大黄山煤层瓦斯基本参数测定及其突出危险性鉴定实施方案_图文.doc

大黄山豫新煤业有限责任公司大黄山煤层瓦斯基本参数测 定及其突出危险性鉴定 实 施 方 案 大黄山豫新煤业有限责任公司 通风部 2010年3月 目录 一、前言 二、矿井基本情况 1、交通位置 2、地形地貌 3、井田构造 4、煤系地层及煤层 5、开拓、开采 三、通风、瓦斯 四、技术方案 1、煤样瓦斯参数实验测定 1坚固性系数测定步骤 2瓦斯放散初速度测定步骤WFC-2型 3煤层瓦斯含量 4 煤层瓦斯压力测定 5煤层测压孔布置 五、煤层突出危险性评价 六、工作安排说明 七、所需设备和材料准备 一、前言 近年来所属矿井随着开采深度和开采强度的增加,瓦斯灾害越来越严重,矿井安全生产面临着许多新问题。对于瓦斯矿井而言,瓦斯事故是煤矿的重大灾害和安全隐患之一。在瓦斯综合防治中为避免盲目性,作到经济、有效、可靠和有预见性,需要对矿井煤层的瓦斯基本情况有一个准确的把握。通过对瓦斯参数测定,确定煤层的瓦斯压力、煤的相关物理性质等特性,为瓦斯综合治理方案的制定,以及瓦斯抽放设计和综合利用提供基础和依据。 为此,新疆大黄山豫新煤业有限责任公司,根据大黄山煤矿采掘部署情况,现场测定690、772、733中大、733八尺煤层的瓦斯压力;同时取煤层的煤样,实验室分别测定煤的坚固性系数f、瓦斯放散初速度ΔP。根据上述煤层瓦斯基本参数的测定并计算的结果,依据有关标准对大黄山煤矿煤层的突出危险性进行鉴定或评价。 二、矿井基本情况 1、交通位置 新疆豫新煤业公司大黄山煤矿位于阜康市、距乌鲁木齐125km,行政区划属阜康市管辖。矿区以北7km有乌--奇公路和吐--乌--大高等级公路通过,矿区的沥青公路与之相连,交通较为方便。 新疆国土资源厅新疆生产建设兵团农六师大黄山煤矿划定矿区范围。整个范围由8个拐点圈定,勘探区东西长约3.5km面积8km2。 由农六师于1958年建井,设计年产量9万吨,1997年后,通过逐年的技术改造后,现实际生产能力为60万吨,主要开采中大槽、八尺槽、 2、地形地貌 矿区地处准噶尔盆地东南缘之博格达山北麓低山丘陵地带,地表植被稀疏,地形以黄山河为界东西各具特点。黄山河西为典型的阶地状地形,南高北低,西高东低,阶地高差2030m,每个阶地内地势平缓,发育小的冲沟,地表为第四系覆盖;黄山河西地形比较复杂,由火烧形成的洼地位于矿区西部,为矿区最低点,该地区走向与地层走向一致,北坡坡度大,多为单项坡,坡度一般为3540,高差100m左右,南坡坡度较小,在1535之间,高差60100m,由多个小坡组成。 矿区总体地势为南高北低,中部高东西低,区内海拔一般为1000 1100m,最高约1244.50m,最低约900m,相对高差一般100m,最大200m。 3、井田构造 矿区位于北天山褶皱带,博格达复背斜以北,准噶尔坳陷区以南的黄山二工河向斜北翼,总体上构造为地层南倾的单斜构造,走向近东西向,地层倾角2535,含煤地层在走向上和倾向上基本没有变化。 4、煤系地层及煤层 矿区基岩为半出露状态,出露地层为中生界下侏罗统八道湾组和新生界第四系。 八道湾组J1b地层呈条带状分布于整个矿区,是矿区内主要含煤地层,与上覆三工河组地层为整合接触。