矿井瓦斯.doc

山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －1－ 前 言 矿井瓦斯的主要成份是甲烷，甲烷既是威胁煤矿安全生产的有爆炸 危险性的气体，又是破坏大气环境的温室气体，但是如果将一定浓度的 瓦斯抽放并收集起来，它将是清洁的能源，可广泛用于化工原料、燃气 发电、工业和民用燃料等，因此，抽放瓦斯 利国利民。 清徐县东于煤矿为清徐县国营重点煤矿 ,位于东于镇北 7km 处。 东于煤矿现为改扩建矿井，1400000430736 号采矿许可证批准矿区 面积 9.7795km2，开采 03 号、2 号、4 号、5 号、6 号、8 号、9 号煤层， 改扩建规模 900kt/a，属高瓦斯矿井。现该矿地面工业场地建有瓦斯抽放 泵站，泵站内安设有两台 2BE1252-0 型水环真空泵，电机功率 55kW， 一台使用一台备用。但是现有瓦斯抽放系统 非常陈旧，效率较低，已不 能满足安全生产需要 ，因此，为了保证矿井安全生产， 稳定矿井产量， 必须重新设计瓦斯抽放系统，以提高瓦斯抽放效率。 受东于煤矿的委托，我公司于 2007 年 9 月开始承担东于煤矿瓦斯 开发利用方案设计。设计瓦斯抽放规模为 15m3/min，能满足矿井设计能 力 900kt/a 的要求。 一、编制本设计的依据一、编制本设计的依据 1、东于煤矿 2007 年 9 月提供的东于煤矿瓦斯开发利用方案 设计 委托书（以下简称设计委托书）。 2、山西省煤炭地质公司编制的山西省清徐县东于煤矿矿井 地质 报告。 3、太原市煤炭工业局“转发省局关于太原市所属 34 座矿井 2006 年瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复 的通知”并煤安 发[2007]69 号文件。 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －2－ 4、东于煤矿提供的其他设计资料和基础数据。 5、矿井瓦斯抽放规范（AQ1027-2006）。 6、煤矿安全规程（2006）。 二、设计的主要技术经济指标二、设计的主要技术经济指标 1、矿井相对瓦斯涌出量 18.72m3/t（4 号煤层预测量） 2、设计矿井瓦斯抽放量 15m3/min 3、瓦斯抽放站、加压站占地面积0.5ha 4、抽放改扩建工程总投资 6860.71 万，各分项工程费用如下 抽放工程 509.91 万元 土建工程 96.01 万元 设备购置费 2721.40 万元 安装工程 2977.79 万元 其他费用 555.60 万元 5、矿井瓦斯抽放率38.5 6、矿井抽放系统服务年限 52.6a 三、问题和建议三、问题和建议 由于该矿瓦斯资料缺乏，本设计依据的资料为邻近矿井资料， 计算 出的一些参数与矿井实际情况存在一定差距 ，对本矿瓦斯开发利用只能 起一定的借鉴作用，矿方 在做开发初步设计时必须提供本矿准确的瓦斯 和地质资料才能达到真正开发利用的目的。 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －3－ 第一章 矿井概况 第一节 井田概况 一、位置与交通一、位置与交通 清徐县东于煤矿位于距县城 7km 的东于镇北，其地理位置为东经 11214′，北纬 3737′。“太汾”公路、“八一”公路从井田南沿通过， 西峪矿铁路装车站距本矿 35km，南峪铁路专线建成后，至本矿仅 11km。交通较为便利。 二、井田范围和煤炭储量二、井田范围和煤炭储量 依据省国土资源厅颁发的 1400000430736 号采矿许可证批准开 采 03、2、4、5、6、8、9 号煤层。井田东西长约 2.5km，南北宽约 4km，面积 9.7795km2。 根据地质报告，矿井地质总储量为 163.88Mt，其中 03、2、4、5、6、8、9 号煤储量分别为 18.29Mt、30.54Mt、23.8Mt、14.72Mt、13.69Mt、48.68Mt、14.16Mt。 三、矿井设计生产能力和服务年限三、矿井设计生产能力和服务年限 矿井设计生产能力为 900kt/a，第一水平服务年限为 30.4a；第二水 平服务年限为 24.8a；矿井服务年限 55.2a。 第二节 地质及构造情况 一、井田地层一、井田地层 本井田地层出露良好，由东南至西北以此出露二迭系下统下石盒子 组和二迭系上统上石盒子组。