龙山煤矿瓦斯治理技术研究

龙山煤矿瓦斯治理技术研究技术报告安阳鑫龙煤业（集团）龙山煤业有限公司二九年五月项目主要参加人员：温英明2贾振华王明亮孙华锋李燕平张建民目 录3矿 区 概 况 .4一、矿井基本概况： .4二、矿区生产矿井开采及瓦斯概况 .5矿区瓦斯分布特征 .7一、煤层瓦斯资料及其评价 .7二、瓦斯风化带 .10三、瓦斯分布特征 .11影响瓦斯分布的主要地质因素 .14一、地质构造控制 .14二、煤层埋藏深度 .15三、煤层特征 .173、煤的变质程度 .184、水文地质条件 .215、 岩浆活动 .22煤与瓦斯突出特征与机理 .24一、煤与瓦斯突出的特征 .24瓦斯治理技术 .28一、瓦斯治理技术现状 .28二、煤与瓦斯突出预测技术 .29结 论 与 建 议 .364矿 区 概 况一、矿井基本概况：龙山煤业公司位于河南省安阳县水冶镇南约 6Km 处，南距鹤壁市 17Km，井田东起 F165 断层，西至 F303 断层。南以煤层露头和老窑开采为界，北部以煤层底板等高线为界。井田走向长 3.68Km，倾斜宽2.65Km，面积 5.1378Km2。安阳鑫龙煤业集团龙山煤业公司由安阳矿务局龙山煤矿于 2006年 7 月改制而成。始建于 1969 年，1978 年简易投产。 本矿井主采煤层为二 1 煤层，平均厚度为 46 米，倾角为 728 ；煤尘爆炸指数最高为 9.04%，为无爆炸危险性煤层；煤自燃倾向性为三类不易自燃。根据 2008 年瓦斯等级鉴定结果，龙山煤矿为煤与瓦斯突出矿井，相对瓦斯涌出量为 25.73m3/t，绝对瓦斯涌出量为 18.76m3/min。煤层的透气性系数为 2.928.36m 2/Mpad，煤层的瓦斯压力为0.671.89Mpa 。矿井水文地质简单，正常涌水量 180m3/h。最大涌水量 300m3/h，目前矿井实际涌水量 100m3/h。龙山公司是单水平反斜井上下山开采，开采水平为-220m。目前井下共布置 4 个采区，11、23 采区为生产采区，21、25 采区为接替采区，采煤方法为走向长壁倾斜采煤法，回采工艺为炮采。5图 2-1 交 通 位 置 图二、矿区生产矿井开采及瓦斯概况1、矿区生产矿井开采概况安阳鑫龙煤业集团龙山矿开采主要依据河南省安阳煤田天喜镇井田地质精查报告 ，始建于 1968 年，1978 年 12 月建成投产，设计生产能力 50 万吨/年，设计服务年限 68 年。目前实际生产能力为 40 万吨/年。矿井开采二 1 煤层，煤类为无烟煤。矿井采用斜井开拓，走向长壁采煤法，放炮落煤，全部垮落法顶板管理。开采水平-220m，最大采深 500m。自建矿以来累计开采了 457.3 万吨，矿山平均回采率为 75。通风方式为分区独立通风，主副斜井进风，天喜镇风井和冯家洞风井回风。矿井开采正常涌水量为 150200m3/h。62、生产矿井瓦斯情况目前，安阳鑫龙煤业（集团）所属矿井均为煤与瓦斯突出矿井和高瓦斯矿井，瓦斯参数、突出情况及矿井等级如表 2-2。目前各矿均建成有井下瓦斯抽放系统，井下瓦斯抽放系统运行正常，2007 年集团公司共抽放纯瓦斯 847 万 m3。