抽采达标工艺方案设计.docx
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抽采达标工艺方案设计
八连城煤矿
抽采达标工艺方案设计
八连城煤矿通风科
二〇一二年二月
前言
一、概况
八连城煤矿位于吉林省珲春市三家子满族自治乡，行政区划隶属珲春市，生产能力为1.8Mt/a。
主要开采19#、20#、23#、26#煤层，随着矿井西部采区开采，矿井开采强度的不断增加，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。
针对八连城煤矿瓦斯问题，为确保矿井安全、高效生产，特编制此抽采达标工艺方案设计。
通过对邻近层及采空区的瓦斯进行综合抽放，降低工作面回风流及上隅角中的瓦斯涌出量，确保矿井安全开采。
二、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。
三、设计的主要依据
1．八连城煤矿初步设计说明书；
2．八连城煤矿勘探报告；
3．中华人民共和国行业标准《矿井抽放瓦斯工程设计规范》（MT5018-96）；
4．中华人民共和国安全生产行业标准《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）；
5．中华人民共和国安全生产行业标准《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006）；
6．中华人民共和国行业标准《煤炭工业给水排水设计规范》（MT/T5014-96）；
7．中华人民共和国国家标准《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-2005）；
8．《煤矿安全规程》；
9．《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》
10．八连城煤矿提供的其它地质资料和实测资料。
四、设计的指导思想
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、已有的土地，不占用良田，不增加开拓费用；
3.设备、管材选型留有余地，能满足矿井达到设计能力时的抽放瓦斯量的需求；
4.采用的工艺技术具有先进性，且符合矿井实际。
五、设计的主要内容
设计的具体内容为：
1．八连城煤矿瓦斯赋存情况、抽放瓦斯的可行性及必要性、抽放瓦斯方法的确定、抽放瓦斯量预计等；
2．瓦斯抽放管网、抽放瓦斯钻场与钻孔参数设计；
3．抽放瓦斯系统的设备、仪器、仪表及附属装置选型及安装设计；
4．矿井抽放瓦斯管理及安全措施；
5．主要设备、材料；
6．工程投资概算；
1井田概况
1.1交通位置
八连城井田位于东经130°13′07″5至130°20′37″5，北纬42°46′15″至42°53′45″，吉林省珲春市郊区，距市区5km。
珲春至图们铁路已建成，但尚未通车，因此本区对外交通当前主要以公路至图们市，图们市有铁路与全国各地相通。
交通位置见图1-1：
图1-1交通位置图
1.2自然地理
1.2.1地形与地貌特征
八连城井田全部处于珲春河河图们江冲积平原地带，地面标高一般在+30—+40m。
1.2.2水文
井田西部有图们江流过，宽50—100m左右，河岸为二级阶地，高10m左右，局部有修筑了防洪堤，因此洪水时期对井田影响不大。
井田南部有珲春河，由东向西注入图们江，河谷最宽达4000m，因此形成了广阔的冲积平原。
1962年沿珲春河两岸修筑了防洪堤，堤高2.0-3.8m，可防20年一遇的洪水。
1.2.3气象与地震
历年最低气温-31℃，最高气温34℃，历年平均气温5-6℃；历年最大降雨量842.6mm，最小为416.2mm；年最高蒸发量1535.4mm，最低为1100.1mm，冻结期为11月至翌年5月，冻结深度1.5m；主要风向为西风及北西风，一般5-6级。
本区地震活动强度较小，频率低的弱震区。
1.2.4电源情况
珲春矿区北部英安斜井附近有珲春发电厂，现发电能力66万kw。
矿区供电系统按总体规划已基本形成，矿区主电源取自珲春电厂，备用电源取自石砚一次变，电压等级60kV。
八连城变电所主电源取自珲春电厂，备用电源取自城西变电所。
1.2.5水源情况
八连城供水由城西矿加压站引入管线。
1.3井田境界及煤炭储量
1.3.1井田境界
八连城煤矿井田位于东经130°13′07″5至130°20′37″5，北纬42°46′15″至42°53′45″，吉林省珲春市境内；珲春煤田河北区的西部。