下部地层没有出露，资料取于钻孔。地层 划分原则按华北地区区域地层表 。自下而上分述如下 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －4－ 1）奥陶系中统O2 （1）奥陶系中统上马家沟组 O2S 区内地层没有出露，按 615 号钻孔揭露地层厚度约 80 米。上部为 深灰青灰色中，厚层状石灰岩夹泥灰岩；中下部为深灰色中厚层状结晶 灰岩，白云质灰岩夹角砾状泥灰岩，并合透镜状石膏层。 （2）奥陶系中统峰峰组O2S 此组地层为井田含煤地层之基底，据 615 号钻孔揭露全组地层厚度 约 120 米。其岩性下部为灰、深灰色角砾状泥灰岩、白云质灰岩夹脉状 纤维石膏及结晶石膏层。上部为青灰色厚层状石灰岩，泥灰岩夹有白云 质灰岩。与下伏地层整合接触。 2）石炭系（C） （1）石炭系中统本溪组 C2b其顶界至晋祠砾岩（ K1）之底，底界 为铁铝层，与奥陶系灰岩为平行不整合接触。地层厚度一般为 1921m。岩性以深灰、浅灰或灰色中细砾岩、粉砾岩、砾质泥岩、铝质 泥岩、泥岩、石灰岩及薄煤层组成。 （2）石炭系上统太原组C3t晋祠砾岩（K2）之底至东大窑石灰 岩 L5之顶，与下部地层整合接触。厚度 78.2094.89m，平均 88.84m。 以过渡环境的岩性组合为主。其岩性为泥岩、砾质泥岩、石灰岩、粗、 中、细粒砾岩及煤层。总的面貌是以色深、粒细、层理复杂、化石较丰 富为其特色。总的趋势是南厚北薄、东厚西薄。为下部主要含煤地层 3）二迭系（P） （1）二迭系下统山西组P1S从 L5石灰岩顶至骆驼脖砾岩 K4底， 厚度 36.6357.52m，平均 53.02m，为上部主要含煤地层。以三角洲及滨 海平原沉积为主。岩性有中－细砾岩、粉砾岩、砾质泥岩、泥岩及煤层 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －5－ 组成。与下伏地层相比，本组以色较浅、粒较粗，具交错层理，植物化 石丰富为特点。与下伏地层呈整合接触。 （2）二迭系下统下石盒子组 P1X骆驼脖砾岩K4底至 K6砾岩底， 厚度 98.61135.01m，平均 118.61m。与山西组地层连续沉积。区内东 南角有出露。岩性底部为灰白色中粗砾岩；下部为深灰，灰色细砾岩、 粉砾岩、砾质泥岩互层，并夹薄煤线；上部为黄绿、灰绿砾质泥岩、粉 砾岩及浅灰色细砾岩互层。 （3）二迭系上统上石盒子组 P2S底界为 K6砾岩底，与下伏地层 整合接触。区内广泛出露，一般钻孔揭露不全，据区域资料，全组厚度 约 400m。按其岩性、岩相特征分为两段 下段（P2S2）K6砾岩底至 K7砾岩底，据 610 钻孔揭露厚度约 10 米。岩性为灰绿色砾质泥岩及中，细砾岩互层。砾质泥岩中含有暗紫色 斑点，往上紫色增多。底部为 K6含砾粗砾岩，其底往往含有一层透镜 体细砾岩。本段以含暗紫色斑块和夹层为特征。 上段P2S2底界为 K7砾岩，区内没有底界出露。出露最大厚度约 100 米。岩性为暗紫、蓝灰、黄绿色砾质泥岩与灰绿色中细砾岩互层。 本段以蓝灰色砾质泥岩及砾岩中含肉红色长石为其特征。 K7砾岩上含 有 12 层透镜状铁锰质结核。 （4）第四系Q 本区分布范围不大，厚度比较薄，一般 6m 左右，最厚不超过 32m，未详细划分。 中、上更新统Q2Q3Q2为红色土，含钙质结核。 Q3为马兰黄土， 垂直节理发育，不整合覆盖在山坡和山梁上。 全新统Q4分布山前倾斜平原及沟谷中，由各种岩石成分的卵石 和岩块堆积而成。 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －6－ 二、地质构造二、地质构造 山西西山煤田位于祁吕山字型东翼及新华夏系构造的复合部位，本 井田位于西山煤田的南部，与近期汾河地堑相联。总体看，为一近似走 向东北，向北西倾斜的单斜 构造，但在此基础上又发育着一系列褶曲和 断层。褶曲轴向呈“S”形，一般较为紧密。断层均为扭性正断层。地 层产状在纵横方向上变化较大，地层倾角一般 10 度左右，局部可达 25 度。其它如陷落柱、节理等构造也有发育。总体本井田属一类偏复杂 构 造。现将各种构造叙述如下 1）褶曲 主要有北西和北东两组，区内发育 4 个背向斜，分述如下 阎家庄背斜（Z1）位于阎家庄村,区内延伸长度 1500m，宽 400m，由东往西逐渐消失。