表 2-2 矿 井 瓦 斯 情 况 一 览 表矿名 矿井位置瓦斯含量瓦斯递增率瓦斯相对涌出量瓦斯绝对涌出量瓦斯压力瓦斯压力梯度 P f 煤体结构矿井瓦斯等 级是否发生过重大事故龙山煤矿安阳市龙安区17.56 m3/t1.43 m3/t/100m32.08 m3/t.d27.44m3/min0.671.89（平均为1.004）0.47（-500标高以浅）38 0.98 、 突 出发生过煤与瓦斯突出事故7矿区瓦斯分布特征一、煤层瓦斯资料及其评价瓦斯含量测试方法瓦斯含量测试方法有三种：真空罐、集气式和解吸法。（1）真空罐法工作原理是利用煤芯管上下两端的结构，将含有瓦斯的煤芯的孔底严密封闭在煤芯管内。钻具提至地面后，卸下已装有煤芯的煤芯管，送到实验室进行脱气，得出煤层甲烷含量。（2）集气式工作原理是在普通煤芯采取器的上部安装带阀门的集气室，收集提钻过程中煤芯泄出的瓦斯。钻具提至地面后，卸下已装有瓦斯及煤芯的带集气室的取样器保持密闭状态送到实验室进行脱气，得出煤层甲烷含量。（3）解吸法解吸法主要优越之处是由专用仪器在孔内采样，改为利用普通煤芯管在孔底钻取煤芯，当煤芯提升至孔口后，装入密封罐。这样既减少了钻孔采样的困难、提高了含量测定成功率，又不影响正常施工钻进。该方法自 1973 年起在美国得到广泛应用，抚顺分院在 19781981 年期间经过在我国一些煤田试验后，改进了测定所用的仪器和工具，并已形成部标，在我国广泛应用。当采用该法测定煤层甲烷含量时，由于煤样装罐前，气体已经损失，利用装罐后所测定的煤层甲烷解吸规律和煤样暴露时间推算损失气体量是该方法的关键。具体测定步骤如下：(1) 采样用普通煤芯管采取煤芯，当煤芯提到地表后，先取煤样 300400g，立即放进密封罐中。在采样过程中，标定提升煤芯和煤样在空气中的暴露时间。(2) 气体解吸规律测定煤样装罐后与气体解吸速度测定仪连接，测定煤层甲烷解吸量与时间的关系。测8定 2h 后，将装有煤样的煤样罐送到试验室进行脱气和气体分析。(3) 损失气体量的计算损失气体量的计算是按经验公式近似计算的，即该法未考虑煤芯在钻孔和空气中解吸规律的差异，且煤样在钻孔中解吸的时间未准确确定，因此计算的损失气体量仅是估算。其具体方法是，煤样从提钻至地面解吸测定初期 1012min 以内，由解吸仪测定的解吸量与暴露时间的平方根近似成正比。存在如下关系（见式 6-1）（6-1）atQ0b式中：Q煤样暴露时起至解吸测定时间为(t 0+t)时的气体解吸总量，ml；t0煤样在解吸测定前的暴露时间，min；t0 +t2；1t1煤样在钻孔内提钻时间，min ；t2煤样在地表解吸测定前的暴露时间，min；t煤样解吸测定时间，min；a、b待定系数，可以根据最小二乘法求出。a 值即为所求的损失气体量。(4) 煤样残存气体含量测定及气体成份分析将经过解吸测定的煤样，在密封状态下尽快送到试验室进行加热脱气，首次脱气完后将煤样粉碎，再进行一次脱气。每次脱出气体后进行气体组份分析。脱气过程在抚顺分院研制的 FH-4 型脱气仪上进行。残存气体含量的测定方法同样适用于井下解吸法测定煤层甲烷含量残存量和矿井甲烷涌出量预测中测定采落煤炭中的残存量。(5)煤层甲烷含量计算煤层甲烷含量是上述各程序放出的气体量之和同煤样重量的比值。即：W=(Q1+Q2+Q3+Q4)G （6-2 ）式中：W 煤层甲烷原始含量，ml/g；Q1煤样解吸测定过程累计解吸的气体体积，ml ；Q2推算出的气体损失量，ml；Q3煤样粉碎前的脱出气体量，ml；Q4煤样粉碎后脱出的气体量，ml；9G煤样重量，g。