新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书.doc

郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 1 - 前 言 一、概述 新丰煤矿位于河南省登封市西南约有 16km 处，行政区划属登封市大金店镇管辖,主 体在大金店镇陈楼村。 新丰煤矿隶属于郑州市广贤工贸有限公司，原名登封市新新煤矿，属地方国有企业， 该矿始建于 1952 年，主采二1煤层兼采一3煤层，年设计生产能力 0.3mt/a。由于经营管 理不善等原因，该矿始终未达设计生产能力，于 2001 年 9 月宣告破产，停产前已将0m 标高水平以上煤田采完。 2003 年元月转让给郑州市广贤工贸有限公司。新丰煤矿接替新新煤矿后，经一年多 的整修恢复后，于 2004 年 9 月开始回采0m 标高以上水平的煤柱。2010 年 4 月进行了 矿井技术改造设计，由原生产能力 0.3mt/a 改造成为 0.6mt/a 的矿井。新丰煤矿为煤与瓦 斯突出矿井，二1煤层属煤与瓦斯突出煤层。 二、任务来源 煤炭科学研究总院沈阳研究院受河南省郑州广贤工贸有限公司委托，承担了郑州 广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程初步设计任务。沈阳煤科院的设计人员认真 研究和分析了新丰煤矿煤层的赋存、开拓开采及瓦斯涌出情况后认为新丰煤矿具备建立 地面永久性抽放瓦斯泵站的条件，同意承担新丰煤矿抽放瓦斯工程初步设计任务的委托， 并签定了合同书。本次设计按 0.6mt/a 进行抽放系统设计。 通过对新丰煤矿开采期间各年度生产及通风瓦斯资料的收集、周密细致的现场调研、 实地考察以及对矿井实际情况进行充分的分析、论证和技术方案比较，提出了新丰煤矿 瓦斯抽放工程初步设计。 三、设计的主要依据 1郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计； 2郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计（修改）安全专篇； 3 煤矿安全规程国家安全生产监督管理总局，2011 年； 4 煤矿瓦斯抽放规范aq1027-2006 国家安全生产监督管理总局； 5 煤矿瓦斯抽放基本指标aq1026-2006 国家安全生产监督管理总局； 6 矿井瓦斯抽放工程设计规范gb50471-2008 中华人民共和国住房和城乡建设部、 中华人民共和国国家质量监督检验疫总局； 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 2 - 7. 煤矿瓦斯抽采达标暂行规定 ，安监总煤装2011163 号； 8新丰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在符合规范要求，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，能满足矿井改扩建后的需求； 4采用的工艺技术具有先进性，且符合实际。 五、设计的主要内容 本次设计主要包括：抽放瓦斯工程设计说明书 、 抽放瓦斯工程设计概算书和 抽放瓦斯工程图纸等四部分。设计的具体内容为： 1新丰煤矿瓦斯赋存情况、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地面瓦斯抽放站总平面布置、供电、给排水、通讯及安全监测辅助设施； 5抽放瓦斯管理及安全措施； 6技术经济分析； 7工程投资概算； 8安装及施工图纸绘制。 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 3 - 1 井田概况 1.1 矿井概况 1.1.1 位置与交通 新丰煤矿位于河南省登封市西南约有 16km 处，行政区划属登封市大金店镇管辖,主 体在大金店镇陈楼村。 区内交通以公路为主。登封至汝州公路由矿区内通过，该公路为柏油路面，风雨无 阻，可至汝州、郑州、洛阳等地，并与焦枝、京广、陇海等铁路相接，交通较为方便， 见交通位置图 1-1。 