轴向西部北 85 度西，东部北 5 度东，两翼 基本对称。 黄大平向斜（Z2）位于黄大平村北 ，区内延伸长度 2100m,宽约 1000m。延至井田边界以西约 300 米逐渐消失。轴向西部为南 5 度西， 东部为北 40 度东呈“S”型，为一宽缓向斜。 市儿口背斜（Z3）位于市儿口村,长 1300m，宽约 500m,轴向近似 东西，两翼地层产状近似对称。区内东部消失，西部延至区外。 新民向斜（Z4）位于新民村北,区内延伸长度 1000m，宽约 500m，轴向南 80东，向斜南翼地层倾角较大，北翼地层倾角较小。 2）断层 本井田断裂构造较为发育，所见断层均为正断层。断层走向以北东 和北东东向为主。区内发育 10 条断层。 3）陷落柱 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －7－ 本井田发育的陷落柱为钻孔和井下巷道所揭露的，地表特征不太明 显，一般地貌上形成红色小鼓包。所见陷落柱大小不等，形状大都为椭 圆体，最大者长轴约 220m，短轴约 145m。区内 612 号钻孔所见陷落柱， 其岩性由种种大小不等的岩块杂乱堆积，紧密胶结而成。陷落柱的陷壁 角一般为 8085 度，主要发育在褶曲扭动部位和断裂的尖灭端。 此外，井田北部 612 钻孔探得一塌陷至 2 号煤层的陷落柱，范围不 详。现生产井范围内揭示出直径 3050m 陷落柱 3 个，陷落角一般为 80 度。 三、三、 瓦斯等级鉴定涌出情况瓦斯等级鉴定涌出情况 依据太原市煤炭工业局“转发省局关于太原市所属 34 座矿井 2006 年瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复 的通知”并煤安 发[2007]69 号文件，东于煤矿的相对瓦斯涌出量为 14.71m3/t，最大绝 对涌出量为 8.51 m3/min。瓦斯鉴定等级为高瓦斯矿井。 四、煤尘及煤的自燃四、煤尘及煤的自燃 2006 年 7 月 10 日由山西省煤炭工业局综合测试 中心对 4 号煤层的 煤尘爆炸进行了测试，其结果 4 号煤层火焰长度 30mm，抑制煤尘爆 炸最低岩粉用量为 55，为有爆炸性危险的煤层。 4 号煤层煤的吸氧量为 0.8536cm3/g，自燃倾向性等级为 Ⅲ，自燃倾 向性为不易自燃煤层。 第三节 煤层赋存情况 一、煤层一、煤层 本区含煤地层为山西组及太原组，含有 02、03、1、2、3、4、5 上、 5、6 上、6、7、7下、8上、8、9、10、11 号等 17 层煤层，含煤地层总 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －8－ 厚 141.86m。本井田仅 03、2、4、5、6、8、9 号等 7 层为稳定及较稳 定可采煤层，可采煤层总厚 15.99m。含煤系数 11.3。现将井田内 7 层可采煤层自上而下分述如下 03 号煤层俗称上三尺煤。位于山西组上部，厚 1.152.30m，平 均 1.76m。属稳定全区可采煤层。结构简单。顶板为砂质泥岩，粉砾岩 和细砂岩，以砂质泥岩为主；底板为泥岩，砂质泥岩或中－细砂岩。 2 号煤层俗称大窑煤。位于 03 号煤下 5.0810.70m，平均 7.32 米， 厚 1.653.35m，平均 2.56m，属稳定全区可采煤层。结构简单，局部含 夹石 1 层，顶板为砾质泥岩或细砂岩底板为中－细砂岩或粉砂岩。 4 号煤层俗称二夹煤。距 4 号煤层约 8.9 米。厚 0.854.58m，平 均 2.75m，含夹石 02 层，厚 0.080.73m，顶板为粉砂岩或炭质泥岩； 底板为砾质泥岩或粉砂岩，有时为细砂岩。 5 号煤层位于山西组地层之下部，距 4 号煤层 2.056.39m，平均 4.23m。厚 0.573.43m，平均 1.54m，含夹石 1 层，厚 0.080.73m，顶 板为炭质泥岩或砂质泥岩；底板为粉砾岩或砂质泥岩。 6 号煤层俗称大齐煤。位于太原组上部，距 5 号煤 7.1721.51m，平均 15.41m，厚 0.62.46m，平均 1.21m，含夹石 1 层， 顶板为炭质泥岩或砂质泥岩；底板为砂质泥岩或粉砂岩。 8 号煤层俗称中带煤。位于 L1灰岩之下，距 6 号煤 16.1363.8 米，平均 40.85m。