西以图们江为界，东邻城西立井井田；北及东北与英安矿井田相接，南止珲春河防洪堤。
南北平均长8km，东西平均宽4.5km，面积36km2。
1.3.2煤炭储量
以7勘探线为界，以西为普查区，以东为精查区。
普查区地质储量为2937万吨，其中高级储量67万吨，精查区工业储量为14430万吨，其中高级储量4273万吨。
可采储量为10030万吨。
1.4矿井地质与煤层赋存
1.4.1矿井地层
本井田含煤地层为第三系珲春组（E2-3H），基底为上侏罗统屯田营组（J3T）上覆第四系。
现分述如下：
1、上侏罗纪屯田营组
屯田营组为一套火山碎屑岩系，构成了含煤地层的基底，井田内95%以上钻孔均见到这套地层。
主要有火山碎屑岩、灰绿色、暗紫色凝灰岩、安山岩、安山集块岩、凝灰集块岩等组成。
2、下第三系珲春组
珲春组为井田含煤地层，根据岩相、岩性及含煤特征可分为上、中、下三段。
上段：
19煤层以上，以灰～浅灰色粉砂岩、砂质泥岩为主，细砂岩次之，夹有4～5层细腻质纯的褐色泥岩和凝灰岩标志层。
本段含有9、12、13、15、18、18-2等6个局部可采煤层和20余个薄煤层。
13、17煤层之上含有动物化石。
本段厚度380~800m，一般厚度450~600m。
中段：
19煤层至28下煤层为中段，是主要含煤段。
以灰、浅灰色粉砂岩、细砂岩为主，中粗砂岩、泥岩次之。
夹有薄层钙质中粗砂岩和凝灰岩示志层。
水平波状、镐状及混浊层理较发育。
含有19、19-1、19-2、20、23、26等6层主要可采煤层和21、23-1、23-2、26下、28、28下等6层局部可采煤层。
含丰富植物化石，20、21、28煤层之下含动物化石。
本段厚度0~130m。
下段：
28下煤层至基底，以深灰色粉砂岩、中粗砂岩为主，泥岩次之，局部见有砾岩，含煤层较多，但厚度及煤质变化大。
含有30上、30、30下、32、32下、33、34等7层局部可采煤层。
本段特点是由上而下颜色逐渐加深，凝灰物质成分逐渐增多。
本段厚度0~280m左右。
与屯田营组呈不整合接触。
3、第四系
全井田被第四系覆盖，上部为腐植土、砂质粘土、亚粘土。
中部为砂砾及中、细砂。
底部为砂砾及含砂砾质粘土。
厚度7~28m。
1.4.2地质构造
本区构造比较复杂，与其东邻城西立井井田的构造特征基本一致。
可以看作城西立井井田主体构造向西的延续。
以断裂为主，褶皱宽缓起伏，略向西平缓倾伏，地层走向总体为近EW~NEE，倾角小于15°。
1、褶皱
本区为一轴向近东西、向西倾伏的宽缓背斜。
背斜轴位于城西立井区的F7~F10之间略向南偏移至F13~F21断层之间。
背斜两翼平缓，并有一次一级波状起伏，组成一个宽缓复式背斜。
2、断层
本区断层发育，以近东西走向断层为主，伴有北东、北西向两组断层，均为正断层。
近东西向走向断层（主干断层）发生在复式背斜之上，由一系列倾向相反近似平行背斜轴的断层，如F7、F52、F13、F58、F55、F21等断层，构成与背斜轴向近平行的地堑和地垒及伴有阶状断层，为本区主要构造形迹和特征。
区内探煤钻孔172个，共发现126个断点首采区地震勘探发现115个断点，经综合研究分析，组成53条落差大于15m以上的断层。
其中落差大于100m的断层有6条，即：
F7、F81、F68、F13、F22、F88，落差大于50m的断层有13条，其余断层均小于50m。
3、火成岩
本区火成岩仅在7线74—22号孔、6线784号孔和5线504号孔见到辉绿岩岩脉，大体呈东西向分布，并顺层侵入于23号—26号煤层之间，侵吞部分煤层和使煤层受到强烈的烘烤现象，煤的变质程度显著增加。
1.4.3煤层及煤质
⑴煤层
①煤层可采性
本井田可采煤层极不稳定，5个主要可采煤层可采性指数为0.5或接近0.5
②煤层
本井田主要含煤地层位于第三系珲春组（E2-3H）。
共有煤层25层，全区有5个主要可采煤层，为19#、19-1#、20#、23#、26#煤层，属大部分可采煤层；有20个局部可采煤层或小局部可采煤层，可采煤层厚度、结构及间距等见表1-1。
煤质特征
本区所有煤层均为长焰煤，空气干燥基原煤水分平均为14.5%；原煤干燥基灰分平均31.78%，原煤干燥基弹筒发热量平均4774卡/克、主要可采层平均4830卡/克。
1.5矿井生产情况
1.5.1矿井生产现状