图图 1-11-1 交通位置图交通位置图 1.1.2 地形与河流 本区为低山区，山岭呈近东西向展布于矿区南北两侧，中间为低洼槽谷，地形起伏 较大，区内最高海拔标高+698.3m（伏牛山） ，最低海拔标高+395.5m（王堂水库） ，相对 高差 302.8m。 本区西部的新新河（又称砂锅窑河） ，为一常年性河流，向东流入王堂水库，王堂水 库流向东南流入颖河汇入淮河，属淮河水系。据以往观测资料：新新河最小流量 32.14m3/d，最大洪流量 1693.79m3/d。 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 4 - 王堂水库位于该矿区西北部，总库容 520104m3，兴利库容 293104m3，设计灌溉 面积 5900 亩，库底距二1煤层深度约 200750m，未发现渗漏现象。 1.1.3 气候与气象 本区属典型的大陆性半干旱气候区，特点是冬春寒冷干旱，夏秋湿润多雨。降水多 集中在六、七、八月或七、八、九三个月，年最高降水量 1002.5mm，最低降水量 419.5mm，年平均降水量 1970 年以前为 606.9mm，1970 年以后为 593.8mm，月平均降水 量 185mm，历年最大日降水量 153.5mm（1956 年 6 月 21 日） 。年蒸发量 9031976.2mm，年平均相对湿度 6070%。年平均气温为 9.114.6，元月份最冷， 气温达-3.3 -18.2。七月份最热，气温达 4244.6。春、夏、秋季以东风和东北 风为主，间有西风，冬季以西风和西北风为主，风力在冬春两季最大，最大风速 2840m/s。 1.1.4 地震烈度 据河南省地震局等资料，登封地区未发生过大的破坏性地震。本区位于华北板块嵩 箕构造区，地震活动具有强度小，频度低的特性。据建筑抗震设计规范 （gb50011- 2001）和中国地震动参数区划图（gb18306-2001） ，登封市抗震设防烈度为 6 度，设计基 本地震加速度值为 0.05g，产生大地震的可能性不大，因此地震对本区地面和井下建（构） 筑物影响不大。 1.1.5 矿区水源、电源情况 一、水源：本矿井可供选择的水源，地下水有第四系砂砾石含水层和井下排水，地 表水有王堂水库和磴槽泉，经调查磴槽泉流量较小（0.45m3/h） ，不能作为供水水源。第 四系砂砾岩含水层，裂隙发育，含水丰富，但地质报告中对水量未予明确。目前矿井生 产及生活用水，均由位于王堂水库南岸的一眼水井抽取该含水层水。该含水层又有王堂 水库的补给，是较理想的供水水源。井下排水和王堂水库水经过净化处理，也可作为供 水水源，水源条件可靠。 二、电源：新丰煤矿原有副井变电所（七井变电所） ，在新主井工业广场新建主井变 电所。主井变电所电源一路来自大金店 35kv 变电站，供电距离 7km，使用 lgj-150 钢 芯铝绞线，供电线路电压 10kv 。二回路电源来自新新 35kv 变电站，供电距离 2km，使 用 lgj-150 钢芯铝绞线，供电线路电压 10kv 。副井变电所电源，一回路来自新新变电 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 5 - 站，使用 yjv223185 交联聚乙烯绝缘钢带铠装电缆埋地敷设，供电线路电压 10kv；二回路来自主井变电所，使用 yjv223185 交联聚乙烯绝缘钢带铠装电缆埋地 敷设，供电线路电压 10kv。 1.2 地质特征 1.2.1 地质构造 本区属华北板块嵩箕构造区。大地构造位置位于秦岭纬向构造带东段之箕山背斜北 翼中段，即颖阳芦店向斜南翼中段。地层走向大致呈东西向，倾向北，倾角一般 2635,局部达 49,构造基本格架为一单斜构造，仅在矿区的西、西北和东南边部发育一 组北东向断裂，主要表现为高角度逆断层和正断层，现分述如下： 1.安庄逆断层（新 f1） 位于本区的西北部，断层西起木兰沟南坡，向东北经七星庙、王堂水库旁，向东北 延伸，延长约 7km，走向北东 70，倾向南东，倾角 75左右，逆差 90160m，逆差西 南大东北小。地表破碎带、擦痕以及牵引褶曲清晰可见。在木兰沟西南处，上盘 c2b 地 层逆冲至 c2t 地层之上，在康窑一带，c2t 地层覆盖于 p1s 地层之上，在 7401 孔孔深 221.6m 处，见到 p1s 和 c2t 地层重复。