煤厚 1.86.27 米，平均 4.15m，属稳定全区可采煤层， 含夹石 03 层，厚 01.57m，顶板为炭质泥岩；底板为粉砾岩或细砂岩。 9 号煤层俗称四尺煤。位于 8 号煤层下一般不超过 1m，区内局 部与 8 号煤合并为一层。厚 1.182.66m，平均 2.02m，含夹石 1 层，厚 0.080.22m，顶板为砂质泥岩或炭质泥岩；底板为砂质泥岩或细砂岩。 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －9－ 井田内各煤层特征见表 1-3-1。 表 1-3-1 井田内各煤层特征见表 煤层厚度/m顶底板岩性 煤层名 称 最小最大 平均 煤层 间距 m 顶板底板 煤层稳定性 容重 （t/m3） 02 0.150.31 0.23 砂质泥岩,粉砾岩和中细 砂岩 砂质泥岩或中细砂岩不稳定1.33 15.21 03 1.152.30 1.76 砂质泥岩,粉砾岩和中细 砂岩 砂质泥岩或中细砂岩稳定1.33 4.32 1 0.210.43 0.32 砂质泥岩,细砂岩砂质泥岩或细砂岩不稳定1.33 3.00 2 1.653.35 2.56 砾质泥岩或细砾岩中-细砂岩或粉砂岩稳定 1.30 5.40 3 01.25 0.5 砂质泥岩,粉砾岩和细砂 岩 泥岩,砂质泥岩或中- 细砂岩 不稳定1.30 4.50 4 0.854.58 2.75 粉砂岩或炭质泥岩 砾质泥岩或粉砂岩， 有时为细砂岩 稳定 1.30 3.01 5上 01.2 0.52 砂质泥岩,粉砾岩或砂质泥岩不稳定 1.35 1.22 5 0.571.89 1.54 砂质泥岩,和细砂岩粉砾岩或砂质泥岩较稳定 1.35 11.67 6上 0.300.72 0.45 石灰岩砂质泥岩或粉砂岩不稳定 1.37 3.76 6 0.602.46 1.21 砂质泥岩,和细砂岩砂质泥岩或粉砂岩较稳定 1.37 6.6 7 00.47 0.24 炭质泥岩粉砾岩或细砂岩不稳定1.33 0.50 7下 00.42 0.21 炭质泥岩粉砾岩或细砂岩不稳定1.33 29.03 8上 01.10 0.67 炭质泥岩粉砾岩或细砂岩不稳定1.33 4.52 8 1.806.27 4.15 炭质泥岩粉砾岩或细砂岩稳定1.33 ＜1 9 1.182.66 2.02 砂质泥岩或炭质泥岩砂质泥岩或细砂岩稳定1.38 4.87 10 00.76 0.4 砂质泥岩或炭质泥岩砂质泥岩或细砂岩不稳定1.38 110.44 7.64 砂质泥岩或炭质泥岩砂质泥岩或细砂岩稳定1.38 二、煤质二、煤质 井田内各煤层均为黑色，玻璃－强玻璃光泽，贝壳状断口，内生裂 隙发育、性脆易碎。宏观煤岩类型以及光亮煤及半亮煤为主，少量半暗 煤及暗淡煤；显微组分以镜质组为主，少量半镜质组和丝质组。 主要可采煤层煤质特征表见表 1-3-2。 表 1-3-2 主要可采煤层特质特征表 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －10－ 煤 层 样 别 MadADVdafSt,d Qb,adf MJ/kg Y mm GRI煤种 原 煤 0.6729.4616.950.3634.84PS 03 精 煤 0.7911.4213.830.53010.7 原 煤 0.6916.1614.311.3935.67PM 2 精 煤 0.716.1912.350.6900 原 煤 0.7634.4618.050.5733.98PM 4 精 煤 0.749.9112.830.555.6 原 煤 0.9118.3011.301.8835.76WY 8 精 煤 0.895.169.641.0 原 煤 0.7721.6012.601.0335.54WY 9 精 煤 0.786.649.741.0800 煤质分析结果标明井田内主要可采煤层 03 号为富灰、特低硫、 特低磷、高发热量贫廋煤； 2 号和 4 号煤为低灰－富灰、特低硫、特低 磷高发热量贫煤；8 号和 9 号为低－中灰、低－中硫、特低磷－中磷、 高发热量无烟煤。精煤回收率级别多属于低等。 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －11－ 第四节 矿井开拓与开采 一、开拓方式一、开拓方式 矿井现有主斜井、副斜井 和回风斜井，改扩建后期在三采区中央增 建（三采区）进风立井和回风立井。 