瓦斯抽采达标工艺方案设计.docx
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瓦斯抽采达标工艺方案设计
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。
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18.4km2。
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37.77～88.14m，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10.89～27.98m，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14.64～53.37m，平均24m；（3）上部灰岩段，厚7.37～24.17m，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59.78～103.94m，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293.00～356.22m，平均308m。
三煤段，厚47.81～83.66m，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60.94～93.99m，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60.36～101.93m，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70.98～103.74m，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212.30～242.78m，平均224m。
划分为七、八、九煤段，含煤6层。
七煤段，厚63.69～100.01m，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71.52m～96.69m，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41.00～76.80m，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11.72m，含煤系数1.76%。
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.～1.26/
0.6～0.9
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
0～26.79/
3～8
173
189
196
二1煤
大部可采
太
原
组
一
一1-9
一3
0.0～1.32/
0.35～0.95
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0～26.79m之间，平均煤厚5.30m（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
＜0.80
0.80～1.30
23
8
11.7
4.1
11.7
15.8
中厚煤层
1.31～3.5
54
27.6
43.3
厚煤层
3.51～8
70
35.7
79
特厚煤层
＞8.00
41
20.9
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1.38t/m3，比重为1.49，孔隙度为7.38%，镜煤最大反射率2.38%。
实验室测试煤的坚固性系数f值变化在0.09～0.41之间,平均0.16；ΔP变化在10.45～31之间,平均22.2。
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1.8km，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2.5km，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
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