此外，在断层两侧还有 8103 孔等许多钻孔控制， 控制可靠。 2.新 f2 正断层 位于伏牛山南麓，西起申家沟，经张湾向北东淹没于王堂水库，并向北东交于新 f1 逆断层，延长约 1.5km，走向近北东，倾向北西，倾角约 70左右，北西降南东升，断距 约 10m。该断层上断下不断，不下切二1煤层，另有 79、81 剖面反映。控制程度较差。 3.新 f4 逆断层 为新 f1 的分支断层，西起康窑，向北东延伸到西梁庄附近，长约 3km。断层走向北 东，倾向南东，倾角 70左右。在 7705 孔孔深 227.85m 处，见到 c2b 铝土质泥岩逆冲在 c2t 的一 7 煤层顶板之上，逆差约 50m。控制基本可靠。 4.新 f4-1 正断层 为新 f4 的羽状分支断层，走向近东西，倾向南，倾角约 50，在 7705 孔孔深 200.15m 处，见到二1煤层底板炭质泥岩与 c2t 之 l7 灰岩接触，断距约 25m。 5.新 f5 正断层 位于吴窑到申家沟一线，延展长度 2.6km，断层走向北东 80，倾向南东，倾角 75， 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 6 - 在 7702 孔孔深 256m 处，见到四 3 煤底板与三煤段中上部泥岩接触，断距约 50m。 6.新 f5-1 逆断层 该断层走向北东 80，倾向东南，倾角 30,在 7702 孔孔深 421.00m 处，c2t 胡石砂 岩逆冲在 l7 灰岩之上，逆差约 20m。 该区地层产状变化不大，另发育一组走向北东的断层 5 条，稍大的只有 12 条，且 主要集中在西部边部，有的不切二1煤和一3煤层，就全区而言，总体为一向北倾斜的单 斜构造，该区地质构造复杂程度应为简单。 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 7 - 地 层 单 位 界 系 统 组 累 厚 (m) 层 厚 (m) 柱 状 1:500 标志层岩层名称岩 性 描 述 271.5302.940深灰色致密块状具滑面含植物化石碎片 273.2401.710中粒砂岩交白色薄层状 277.2704.030 深灰色局部粉沙及水平及波奘层里含植物化石碎片及少量 云母片 285.0707.800泥岩深灰色致密性脆含植物化石碎片 294.6909.620 灰色深灰色含微量云母片有植物化石碎片自上而下含砂量 增高 303.9009.210中粒砂岩 浅灰色以石英长石为主黑色矿物及少量云母片含泥质团块 显水平层里中上部夹0.3米泥岩 309.1305.230泥岩深灰色致密有植物化石 317.8808.750中粒砂岩浅灰色有石英及黑色矿物组成显斜层里含泥岩体包裹体 321.4203.540灰黑色局部含炭质泥岩含少量云母片有植物化石 321.7400.320二3煤电测资料 333.65011.910灰色中部夹泥岩含云母片有植物化石 334.3500.700二2煤电测资料占深止370.07米厚0.60米 336.1701.820灰色中部夹泥岩含云母片有植物化石 339.8103.640细砂岩灰白色石英长石云母组成向下部变粗 340.9001.090泥岩灰黑色底部为落层粉砂具完整的植物化石 342.7201.820细砂岩灰色中部夹泥岩含云母片 343.1800.460泥岩灰黑色中部夹泥岩含云母片有植物化石 348.5905.410二1煤黑色粉状及片状无夹矸 351.0802.490灰黑色含炭质局部白云母较多有植物化石根茎 354.1403.060粉砂岩 灰色深灰色夹炭质泥岩条带层状具斜交层里及波状层里节 理面有方解石 358.5704.430泥岩灰黑色致密块状具黄铁矿结核 359.3300.760石灰岩灰色深灰色 359.6100.280炭质泥岩占判层相当一8煤 359.8900.280泥岩 371.74011.850石灰岩深灰色坚硬夹方解石脉 373.7301.990深灰-灰黑色含炭质少数云母片上部0.8米泥岩 376.6102.880细砂岩灰-深灰色层面含炭质中部颗粒粗 380.0003.390泥岩灰黑色上部含细粉向下炭质含量越高含植物化石 380.5700.570一6煤电测资料钻深420.99米冲孔见煤样 