主斜井倾角 22，方位角 175，料石砌碹，井筒斜长 405m，井 筒净断面积 12.68m2，掘进断面 16.48 m2。装备一条 1000mm 胶带输送 机，直达井底煤仓，担负全矿井煤炭提升任务，兼做进风井及安全出口。 副斜井倾角 22，方位角 173，料石砌碹。斜长 380m，井筒断 面积 10.61m2，掘进断面 11.70 m2，双钩串车提升，并铺设有 22kg/m 轨 道、水沟、行人台阶、排水管道及缆线。主要担负全矿井提矸、下料、 行人等任务，兼做进风井及安全出口。 回风斜井倾角 18，断面形式为半圆拱形，料石砌碹 。斜长 370m，巷道净断面 10.61m2 ，掘进断面 11.7 m2，设有水沟台阶。主要 用于矿井回风，内铺设有瓦斯抽放管路 。 本矿 03、2、4、5、6 号可采煤层，平均间距仅为 7.32m、3.5m、4.23m 及 15.41m 的煤层赋存特征，故矿井在开拓部置上 确定为五层煤层实行联合开采，设一个水平来完成矿井的开拓及开采任 务。全井田划分为三个采区。 沿三采区中央布置运输、轨道大巷至井田北部边界，均布置在4 号 煤层。一采区 03 号、4 号煤层均已采完，在井底车场附近 4 号煤层布 置回采工作面。采用沿倾斜大巷一侧布置一个工作面的走向长壁巷道布 置体系。 二、采区布置与开采顺序二、采区布置与开采顺序 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －12－ 设计采用走向长壁式布置， 三条大巷分别为运输大巷、轨道大巷和 回风大巷。大巷均沿 4 号煤层布置，巷道间距 30m。 矿井设二个水平开采， 设一个水平（665m）来完成矿井 03、2、4、5、6 号煤层开采任务。将 8 号、9 号煤层设第二水平 （＋614m）进行开采。一水平划分为三个采区，开采顺序为先开采 4 号煤层一采区，后开采三采区 03 号、2 号和 4 号煤。 三、采煤方法与顶板管理三、采煤方法与顶板管理 矿井初期开采 4 号煤层，采煤方法为走向长壁综采，一次采全高，工作面 长度 160m，采高为 2.97m。工作面日循环数为 6 次，循环进度 0.8m， 年工作天数为 300 天，年推进度为 1296m，矿井日产量为 3000t。顶板 管理方法为全部冒落法。 第五节 矿井通风与瓦斯 一、通风方式及供风量一、通风方式及供风量 根据井田开拓布置，矿井采用机械抽出式通风方式，前期采用边界 并列式通风系统，后期采用分区式通风。 矿井改扩建后初期进风井筒为主、副斜井，回风井筒为回风斜井。 矿井中后期在三采区范围的中央建三采区进、回风立井，服务范围为三 采区后部。矿井中后期进风井筒为主、副斜井、三采区进风立井，回风 井筒为三采区回风立井。 矿井总风量为 6000m3/min。即 100m3/s。矿井通风容易时期和困难 时期最大阻力分别为 1716.77Pa 和 2812.96Pa，矿井通风容易时期等积 孔为 2.50m2，通风困难时期等积孔为 1.95m2，前期矿井通风阻力等级为 小阻力矿井，矿井通风难易程度评价为容易 ；后期矿井通风阻力等级为 中等阻力矿井，矿井通风难易程度评价为 中等。 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －13－ 二、二、 瓦斯等级鉴定及涌出情况瓦斯等级鉴定及涌出情况 依据太原市煤炭工业局“转发省局关于太原市所属 34 座矿井 2006 年瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复 的通知”并煤安 发[2007]69 号文件，东于煤矿的相对瓦斯涌出量为 14.71m3/t，最大绝 对涌出量为 8.51 m3/min。瓦斯鉴定等级为高瓦斯矿井。 三、瓦斯抽放情况三、瓦斯抽放情况 现该矿地面工业场地建有瓦斯抽放泵站，泵站内安设有两台 2BE1252-0 型水环真空泵，电机功率 55kW，一台使用一台备用。但是 现有瓦斯抽放系统非常陈旧，效率较低，已不能满足安全生产需要 ，因 此，为了保证矿井安全生产， 稳定矿井产量，必须重新设计瓦斯抽放系 统，以提高瓦斯抽放效率。 