瓦斯抽采达标工艺方案设计.doc

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前言

1、概况

白坪煤业公司隶属于郑州煤电股份有限公司，属国有企业。

矿井设计生产能力180万吨/年，核定生产能力180万吨/年。

主要开采二1煤层，随着矿井向深部资源的开采，煤层瓦斯压力及瓦斯含量较大不断增加，矿井瓦斯涌出量也呈现逐渐增大的趋势，瓦斯问题已对安全生产构成威胁，仅靠通风无法解决回采工作面的瓦斯问题。

针对白坪煤业公司瓦斯地质条件复杂的特点，为实现抽采达标，确保矿井安全、高效生产，特编制白坪煤业公司抽采达标工艺方案设计。

通过对本煤层、邻近层及采空区瓦斯进行综合抽采，降低工作面回风流及上隅角瓦斯涌出量，确保矿井安全生产。

2、任务来源

根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》第四章第十八条，通过对矿井通风瓦斯资料的收集、现场调研、实地考察及对矿井生产实际情况进行分析和方案比较，编制抽采达标工艺方案设计。

3、设计的主要依据

编制本设计方案的依据主要有：

（1）煤矿安全规程》

（2）《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》

（3）《矿井抽采瓦斯管理规范》

（4）《煤矿瓦斯抽采基本指标》

（5）《矿井抽采瓦斯工程设计规范》

（6）《防治煤与瓦斯突出规定》

（7）“三软”突出煤层顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突技术标准

（8）“三软”突出煤层掘进工作面综合防突措施执行细则

（9）白坪煤业公司生产、通风、瓦斯、地质等相关资料。

4、设计指导思想

（1）在符合有关规程、规范及设计标准且满足使用的前提下，尽可能降低成本，节省工程投资；

（2）尽量利用原有的巷道，减少工程施工和开拓费用；

（3）设备、管材选型留有余地，能满足矿井达到设计能力时抽采瓦斯量的需求；

（4）采用的工艺技术具有先进性，且符合矿井实际。

5、设计主要内容

（1）白坪煤业公司瓦斯赋存情况、抽采瓦斯的可行性及必要性、抽采瓦斯方法的确定、抽采瓦斯量预计等；

（2）瓦斯抽采管网、抽采瓦斯钻场与钻孔参数设计；

（3）矿井抽采瓦斯管理及安全措施。

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第一章矿井概况

1、位置与交通

白坪煤业公司隶属于郑州煤电股份有限公司，属国有企业。

矿井设计生产能力180万吨/年，核定生产能力180万吨/年。

位于河南省登封煤田西部，东与新登井田相邻，西与新新井田接壤，与千年名刹少林寺相邻，与五岳之尊嵩山相依，与九朝古都洛阳相望。

东与京广线相连，西与焦枝线相通，北与陇海线相接。

郑少高速公路、许登高速公路穿插其中，交通十分便利。

地理位置为：

东经113°00′00″～113°09′04″；北纬34°18′05″～34°23′04″。

井田东西长10km，南北宽2～5km，矿区面积为km2。

高龙镇

鲁庄镇

涉村镇

府店镇

嵩山

登封市

大金店镇

少林水库

颖阳镇

君召

石道

东金店

平

顶

山

市

大峪

汝州市

尚庄

陵头

夏店

庙下

鸠山

徐庄

白坪

白

沙

水

库

告成镇

卢店镇

核桃园镇

尖山

李湾水库

唐庄

方山镇

佛光

夹津口镇

王堂

半坡

白坪煤矿

白坪煤业公司交通位置示意图

2、矿井生产现状

矿井采用立斜井混合开拓,井筒数目6个，即主斜井、副立井、中央采区风井、东翼风井，其中主斜井、副立井进风，中央采区风井、东翼风井、西翼风井（在建项目）三个立井回风。

矿井采用走向长壁放顶煤一次采全高后退式采煤方法，全部陷落法管理顶板。

目前开采水平为-175m，现有生产采区三个：

11采区、13采区、21采区；开拓采区一个：

23采区。

11采区布置三条上山，两进一回，设有专用回风巷，布置一个回收工作面：

11201工作面；21采区布置三条上山，两进一回，设有专用回风巷，布置有1个综采工作面：

21001工作面；2个煤巷掘进工作面：

21021下顺槽、21031下顺槽及21011上顺槽；1个岩巷掘进工作面：

21031上底抽巷；13采区布置三条上山，两进一回，设有专用回风巷，布置1个综采工作面：

13051工作面、1个备用工作面13101工作面；4个煤巷掘进工作面：

13101上、下顺槽、13071下顺槽、13091上顺槽；2个岩巷掘进工作面：

13采区第一、第二中部车场。

3、煤田地质特征及煤层赋存情况

（1）含煤地层

区域地层划分属华北区嵩箕小区，井田内出露地层由老到新有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系和第四系。