386.1805.610泥岩灰色中部夹泥岩含云母片有植物化石 387.1100.930一5煤电测资料04（015）0.43真厚0.38（0.14）0.41 390.1703.060粉砂岩灰黑色含黄铁矿晶体和方解石脉水平层里白云母中等 391.9301.760泥岩灰黑色坚硬致密水平层里含黄铁矿晶体 394.5802.650石灰岩灰色上部含泥质含少量黄铁矿晶体及方解石脉 395.1800.600一4煤电测资料 396.2001.020泥岩灰黑色有植物化石及含少量云母片 398.4002.200石灰岩深灰-灰黑色含炭质少数云母片上部 399.3600.960一3煤电测资料 400.4701.110石灰岩灰黑色含方解石 400.9500.480一2煤电测资料深442.8米厚0.3米 404.9904.040石灰岩灰黑色含泥制成分较高 405.5400.550一1煤电测资料 415.1409.600铝土质泥岩块状质坚硬含黄铁矿铝灰色底部为灰绿色质较软 422.1707.030白云质灰岩灰色夹方解石 c3g c2b c3t 太 原 群 p1s 山 西 组 砂质泥岩 砂质泥岩 砂质泥岩 砂质泥岩 砂质泥岩 砂质泥岩 砂质泥岩 砂质泥岩 图图 1-2 新丰煤矿煤层综合柱状图新丰煤矿煤层综合柱状图 1.2.2 煤层与煤质 1、含煤性 本区含煤岩系为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组以及上统的上 石盒子组。含煤地层总厚约 650m。共含煤 9 组计 31 层，煤层总厚平均值 14.64m，含煤 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 8 - 系数为 2.25%。煤层综合柱状图见图 1-2。二1煤层为本区主要可采煤层，全区可采；五 3煤层为大部可采煤层，一3、一5、二2属局部可采煤层，达可采厚度且目前具有工业价 值的只有七2、五3、二1及一3煤层，其它煤层为局部可采但暂时不经济，或不可采甚至 为炭质泥岩所代替。可采煤层总厚度 7.91m，可采含煤系数为 1.21%。含煤岩组煤层发育 情况见表 1-1。 表表 1-11-1 含煤岩组煤层发育情况统计表含煤岩组煤层发育情况统计表 地层系统煤 组 （段） 常见 煤层 主 要 煤 层 系 统组名称 厚 度 （m） 含煤 层数 煤层编号编号 两 极 厚 /平均厚 稳定性 可采性 九煤段58.94-63.120偶见炭质泥岩 八煤段60.73-73.732八1 八2不稳定 不可采 上 统 上石 盒子 组 p2s 七煤段106.56-112.704七1 七2 七3七4七2七2 0.23-1.25 /0.67 不稳定局部可采 六煤段78.06113.952六1六2六2六2不稳定 不可采 五煤段56.41-80.005五1五2五3五4五5五3五5五30-1.83/0.68较稳定大部可采 四煤段55.00-86.985四1四2四3四4四5四3四5四3不稳定 不可采 下石 盒子 组 p1x三煤段53.89-76.850偶见炭质泥岩 二20-0.90/0.51不稳定局部可采 二 叠 系 下 统 山西 组 p1s 二煤组61.71-91.085 二1 二12 二2二3 二5 二1二2 二3 二1 0.20-14.29 /5.26 较稳定全区可采 一50-1.16/0.86较稳定局部可采 石 炭 系 上 统 太原 组 c3t 一煤组29.29-46.978 一1一2一3 一4 一5 一6 一7 一 8 一1一3 一5一3 0.28-1.1 /0.85 较稳定全区可采 2、主要可采煤层 二二1煤层煤层 赋存于山西组下部大占砂岩之下，距上部砂锅窑砂岩 67.16m，距香炭砂岩 29.16m，距下部 l7灰岩约 10m。全区地面埋深 01300m，底板标高+480-840m（安庄 逆断层下盘） ，东部主体区地面埋深 01100m，底板标高+480-600m。全区煤厚 0.2014.29m，平均厚 5.26m，煤层结构简单，局部含夹矸 12 层，全区可采，煤厚变 化存在突然增厚或变薄现象，规律不明显，多与原始沉积有关，总体属较稳定型煤层。 一一3煤层煤层 赋存于太原组下部 l3灰岩之下。