地勘钻孔解吸法在我国应用以来，经在淮南、淮北、铁法、阳泉和焦作等矿区用间接法和实测涌出量反推法验证，该方法的测定结果偏小 10%25%。且有钻孔越深、煤越粉碎、偏差越大。究其原因主要是由损失气体量估算产生误差过大。在损失气体量计算中，除该法未考虑煤芯在钻孔和空气中解吸规律的差异及煤样在钻孔中解吸的开始时间未准确确定外，另一个重要原因是采用 t 式造成的。目前我国的煤田钻具提钻速度大部分均小于 20m/min，500m 孔深提钻时间要超过 25min，若地面装罐前时间为3min，解吸测定 6 个点要 12min，这样用 t 式计算时，要求在 252+3+12=27.5min，呈直线式。 瓦 斯 含 量 评 价 和 校 正由于勘探时期的不同，勘探单位所采取的测试方法也不尽相同。为保证资料的可靠性，并使各种方法的测试结果之间具有可比性，有必要对收集到的地质勘探期间钻孔瓦斯含量进行评价和校正。凡属于下列情况的钻孔煤层瓦斯资料，认为不可靠，弃而不用。（1）瓦斯成分百分比之和大于 105%及小于 80%的数据。（2）根据瓦斯含量算出的甲烷百分比与实测瓦斯成分之中的甲烷百分比之差大于20%的数据。（3）评价为“ 不合格” 、 “不采用”、 “漏气” 、 “灰分过高 ”、 “氧超限” 、 “煤样超重”、 “废”； 备注为“未利用 ”的数据。（4）无“煤层埋深 ”、或“水分”、或“灰分” 数据，而不能得到应有校正的数据。瓦斯含量的测试结果受测试方法和采样深度的影响，故地质勘探阶段的瓦斯含量，为使其更接近于真实值，根据其测试方法特点和采样深度，均采取一定的校正系数。据统计，真空罐和集气式方法测得的瓦斯含量较解吸法大约偏低 30%和 20%；当埋藏深度大于 500m 后，由于样品暴露时间较长，测得的瓦斯含量大约偏低 20%。据此制定校正原则为：真空罐和集气式测试的瓦斯含量分别乘以 1.3 和 1.2，解吸法乘以 1，当深度大于 500m 时，各种测试方法获得的瓦斯含量均再乘以 1.2，见表 61。各种测试方法测得的均为可燃基瓦斯含量，而原煤的瓦斯含量要考虑水分和灰分的影响，所以有必要进行水分和灰分的校正，把可燃基瓦斯含量换算为原煤瓦斯含量。校正公式如下：10（6-3）10dafMAV式中：V原煤瓦斯含量，ml/g；Vdaf可燃基瓦斯含量，ml/g；A煤中灰分，无钻孔灰分资料时，取井田煤层平均灰分，%；M煤中水分，无钻孔水分资料时，取井田煤层平均水分，%；表 6-1 校正原则一览表校正系数采样方法500m 以浅 500m 以深真空灌 1.3 1.31.2集气式 1.2 1.21.2解吸法 1 11.2校正后数据见附件一（表 6-2） 。二、瓦斯风化带据煤炭资源地质勘探规范（1985 年修订稿）中的分带标准：CO 2N 2 带：CH 4成分10% ； N2CH 4 带：CH 4成分 1080%，CO 220%；CH 4 带：CH 4 成分80%，CO 2含量20% 。以 CH4 成分 80%作为煤层瓦斯风化带的分界线，瓦斯风化带主要分布在煤田浅部地段，形态和煤层露头大体一致。安阳矿区北部二 1 煤层甲烷逸散条件较好，二 1 煤瓦斯风化带沿标高