八连城煤矿于1992年开工建设，1994年5月八连城立井建设停工，2004年10月恢复建设，2007年1月正式投产，矿井设计生产能力0.9Mt/a，服务年限为74a，现核定生产能力为1.8M/a。
表1-1可采煤层厚度、结构、间距表
编号
厚度（m）
间距（m）
计量面积（km2）
结构
（分层）
可采程度
两极值
一般
两极值
一般
9
0-1.59
0.5-1.0
104-190
120-150
3.0
1-2
局部可采
12
0-1.35
0.5-0.9
1.28
1-2
局部可采
11-26
15-20
13
0-1.30
0.5-0.9
4.76
1-2
局部可采
20-68
30-45
15
0-1.25
0.4-0.8
2.70
1-2
局部可采
38-53
40-50
18
0-1.85
0.4-0.9
0.83
1
局部可采
2-17
5-10
18-2
0-1.40
0.5-1.0
1.73
1-2
局部可采
3-18
5-12
19
0.2-3.70
0.8-1.5
26.66
1-3
大部可采
1-19
5-10
19-1
0-2.37
0.5-1.0
10.70
1-2
局部可采
1-12
4-10
19-2
0-2.50
0.6-1.2
21.30
1-2
大部可采
3-22
5-12
20
0.2-2.46
1.0-1.5
19.57
1-3
大部可采
1-14
5-10
21
0-1.34
0.4-0.8
10.13
1-2
局部可采
2-29
5-20
23
0-2.94
0.8-1.5
20.60
1-3
大部可采
0.5-18
4-10
23-1
0-1.86
0.5-0.9
4.93
1-2
局部可采
0.5-4.5
1-2
23-2
0-1.95
0.5-1.0
4.77
1-2
局部可采
3.5-28
7-15
26
0-2.65
0.6-1.5
17.98
1-4
大部可采
0.5-13
2-7
26下
0-1.88
0.5-1.0
6.81
1-2
局部可采
1.5-18
4-14
28
0-1.68
0.6-1.0
9.42
1-3
局部可采
1-9.0
2-5
28下
0-2.31
0.5-0.8
2.22
1-4
局部可采
8-34
10-20
30上
0-2.07
0.5-0.9
1.98
1-3
局部可采
0.4-10
1-4
30
0-1.65
0.4-0.8
2.80
1-3
局部可采
4-24
8-15
30下
0-2.35
0.4-1.4
3.30
1-3
局部可采
6-29
10-20
32
0-2.18
0.4-1.0
4.44
1-3
局部可采
0.5-13
4-8
32下
0-1.80
0.3-0.8
1.43
1-3
局部可采
5-30
10-20
33
0-1.78
0.4-1.5
1.77
1-4
局部可采
12-27
15-20
34
0-3.20
0.3-1.6
1.60
1-5
局部可采
1.5.2井田开拓方式、采区划分及采煤方法
⑴开拓方式
矿井开拓方式立井单水平开采，现有两个主井、一个副井、一个专用回风井。
主井为提煤井兼回风井，新主井为提煤井兼入风井，副井为辅助提升井兼入风井，西风井为专用回风井。
单一水平标高为-420m。
⑵采区划分、采区储量及开采顺序
全井田把精查区7.2km的南北长分为北、中、南三个区，F13断层以北为北部区；F23断层以南为南部区；F13到F23断层之间为中部区，其中5个主要的可采煤层公布在中部采区。
全井共划分8个采区，采区宽度一般1500-2500m，长度为700-1300m。
采区开采顺序按自近向远；在采区内回采工作面实行“跳采”。
采煤方法
采用单一长壁综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。
掘进采用综掘和炮掘，工字钢支护。
1.6矿井通风方式及瓦斯情况
本矿通风方式为混合式通风，副井、新主井入风，主井、西风井排风。
在地质勘探阶段没有进行过煤层瓦斯含量测定，1998年-2003年度瓦斯绝对涌出量（最大）为8.45m3/min，鉴定为低瓦斯矿井。
2007年1月投产以来，矿井绝对瓦斯涌出量呈增大的趋势，2011年矿井瓦斯绝对涌出量为48.56m3/min。
2矿井煤层瓦斯
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，煤层瓦斯赋存基础参数主要包括：
煤层原始瓦斯压力、煤层原始瓦斯含量、百米钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数、煤层透气性系数等。