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －14－ 第二章 抽放瓦斯设计参数 第一节 煤层瓦斯基本参数 一、煤层瓦斯压力一、煤层瓦斯压力 东于煤矿未打测压钻孔，根据 邻近矿井地质报告测压钻孔情况，测 定 03 号煤层的瓦斯压力为 0.26MPa；2 号煤层的瓦斯压力为 0.28MPa；4 号煤层的瓦斯压力为 0.4MPa；5 号、6 号煤层的瓦斯压力 为 0.32MPa；8 号、9 号煤层的瓦斯压力为 0.45MPa； 二、煤层瓦斯含量二、煤层瓦斯含量 煤层瓦斯含量采用间接法测定，并采用下列公式计算 dad ad abP100Aa -M110KP X 1bP10010.31M   γ 式中 X煤层瓦斯含量，m3/t； a,b吸附常数，03 号煤层为 a＝18.71m3/t，b0.77MPa-1；2 号煤层 为 a＝18.34m3/t，b1.09MPa-1；4 号煤层为 a＝20.09m3/t，b0.72MPa- 1；5 号煤层 a＝21.35m3/t，b0.72MPa-1；6 号煤层为 a＝21.78m3/t，b0.83MPa-1；8 号煤层为 a＝22.34m3/t，b1.09MPa- 1；9 号煤层为 a＝24.19m3/t，b1.11MPa-1； P煤层绝对瓦斯压力， MPa；03 号煤层的瓦斯压力为 0.26MPa；2 号煤层的瓦斯压力为 0.28MPa；4 号煤层的瓦斯压力为 0.4MPa；5 号、6 号煤层的瓦斯压力为 0.32MPa；8 号、9 号煤层的瓦斯 压力为0.45MPa； 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －15－ Mad煤的灰分，；03 号煤层平均为 29.46；2 号煤层平均为 16.16；4 号煤层平均为 34.46；5 号煤层平均为 25.83；6 号煤层平 均为 21.77；8 号煤层平均为 18.30；9 号煤层平均为 21.60； Ad煤的水分，；03 号煤层为 0.67；2 号煤层为 0.69；4 号 煤层为 0.76；5 号煤层为 0.72；6 号煤层为 0.54；8 号煤层为 0.91；9 号煤层为 0.77； K煤的孔隙体积，m3/m3；03 号煤层为 5.2；2 号煤层为 7.1；4 号煤层为 5.5；5 号煤层平均为 5.5；6 号煤层为 4.3；8 号煤层为 7.6；9 号煤层平均为 9.1； γ煤的视密度，t/m3。03 号煤层为 1.36t/m3；2 号煤层为 1.40t/m3；4 号煤层为 1.33t/m3；5 号煤层平均为 1.38t/m3； 6 号煤层为 1.40t/m3；8 号煤层为 1.33t/m3；9 号煤层平均为 1.38t/m3； 经计算，东于矿瓦斯含量为03 号煤层 2.2 m3/t；2 号煤层 2.42m3/t；4 号煤层为 10.2m3/t；5 号煤层为 10.15m3/t；6 号煤层 10.4 m3/t；8 号煤层 10.57m3/t，9 号煤层为 11.02m3/t。 三、煤层透气性系数三、煤层透气性系数 根据该矿邻近矿井地质报告测压钻孔情况，4 号煤层的透气性系数 为 6.92m2/MPa.d，属于可以抽放类型。 四、百米钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数四、百米钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数 根据该矿邻近宽矿井地质报告测压钻孔情况，4 号煤层的百米钻孔 自然瓦斯流量衰减系数为 0.03286d-1，属于可以抽放类型。 第二节 矿井瓦斯储量 矿井瓦斯储量包括可采煤层、不可采煤层以及围岩中所赋存的瓦斯， 根据煤矿瓦斯抽放规范 AQ1027－2006，其计算公式如下 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －16－ k123 WWWW 式中 Wk矿井瓦斯储量，Mm3； W1可采煤层瓦斯储量总和， Mm3， n 11i1i i 1 WAX    其中 A1i矿井每一个可采煤层的煤炭储量 ，矿井地质总储量为 163.88Mt，其中 03、2、4、5、6、8、9 号煤储量分别为 18.29Mt、30.54Mt、23.8Mt、14.72Mt、13.69Mt、48.68Mt、14.16Mt。 