主要为湖泊沼泽相沉积,伴有河流相沉积的含煤碎屑沉积岩建造,主要岩性为灰灰黑色的粉砂岩、细砂岩、砂砾岩和煤层,夹有少量中、粗砂岩。 该组地层根据岩性、岩相特征和含煤性的差异,可将其分为上、下两 段,本矿区主要揭露下段地层,也是矿区内主要含煤地层。 侏罗系下统八道湾组下段是矿区内主要含煤层段,该亚段位于矿区北部,主要岩性以湖沼相沉积的灰灰黑色的粉砂岩、细砂岩和煤层为主,夹有粗砂岩,是矿区内主要的含煤地层。共含煤4层,其中全区可采煤层2层,编号自下而上八尺槽、中大槽煤层平均总厚23m,平均可采总厚19m,煤层在地表全部火烧,中大煤层在主井以西浅部全部火烧殆尽,主井向西煤层大部火烧,下部有残留煤层。 1 中大煤层 煤层自西风井井口以西浅部全部火烧,,底部残留。煤层总厚18-28m,平均23m;可采厚度23m,含夹矸,岩性多为粉砂岩,少量炭质泥岩,结构简单复杂,为一全区可采的稳定巨厚煤层。顶板以灰色灰白色粗砂岩为主,灰黑色黑色粉砂岩次之;底板以黑色--灰黑色粉砂岩为主,细砂岩次之。与八尺煤层间距8-9m,平均8.5m。 2 八尺煤层 煤层在浅部火烧。煤层总厚3.519.39m,平均4.55m;可采厚度2.61 5.37m,平均3.92m。含01层夹矸,岩性为粉砂岩,结构简单,为一全区可采的稳定的煤层。顶板以深灰色灰黑色粉砂岩为主,为灰色灰白色粗砂岩;底板为深灰色灰黑色粉砂岩。与中大煤层间距8-9m,平均8.5m。 井田可采煤层特征表 5、开拓、开采 1 开拓现状 矿井采用斜井开拓方式,设有主斜井、副斜井、皮带巷及东、西风井。 主斜井井口位于黄山河西岸,现长度约473m,净断面10.33m2,基岩段采用锚喷支护,喷厚10mm,表土段采用料石碹,碹厚350mm。 副斜井井口位于黄山河西岸,现长度686m,净断面8.3m2,基岩段采用锚喷支护,喷厚10mm,表土段采用料石碹,碹厚350mm。 733中大煤层东顺槽断面形状为矩形,锚网支护。沿中大煤层顶板掘进。自733副井道东面采面约1300m. 704中大煤层西顺槽断面形状为矩形,锚网支护。沿中大煤层顶板掘进。 2开采现状 根据现有的资料,各煤层开采情况如下 733水平中大东翼煤层井田已开采;八尺煤层井田东部未开采。 780水平井田东部煤层已经开采到停采线以东约50m;八尺煤层现做回风巷,不可采。 三、通风、瓦斯 1通风方式为机械抽出式 1西风井回风量60m3/s,选用2台BDK54-8-№20型对旋式轴流通风机。其中1台工作,1台备用。每台风机配2台电动机。每台风机的主要参数为。 2东风井回风量68m3/s,选用2台FBCDZ54-8-№23型对旋式轴流通风机。其中1台工作,1台备用。每台风机配2台电动机。 3690八尺巷为全风压通风方式。 4704中大煤层巷为局扇压入式通风方式 5772中大顶板巷全风压通风方式。 2矿井现有KJ90型瓦斯监测监控系统及工业电视监视系统。井下分站,设有温度、风门开启、风速、设备开停、CO、液位传感器、甲烷传感器等。 矿井副井工业场地以西建有瓦斯集中抽放系统。瓦斯泵,最大抽放量为500m3/min。 四、技术方案 根据煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出规定、测压规范的有关规定,结合大黄山煤矿的开拓部署情况,运用测压钻孔现场实测中大和八尺煤层的原始瓦斯压力;在实验室对煤样进行煤的瓦斯放散初速度ΔP, 坚固性系数、在现场及实验室测定的基础上,通过分析、计算、确定煤层的瓦斯含量、煤的坚固性系数f值等。