煤科总院沈阳研究院承担的“八连城煤矿抽放瓦斯可行性研究报告”项目开展期间，对本矿的瓦斯基础参数进行了测定，测定结果如下。
2.1.1煤层瓦斯压力
19#煤层的瓦斯压力在0.9～1.4MPa之间；20#煤层的瓦斯压力在1.55MPa；26#煤层的瓦斯压力在1.61～2.34MPa之间。
2.1.2煤层瓦斯含量
19#煤层的瓦斯含量在6.2～8.18m3/t之间；20#煤层的瓦斯含量在0.7~6.04m3/t；26#煤层的瓦斯含量在5.08～6.02m3/t之间。
2.1.3百米钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数
19#煤层的百米钻孔初始自然瓦斯涌出量在1.42×10-3～2.201×10-3m3/min之间，钻孔自然瓦斯流量衰减系数在0.0182～0.0235d-1之间；煤层的百米钻孔初始自然瓦斯涌出量2740.1×10-3m3/min之间，钻孔自然瓦斯流量衰减系数在0.019d-1之间.
2.1.4煤层透气性系数
19#煤层的透气性系数在0.107～2.356m2/MPa2.d之间；20#煤层的透气性系数为0.336m2/MPa2.d；26#煤层的透气性系数为0.229～1.192m2/MPa2.d之间。
2.2矿井瓦斯储量及可抽量
矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。
瓦斯储量的大小标志着瓦斯资源多少，同时亦是衡量有无开发利用价值的重要指标，可按下式计算：
Wk=Wl十W2十W3
式中：
Wk—矿井瓦斯储量，Mm3；
Wl—可采煤层的瓦斯储量，Mm3；
Ali—矿井可采煤层i的地质储量，Mt；
X1i—矿井可采煤层i的瓦斯含量，m3／t；
W2—受采动影响后能够向开采空间排放瓦斯的各不可采煤层的总瓦斯储量，
（Mm3）
A2i—受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量，Mt；
X2i—受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含量，m3／t；
W3—受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3,按下式计算：
W3＝K（W1十W2）
K—围岩瓦斯储量系数，取K＝0.15。
矿井可开发瓦斯量（或称可抽放量）是指在既定的开采技术条件下，按照目前的抽放技术水平所能抽出的最大瓦斯量。
它反映着矿井瓦斯资源的开发程度，与其抽放工艺技术和抽放能力密切相关，一般采用下式计算：
Wkc=ηk·Wk
式中：
Wkc—矿井可抽瓦斯量，Mm3；
ηk—矿井瓦斯抽放率，按照我国目前的技术水平；
Wk—矿井瓦斯储量Mm3；
按上式计算得出煤层的瓦斯储量及可抽量，计算结果见表2-1所示。
从表2-1可以看出，本矿的瓦斯资源相当丰富，这就为矿井的瓦斯开发利用提供了充足的资源条件，同时也对矿井的安全生产构成了严重的威胁。
本矿的瓦斯资源相当丰富，其瓦斯储量和可抽量分别为.8Mm3和50218.43Mm3，这就为矿井的瓦斯开发利用提供了充足的资源条件，同时也对矿井的安全生产构成了严重的威胁。
表2-1八连城煤矿瓦斯储量及可抽量计算结果汇总表
煤层
工业储量
（10kt）
可采储量
（10kt）
瓦斯含量
（m3/t）
瓦斯储量（10km3）
可采煤炭瓦斯储量（10km3）
抽放率
（%）
可开发瓦斯量（10km3）
9
262.3
182.3
8.18
2146
1491
30
447
12
127.4
88.5
8.18
1042
724
30
217
13
206.2
143.3
8.18
1687
1172
30
352
15
8.18
18
70.5
49
8.18
577
401
30
120
18-2
27.2
18.9
8.18
222
155
30
46
19
2349.5
1632.9
8.18
19219
13357
30
4007
19-1
949.1
659.6
8.18
7764
5396
30
1619
19-2
1036.7
720.5
8.18
8480
5894
30
1768
20
1934.7
1344.6
6.04
11686
8121
30
2436
21
314.5
218.6
6.04
1900
1320
30
396
23
1822.1
1266.4