其中石炭系和二叠系为主要含煤地层，总厚665m，共计含煤33层。

太原组：

厚～，平均57m。

由深灰色厚层状灰岩、泥岩、细、中粒砂岩及煤组成，含灰岩9层，煤9层。

按岩性组合特征可划分为三个段:

（1）下部灰岩段，厚～，平均17m，区内西薄东厚，主要由深灰色厚层状灰岩（L1～L4）和煤（一1～一4）组成，其中一3煤局部可采；

（2）中部砂泥岩段，厚～，平均24m；（3）上部灰岩段，厚～，平均16m，主要由深灰色灰岩（L6～L9）组成。

山西组：

为主要含煤地层。

厚～，平均76m，岩性由深灰、黑灰色泥岩、砂质岩及细、中粒砂岩和煤层组成，含煤5层，其中下部的二1煤层为主要可采煤层。

依其岩性组合特征自下而上划分为四个段：

（1）二1煤段，平均厚11m，煤层底板以细粒砂岩、粉砂岩夹泥质条带为主，局部伪底为泥岩、炭质泥岩；

（2）大占砂岩段，平均厚27m，主要为灰～浅灰色中粒砂岩、泥岩、砂质泥岩，含煤2层；（3）香炭砂岩段，平均厚18m；（4）小紫泥岩段，平均厚20m。

下石盒子组：

划分为三、四、五、六煤段，含煤13层。

厚～，平均308m。

三煤段，厚～，平均71m，自下而上划分为三个岩性段：

下部砂锅窑砂岩段、中部大紫泥岩段及上部含煤段。

四煤段，厚～，平均75m，由灰色中、细粒砂岩，灰绿、深灰色泥岩、砂质泥岩组成；五煤段，厚～，平均79m，由浅灰色中粒砂岩、深灰色砂质泥岩、泥岩组成；六煤段，厚～，平均83m，由灰白～浅灰色中、粗粒砂岩，深灰、灰绿色泥岩、砂质泥岩组成。

上石盒子组：

厚～，平均224m。

划分为七、八、九煤段，含煤6层。

七煤段，厚～，平均85m，由灰白～浅灰色中粒砂岩，深灰、灰绿色泥岩、砂质泥岩组成；八煤段，厚～，平均87m，由浅灰～灰白色中粒砂岩，深灰、灰绿色泥岩、砂质泥岩组成；九煤段，厚～，平均56m，由灰白～浅灰色中粒砂岩，深灰、绿灰色泥岩、砂质泥岩组成。