根据对中大及八尺煤层瓦斯基本参数的测定结果,按照规程、防治煤与瓦斯突出规定和有关规范对中大和八尺煤层的突出危险性进行评价。 煤层瓦斯基本参数分别测定大黄山煤矿中大、八尺煤层的瓦斯压力P,各煤层分别取煤样实验室测定煤的坚固性系数f、瓦斯放散初速度ΔP、瓦斯含量等参数。 根据现场测定的瓦斯压力和实验室煤样数据,按照防治煤与瓦斯突出规定、煤矿安全规程和有关规定对大黄山煤矿八尺、中大煤层的突出危险性进行鉴定或评价。 1、煤样瓦斯参数实验测定 实验室煤样瓦斯参数测定包括坚固性系数f值、瓦斯放散初速度ΔP、瓦斯含量等参数。 1坚固性系数测定步骤 1将捣碎筒放置在水泥地板或2cm厚的铁板上,放入试样一份,将 2.4kg重锤提高到600mm高度,使其自由落下冲击试样,每份冲击3次,把5份捣碎的试样装在同一容器中; 2把每组5份捣碎的试样一起倒入孔径0.5mm分样筛中筛分,筛至不再漏下煤粉为止; 3把筛下的粉末用漏斗装入计量筒内,轻轻敲打使之密实,然后轻轻插入具有刻度的活塞尺与筒内粉末面接触。在计量筒口相平处读取l即粉末在计量筒内实际测量高度,读至毫米; 当l≥30mm时,冲击次数n,即可定为3次,按以上步骤继续进行其他各组的测定。 当l0.25时,f 1.57 f13 - 0.14 当f13≤0.25时,f f13 式中f13 粒度为13mm时煤样的坚固性系数。 2瓦斯放散初速度测定步骤WFC-2型 1气密性能检测 是各样杯和检测器与梳形管相通,启动真空泵,转动活塞“II”连通真空泵和梳形管,抽20分钟左右。按动控制板上仪器在监控状态下键“2”,待显示窗上示值接近0时,转动活塞“II”使真空泵与梳 形管断开,同时启动秒表,如果10min后,示值20时,表明仪器气密性良好。 2煤样脱气 旋转活塞“I”使甲烷气源与梳形管断开;启动真空泵,缓慢的旋转活塞“II”使这款泵与梳形管相通,然后逐一缓慢旋动活塞芯使样杯与梳形管相通,煤样脱气时间为1.5h。 3煤样脱气1.5h后,关闭所有样杯活塞和活塞“II”,将活塞“I”旋转使气源与梳形管相通随即关闭,再打开活塞“II”抽掉梳形管内的甲烷气体,反复两次以清洗气路。旋转活塞“II”,使真空泵与大气相通,然后停泵;旋转活塞“I”,使甲烷气源与梳形管相通后,旋动各样杯上的活塞,使甲烷进入各个样杯,样杯在近似一个大气压的条件下吸附甲烷1.5h。 ①在吸附甲烷结束前0.5h开启仪器电源预热20min后,按“预置”键后,从键盘输入测定日期,煤样编号,预置完毕后按“2”键使仪器处于实时显示状态,此时仪器显示测定系统压力值; ②煤样吸附甲烷后,旋转1、2、3、4、5、6样杯活塞,关闭煤样与梳形管的气路; ③旋转活塞“I”使甲烷气源与梳形管断开而与检测器相通,用弹簧夹将气管夹紧,以免抽真空是甲烷进入测定系统; ④启动真空泵,被缓慢旋转活塞“II”,使真空泵与梳形管相同,对测定系统抽真空,当显示窗显示值接近零,2min后,旋转活塞“II”使 真空泵与梳形管气路断开。可不停泵待用。 ⑤按动控制板上的监控键,使仪器处于监控状态; ⑥按动采样键,此时控制板上的准备灯亮; ⑦旋转活塞“I ”使煤样“I ”与梳行管相通,此时,测量灯亮,准备灯灭,仪器开始自动采集数据,1min 后测量灯灭,测量数据自动存入存储器。表示1测量工作结束,然后旋转活塞“1”使样杯“1”与梳形管气路断开;其余各煤样杯的测量,逐一按测定步骤47项进行,直至第6煤样杯测定完为止。 ⑧测定结果的输出方式有两种,即显示器上显示和打印输出,操作人员可自由选择。 3煤层瓦斯含量 煤层瓦斯含量是指单位质量或单位体积的煤在自然状态下所含游离和吸附瓦斯的总和。采用间接法测定,即在现场测定煤层瓦斯压力基础上,取煤样在实验室作吸附实验,应用朗格缪尔公式进行计算。 ARD Fp M M A bp abp x ad ad ad 1031.011 1001001 ∙--∙ 式中x 瓦斯含量,m3/t ; a 、 b 吸附常数; p 绝对瓦斯压力,MPa ; Mad 水份,; Aad灰份,; F孔隙率,; ARD视密度,t/m3。 根据瓦斯吸附常数及所测最大瓦斯压力等参数,计算得出大黄山煤矿煤层在埋深733m以下的瓦斯含量原煤。 4 煤层瓦斯压力测定 1测定方法 煤层原始瓦斯压力的测定按煤炭行业标准煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法的规定进行。封孔材料采用425水泥及水泥添加剂,被动式测压。测压装置主要材料包括测压管、管接头、注浆管、压力表等,注浆设备为注浆泵注浆压力4MPa。 2测压钻孔布置设计及参数 根据大黄山煤矿的实际情况,选择煤层瓦斯基本参数测定地点和具体测压钻孔位置时,应避开地质构造裂隙带、采动等影响范围,测压孔见煤点与地质构造裂隙带、采动范围的距离至少要大于40m;同一地点设2个测压钻孔,两个孔见煤点的距离应大于20m。 结合巷道的布置条件初步确定了在以下地点布置钻场及钻孔。 5煤层测压孔布置 11号钻场布置在690水平八尺煤层巷掘进头,1号钻场施工2个测压钻孔,690-1为向下穿层孔-8方位垂直巷道向南90,690-2为向下穿层孔-15垂直巷道向南97。2号钻场布置在704水平中大煤层西翼掘进头,施工两个向下顺层孔704-1和690-2。3号钻场布置在772西翼掘进头,钻孔编号为772-1和772-2。4号钻场布置在780西翼距掘进面 50米处,钻孔编号为780-1和780-2。5号钻场布置在704西翼掘进头,钻孔编号为704-3和704-4。6号钻场钻孔布置在770离掘进头回来200米处,设计钻孔2个,770-1和770-2钻孔示意图附图。 690-1号钻孔设计岩孔长度30m,煤孔长度5. m,钻孔总长35m。 690-2号钻孔设计岩孔长度50m,煤孔长度5. m,钻孔总长55m 704-1号钻孔设计煤孔长度50m,钻孔总长50m 704-2号钻孔设计煤孔长度50m,钻孔总长50m 772-1号钻孔设计煤孔长度50m,钻孔总长50m 772-2号钻孔设计煤孔长度50m,钻孔总长50m 780西翼1、2号孔全为上行孔,设计孔长50m 704-3中大巷穿层孔终孔位置与八尺煤层设计孔长 50m, 704-4中大巷穿层孔终孔位置与八尺煤层设计孔长 50m, 770-1中大底板巷为上行孔,设计钻孔长度50m 770-2中大底板巷为上行孔,设计钻孔长度50m 2钻孔参数 钻孔开孔直径为75 mm若采用90mm直径钻头,则木塞直径作相应调整,钻进0.81m后换成直径为65mm或75mm,直至终孔。 