碎片；紫灰色、灰紫色砂质泥岩、紫斑泥岩夹数层灰、灰白色细、中粒砂岩。

底部砂质泥岩中夹一层硅质泥岩。

厚66.15～132.60m，平均107.62m。

本段产化石有：

Speculasp.（海绵骨针）。

2、石千峰组（P2sh）

本组由平顶山砂岩段及土门段组成。

厚22.55～305.15m，平均116.76m。

（1）平顶山砂岩段（P2sh1）

岩性为灰白、浅灰色中、粗粒石英砂岩，中夹2～3层紫红色砂质泥岩。

具大型斜层理，硅质胶结，节理发育，底部偶见砾石。

为勘查区内重