（2）煤层与煤质

井田含煤地层主要为太原组、山西组、下石盒子组及上石盒子组，可划分为9个煤段，常见21层，各含煤段含煤简况见表3-1。

煤层总厚度，含煤系数%。

其中，山西组所含二1煤层，为本井田主要可采煤层。

表2-1含煤地层含煤特征一览表

含煤地层

煤组

编号

煤层

编号

可采

煤层

煤厚（m）

极值/一般

可采点（个）

见煤点

（个）

穿过点

（个）

可采

情况

煤层

间距

上石盒子组

九

无

五3

0.～

～

31

96

126

局部可采

248

52

八

八1-2

七

七1-5

下石盒子组

六

六1-2

五

五1-5

四

四1-6

三

无

山

西

组

二

二1-5

二1

0～

3～8

173

189

196

二1煤

大部可采

太

原

组

一

一1-9

一3

～

～

26

74

78

一3煤

局部可采

根据统计，二1煤层的主要特点是煤厚大、煤厚变化大、全层构造煤发育。

煤厚大、煤厚变化大。

据井田内196个勘探钻孔揭露的煤厚资料统计，煤厚变化在0～之间，平均煤厚（表2-2）。

煤厚局部呈突变关系，煤层整体上呈似层状、藕节状或透镜状。

表2-2白坪井田煤层厚度分级统计表

级别

厚度（m）

频数（%）

频率

累计频率（%）

薄煤层

＜

～

23

8

中厚煤层

～

54

厚煤层

～8

70

79

特厚煤层

＞

41

100

全层构造煤发育。

根据现场实际观测，构造煤的宏观煤体结构、构造特点主要是：

煤体以粉片状为主，光泽暗淡，无层理、强度低，手试松软，可捻成星片状或粉末状、磨擦镜面发育，镜面上可见大量的擦痕，具有揉皱现象。

煤的原生结构和构造已遭到严重破坏，煤体中偶夹粉煤压固而成的块煤，强度很低，指压易碎，属全层构造煤。

平均容重m3，比重为，孔隙度为%，镜煤最大反射率%。

实验室测试煤的坚固性系数f值变化在～之间,平均；ΔP变化在～31之间,平均。

图2-1构造煤中片状叠置现象图2-2构造煤粒表面擦痕

电子显微镜下观察，构造煤微观结构的主要特点是：

破碎的煤粒呈透镜状或片状（图2-2、2-3），透镜状煤粒粒径一般500μm（短轴），定向性明显，在微透镜体表面具有大量的擦痕，而且只显示一个方向的擦痕，擦痕顺透镜体的长轴方向发育，透镜体内煤体结构均一，一般不具有进一步构造破坏的特点，有时一个大的透镜体内又有多个小的透镜体组成等。

片状煤粒厚度有时不到10μm，层层叠置，煤粒表面镜面发育，也常见有大量擦痕等。

总体上看，煤体的剪切脆性变形特征明显，未见及韧性变形特点，构造煤粒呈定向排列。

按照构造煤破碎程度分类，应属于Ⅳ-Ⅴ类构造煤，是脆性剪裂变形的结果。

根据分析，构造煤的演化过程是：

原生结构煤—透镜状构造煤-片状构造煤-鳞片状构造煤-粉片状构造煤。

（3）矿井地质构造

本井田属于登封煤田颖阳～芦店向斜的南翼东段，井田整体为向北倾斜的单斜构造，构造形迹以正断层为主。

从全井田的构造分布来看，可以将整个井田分为两个瓦斯地质单元，即地质条件简单、构造不发育的西区和地质条件复杂、断层发育的东区（图2-3）。

图2-3白坪井田构造纲要图

矿井西区：

大约以102线为界，或以箕F31和箕F19断层为界，整体上为一单斜构造，地质条件简单。

本区地层倾角较大，一般在25～30°之间。

勘探期间仅在本区中部查明1条规模较大的北西向正断层F41，产状250°∠70°，落差20～30m，走向延伸长，未出露地表，仅错断下部地层。

矿井东区：

自西向东，地层走向逐渐向北东偏转，倾向北西，倾角10～15°，正断层较多，并发育宽缓褶皱，地质条件复杂。

褶皱构造：

褶皱跨度大、波幅小，轴向60°左右，被北东向断层错开。

其中新峰背斜为一宽缓的短轴背斜，井田内延伸长6km，在郭家门被F94断层错开。

由寒武系、奥陶系、石炭系及二叠系地层组成，在二1煤层底板等高线图上其鞍部位于110～113勘探线之间。

轴部地层倾角平缓，一般<10°；北翼保存较好，地层产状340°∠10～20°；南翼被箕F7、箕F10、箕F59等断层切割，地层产状变化较大，倾角15°左右。

鏊面山向斜位于井田北东部，向北东仰起，井田内延伸长，并被箕F32、箕F21断层错开。

轴部出露有二叠系和三叠系地层，北翼被芦F1、郜F2等断层切割，地层倾向230°左右，倾角15～20°；南翼倾向340°，倾角15°左右。

断裂构造：

按其展布方向可分为近东西和北东向两组。

近东西向断层平行排列，规模较大，延伸较长，走向50～90°，多呈西段近东西，东段向北偏转，断层面舒缓波状，倾角50～70°，具有多期活动性；北东向断层雁行状或平行排列，带有左行平移性质，规模相对较小，旁侧常伴有羽状小断层，线性特征明显，走向变化不大，断层面平直，倾角较大。

断层带铅垂厚度变化大，影响带比内带厚，上盘影响带一般较厚；断层内带以胶结疏松状角砾岩为主，局部见碎裂岩、糜棱岩，多数断层内带不明显；影响带中砂岩和灰岩地层一般裂隙发育，岩心破碎，常见方解石脉和黄铁矿晶体充填；泥岩类地层有擦痕、滑面，局部见揉皱现象。

多孔抽水实验地下水人工流场，东部以付10211主孔为中心形成北东向的椭圆降落漏斗，长轴与箕F31断层方向一致，西部基本保持天然流场特征。

地下