X1i每一个可采煤层的瓦斯含量，m3/t；03 号煤层 2.2 m3/t；2 号煤层 2.42m3/t；4 号煤层为 10.2m3/t；5 号煤层为 10.15m3/t；6 号煤层 10.4 m3/t；8 号煤层 10.57m3/t，9 号煤层为 11.02m3/t。 W2可采煤层采动影响范围内的不可采邻近煤层的瓦斯储量总和， Mm3； n 22i2i i 1 WAX    其中 A1i可采煤层采动影响范围内每一个不可采煤层 的煤炭储量， 采动影响范围上邻近层取 50m60m，下邻近层取 20m30m。本矿采 动影响范围内不可采煤层包括 太原组 8 上号和山西组 02 号、03 号、4 号、5 上号、5 号共六层煤。 X1i可采煤层采动影响范围内每一个不可采煤层 的瓦斯含量， m3/t。 由于该矿不可采煤层 占煤层总厚度的 21.0，但是赋存不稳定，且 上述资料缺乏，参照邻近矿计算方法， W2取可采煤层可采煤层瓦斯储 量的 10。 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －17－ W3围岩瓦斯储量，Mm3 312 WKWW  K围岩瓦斯储量系数， 根据东于煤矿煤系地层中有泥岩、砂岩， 在砂岩中可能赋存有一定瓦斯，取 K0.05。 经计算矿井瓦斯储量为 1704.24Mm3。 第三节 矿井瓦斯可抽量 瓦斯可抽量是指在瓦斯储量中能被抽出的最大瓦斯量，其计算公式 为 W＝Wkŋ 式中 W可抽瓦斯量，Mm3； ŋ抽放率，设计所有可采煤层的抽放率取 20； WK矿井瓦斯储量，Mm3。 经计算矿井瓦斯可抽量为 340.85Mm3，这为瓦斯开发利用提供了较 为充足的资源条件。 第四节 矿井瓦斯涌出量 该矿瓦斯鉴定资料为现开采的 2 号煤层，改扩建后将开采 4 号煤层， 采用分源计算法预测矿井瓦斯 涌出量。由于 4 号煤层上临近煤层为 02 号、03 号、1 号、2 号、3 号煤层，其中 03 号、2 号煤层为可采煤层， 在开采 4 号煤层时已采空，3 号煤层为不可采煤层， 与本煤层之间间距 5.4m，且岩性一般为砂质泥岩、粉砂岩，因此，受上邻近层瓦斯影响较 大；与下邻近 5 上号、5 号煤层间距小于 5m，小于预计的 30m 采动影 响范围，因此，受下邻近的 5 上号、5 号煤层瓦斯影响较大，但是 与 6 上号煤层有泥岩、石灰岩相隔，且间距较大，受其影响较小。因此，综 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －18－ 合分析 4 号煤层瓦斯涌出量基本为本煤层瓦斯涌出量 和上、下邻近层瓦 斯涌出量之和。 1、回采瓦斯涌出量 qq 区区区 区q区 式中 0 1230C 1 m qK K KXX m  区 其中 q 回回采工作面相对瓦斯涌出量， m3/t； K1围岩瓦斯涌出系数，其值取决于回采工作面顶板管理方法，采 用全部垮落法管理顶板时取 1.20； K2工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，取 1.05； K3准备巷道预排瓦斯对工作面媒体瓦斯涌出影响系数，取 K3L-2h/L； L工作面长度，取 160m； h巷道瓦斯预排等值宽度，贫煤取 12.2m； m0煤层厚度， 4 号煤取 2.97m； m1煤层开采厚度，取 2.97m； x0煤层原始瓦斯含量， 4 号煤取 10.2m3/t； xc煤的残余瓦斯含量，取煤层原始瓦斯含量的 20，m3/t。 ij0C q1h /h XX  区 0 m 区 m 其中 m邻近层厚度，上邻近层 3 号煤层为 0.5m；下邻近层 5 上号煤层 为 0.52m，5 号煤层为 1.54m； 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －19－ hi邻近层距开采层间垂距 ，3 号煤层为 5.4m，5 上号煤层为 3.01m，5 号煤层为 4.75m； hj邻近层涌出瓦斯的极限距离 ，3 号煤层为 20m， 5 上号煤层为 30m，5 号煤层为 30m； 经计算，回采工作面相对瓦斯涌出量为 。 3 qq9.12.1811.26m /t 区区区 区q区 2、掘进工作面瓦斯涌出量 掘进工作面的瓦斯来自煤壁和落煤过程，其计算公式为 区区区区区 q区qq 式中 q 掘掘进工作面瓦斯涌出量 , m3/t q 煤壁煤壁瓦斯涌出量，m3/min； q 落煤落煤瓦斯涌出量，m3/min。 