6.26
11406
7928
30
2378
23-1
514.1
357.3
6.26
3218
2237
30
671
23-2
176.1
122.4
6.26
1102
766
30
230
26
1453.9
1010.5
6.26
9101
6326
30
1898
26下
596.8
414.8
6.26
3736
2597
30
779
28
565.6
393.1
6.26
3541
2461
30
738
28下
276.6
192.2
6.26
1732
1203
30
361
30上
207.2
144
6.26
1297
901
30
270
30
242
168.2
6.26
1515
1053
30
316
30下
323
224.5
6.26
2022
1405
30
422
32
411.7
286.1
6.26
2577
1791
30
537
32下
145.2
100.9
6.26
909
632
30
189
33
197.5
137.3
6.26
1236
859
30
258
34
220.4
153.2
6.26
1380
959
30
288
小计
14430.3
9785.4
99494
69149
20745
岩层
9949
6915
2074
合计
76064
17610
3瓦斯抽放的必要性和可行性
3.1瓦斯涌出量预测结果
矿井瓦斯涌出量预测的任务是确定新矿井、新水平、新采区投产时瓦斯涌出量的大小，为矿井和采区提供通风及瓦斯管理方面的基础数据，它是矿井通风设计、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基础参数。
在《八连城煤矿抽放瓦斯可行性研究报告》项目中，沈阳研究院使用分源预测法，对八连城煤矿各主采煤层瓦斯涌出量进行了预测，结果如下：
回采工作面：
19#工作面瓦斯涌出量为11.62~16.84m3/t，20#工作面瓦斯涌出量为17.42m3/t；26#工作面瓦斯涌出量为19.77m3/t。
煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量预计见表3-1~3-3。
表3-119#煤层不同产量下工作面瓦斯涌出量预计单位：
（m3/min）
产量（t）
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
瓦斯涌出量
1.17
2.34
3.51
4.68
5.85
7.02
8.19
9.36
10.53
11.69
产量（t）
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
瓦斯涌出量
12.86
14.03
15.20
16.37
17.54
18.71
19.88
21.05
22.22
23.39
产量（t）
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
瓦斯涌出量
24.56
25.73
26.90
28.07
29.24
30.41
31.58
32.74
33.91
35.08
表3-220#煤层不同产量下工作面绝对瓦斯涌出量预计单位：
m3/min
产量/t/d
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
瓦斯涌出量
1.21
2.42
3.63
4.84
6.05
7.26
8.47
9.68
10.89
12.10
产量/t/d
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
瓦斯涌出量
13.31
14.52
15.73
16.94
18.15
19.36
20.57
21.78
22.98
24.19
产量/t/d
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
瓦斯涌出量
25.40
26.61
27.82
29.03
30.24
31.45
32.66
33.87
35.08
36.29
表3-326#煤层不同产量下回采工作面瓦斯涌出量预计m3/min
产量/t/d
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
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