在各钻场的钻孔施工前,可依据所选地点的情况作适当的钻孔参数调整。 3钻孔施工 穿层钻孔的开孔位置应选择在岩石完整的位置,钻孔施工应严格按设计钻孔参数进行,并保证钻孔平直、孔形完整,穿透被测煤层后停钻。施工中,应准确记录钻孔参数、钻孔见煤层的长度,钻孔在煤层中的长度,以及钻孔开孔时间、见煤时间及结束时间。打钻前要制定专门打钻安全技术措施,现场必须悬挂钻孔施工图,井上、下必须有原始记录本。穿层孔预计到达被测煤层时,管理人员现场核实见煤深度,穿煤情况,终孔深度,验收钻孔参数、打钻过程中的异常情况。顺层钻孔要保持煤孔的完整性,防止煤孔塌孔,并保证钻孔自始至终都在目标煤层当中,并达到测压要求的钻孔深度。各孔严格详细记录钻孔参数。 4封孔 提高封孔质量是确保钻孔准确测定煤层瓦斯参数的重要因素。为了提高封孔质量,确定采用注浆泵进行注浆封孔,穿层孔注浆长度一般应为钻孔长度减去煤孔段长度,并不小于15m。封孔管可用Φ15mm4分铁管连接而成,前端的第一根铁管在管壁上钻一定数量的小眼该管称为筛孔管,并用铁网包裹,将管的前端头塞住,以免送入钻孔时进入杂物,堵塞铁管。测压管送入孔底,两根铁管之间的连接螺纹用生料带认真缠好,以防漏气。将测压管安装到钻孔中预定位置后,在孔口用木塞塞住,并安装好注浆管,即可注浆。 水泥浆应添加一定比例的膨胀剂,以免凝固后产生裂缝。根据封孔深 度确定膨胀剂和水泥的使用量。在按一定比例配制好封孔水泥浆后,用注浆泵一次性连续将封孔水泥浆注入钻孔内。注浆泵的能力应能使水泥浆达到要求的深度。封孔示意图如下。 下行孔注浆封孔测压示意图 上向孔注浆封孔测压示意图 钻孔施工完后24小时内,应进行钻孔封孔工作。 在注浆24小时内,经检查密封效果达到要求后,安装压力表。 5测定 各钻孔在封孔后的前半个月每天观测一次并记录压力表读数,以后每二天观测一次。测定过程中,在通风部人员没有决定停止观测之前,不得随意拆下或扳动压力表。测定记录表格见附录一。 5煤样的实验室测定 1取样 在测压钻孔附近的煤层共取2-3个煤样,即全层样和软煤分层样。在煤巷或石门揭露煤层地点采用刻槽法取样,煤样重约3Kg。煤样采取后应尽快用密封性好的塑料袋封装,并填写煤样标签。 2根据实验室测定标准对煤样进行实验室分析测试。 五、煤层突出危险性评价 根据测定的煤层瓦斯基本参数,根据防治煤与瓦斯突出规定和煤矿安全规程和有关规定对大黄山煤矿煤层的突出危险性进行评价。 六、工作安排说明 以上钻场编号和钻孔编号顺序并不确定,有可能根据具体条件改变施工顺序和打钻先后时间。现在有一台钻机施工,每个钻孔预计2天完工,总共需要约30天左右,但考虑到打转完毕后移动钻机和稳定钻机以及维修钻机的时间,30天时间肯定是不够的,同时为了确保测压的可靠有效,有可能还要补打测压孔。所以总的说来,施工完毕各煤层的测压钻孔至少需要1个月以上的时间,每个测压孔封闭后,还有约20天以上的瓦斯压力稳定时间,以此计算项目结束时间至少要3个月。 七、所需设备和材料准备 为了使煤层突出危险性评价工作能够顺利进行,需要事先准备好试验所需的材料和设备。测压钻孔施工和瓦斯参数测定试验所需的设备、装置及工具下见表所示。 项目所需的设备及仪器仪表