00 L qnmv q 21 v  区区 其中 n煤壁暴露的面个数，单巷掘进时 n＝2； L瓦斯涌出量达到最大值的 巷道掘进长度，取 100 天巷道掘进长 度，889 m； v巷道平均掘进速度， 根据设计计算为 0.00926m/min； q0煤壁瓦斯涌出初速度， m3/m2min； r2 00 q0.026 0.0004V 0.16 X  其中 Vr煤中的挥发份含量， 4 号煤取 18.05； 0c qvxx  区区 区s 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －20－ 其中 s掘进巷道的断面，顺槽断面 8.5m2； 煤的密度，4 号煤取 1.3t/m3； 经计算，掘进工作面瓦斯涌出量为 3.73m3/t。 3、采区瓦斯涌出量 ii qKA  nn 区0区区区区i i1i1 区区q1440q区/A 式中 K 采采空区瓦斯涌出系数，取 1.20； Ai采区内第 i 个回采工作面设计日产量，3000t； q 掘 i采区内第 i 个掘进工作面相对瓦斯涌出量， m3/t； q 采区采区相对瓦斯涌出量， m3/t。 A0矿井日产量，3000t。 矿井投产时，共布置 1 个回采工作面， 2 个掘进工作面。经计算， 采区瓦斯涌出量为 18.72m3/t。 4、矿井相对和绝对瓦斯涌出量 由于本矿井设计为一个采区，因此，矿井瓦斯相对涌出量为 18.72m3/t，绝对涌出量为 39m3/min。 第五节 抽放规模及服务年限 一、瓦斯抽放规模一、瓦斯抽放规模 根据设计委托书的要求，结合矿井瓦斯抽放条件，设计抽放瓦 斯规模为 15m3/min，采用一次设计，一次建成方式。 本次抽放系统设计， 采用地面设置永久抽放系统， 重新设地面瓦斯 抽放站，考虑满足矿井深部瓦斯含量增加要求，为今后扩大生产能力留 有一定余地。 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －21－ 二、抽放系统服务年限二、抽放系统服务年限 抽放系统服务年限按下式计算 N＝ K NC W W 式中 N抽放系统服务年限， a； WK瓦斯可抽量，矿井瓦斯可抽量为 340.85Mm3； WNC预计年最大抽放量， Mm3。 按照设计规模 15m3/min 计算，矿井年抽放量为 6.48Mm3,则抽放系 统最低服务年限为 52.6a。 第六节 矿井瓦斯抽放率 矿井瓦斯抽放率按下式计算 100 100 kC k kfkC Q QQ   式中 ŋk矿井月平均瓦斯抽放率，； QkC矿井月平均瓦斯抽放量，取 15m3/min; QkJ矿井月平均风排瓦斯量，该矿设计总需风量为 6000m3/min， 则 QkJ≤60000.75＝45m3/min，预测矿井绝对涌出量为 39m3/min， 设计瓦斯抽放量为 15m3/min，则 QkJ＝24 m3/min。 经计算，4 号煤层矿井瓦斯抽放率为 38.5。 山西美山西美锦锦煤炭气化有限公司煤炭气化有限公司东东于煤于煤矿矿瓦斯抽放开瓦斯抽放开发发利用方案利用方案 －22－ 第三章 抽放方法设计 第一节 瓦斯来源分析 一、瓦斯来源分析一、瓦斯来源分析 根据矿井地质报告，东于煤矿 4 号煤层，煤层厚度 0.854.58m，平 均 2.75m，煤层结构简单，顶板岩性为 粉砂岩或炭质泥岩，底板为砾质 泥岩或粉砂岩，有时为细砂岩 ，顶、底板透气性较好， 另外 4 号煤层上 临近煤层为 3 号煤层，与本煤层之间仅有 约 4.5m 的岩层相隔，受上邻 近层瓦斯影响较大；与下邻近 5 上号、5 号煤层间距分别为 3.01m 和 4.23m，小于预计的 30m 采动影响范围，因此，4 号煤层瓦斯涌出量基 本为本煤层瓦斯涌出量 和上、下邻近层瓦斯涌出量之和 。 二、瓦斯抽放的必要性与可行性二、瓦斯抽放的必要性与可行性 1、必要性 煤矿安全规程规定 1）当回采工作面瓦斯涌出量 5m3/min，掘进工作面瓦斯涌出量 3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽放瓦斯。 2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件 （1）大于或等于 40m3/min； （2