全区地面埋深 01360m，底板标高+480- 880m（安庄逆断层下盘） ，主体地面埋深 01130m，底板标高+450-650m，煤厚 0.281.1m，平均厚 0.85m，结构简单，无夹矸，且稳定，全区可采，煤厚变化不大，多 与原始沉积有关，总体属稳定煤层。 3、煤质 二1煤为黑色，以粉状为主，少量粒状，结构简单。视密度 1.40 t/m3。 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 9 - 一3煤为黑色，块状，具贝壳状、参差状断口。视密度 1.45t/m3。主要煤质指标见表 1-2。 表表 1-2 主要煤质指标主要煤质指标 原 煤浮 煤 煤 层 水分 mad 灰分 ad 全硫 st.d 磷 pd 发热量 qgr,v,d（mj/kg） 挥发分 vdaf 粘结指数 gr.i 煤 类 二10.8014.290.400.0230.7710.341贫煤 一30.8010.914.900.00331.9710.101贫煤 二1煤为低灰、特低硫、低磷、低挥发分、特高热值煤、煤类为贫煤。根据其煤质 特征，可作为一般动力用煤或民用煤。 一3煤具有低灰、特低磷、特高热值等特点，但其有害组分硫含量偏高，用途受限， 但可用于烧制水泥、动力用煤或民用煤。 1.2.3 瓦斯 原新新煤矿及其周邻的磴槽煤矿和杨家门煤矿，均为高瓦斯矿井，存在煤与瓦斯突 出的危险，由于种种原因，不少矿井都先后发生过煤与瓦斯突出或瓦斯爆炸事故。其中， 原新新煤矿近年来煤与瓦斯突出事故情况如下：1991 年 10 月 9 日西翼掘进工作面，曾 发生煤与瓦斯突出事故，突出煤量约 260t，40m 巷道被堵，7 名矿工丧生。1992 年 4 月 22 日30 日，在 216 采面切眼时，先后发生过 4 次规模不大的煤与瓦斯突出事故，突出 煤量 23.69t，幸未伤人。其中，一次是因放炮引起的，其它三次均是在作业时发生的。 1996 年 6 月 26 日，21011 工作面上副巷发生瓦斯爆炸事故，死亡 1 人。上述事例说明， 现新丰煤矿为煤与瓦斯突出矿井，存在煤与瓦斯突出危险。 一3煤矿井本区及其附近均为低瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量一般小于 10m3/t.d，但随 着开采深度的增加和开采范围的扩大，瓦斯含量有增大的趋势，应引起高度重视，千万 不可麻痹大意。 二1煤层瓦斯成分以 ch4为主，占 61.5898.57%，瓦斯含量为 2.1911.30 ml/gdaf（表 1-2） 。依据瓦斯成份中 ch4占 80%时所对应的瓦斯含量 4.5ml/g.daf 作为划 分标准，则本区可划分为 n2ch4带(瓦斯风化带)和 ch4带（甲烷带） 。瓦斯风化带与甲 烷带界线大致沿二1煤层底板标高+250m 水平展布，其中，+250m 水平以浅为瓦斯风化 带，+250m 水平以深为甲烷带。 表表 1-3 本区及邻区部分钻孔二本区及邻区部分钻孔二1煤层瓦斯测试结果表煤层瓦斯测试结果表 孔号煤层底板标高（m）瓦斯成分（%）瓦斯含量（m3/t） 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 10 - co2ch4n2 8604-341.121.0898.570.354.77 8703-178.861.0493.465.519.66 9304-307.980.0695.304.6411.30 8503-233.693.8893.631.355.11 8303-295.833.4885.138.524.31 邻近矿井二1煤层瓦斯参数实测表见表 1-4。从表 1-3 和表 1-4 表明新丰矿区井田深 部 二1煤层具有煤与瓦斯突出危险性。邻近矿井在+175m 水平以下实测的煤层瓦斯含 量，瓦斯压力值均在瓦斯突出范围内，预测煤层瓦斯突出危险性指标 d=0.8415.48，k=177180，都证实二1煤层属突出煤层。随着开采深度的增加，其瓦 斯含量梯度以 4.5m3/t.燃100m，瓦斯压力以 0.82mpa/100m 而增加。新丰煤矿地质勘探 测定的瓦斯含量值偏低，与邻区井下实测的瓦斯含量有较大的误差，因此参照邻近矿井 实测值计算新丰煤矿瓦斯含量是较为合理的。 表表 1-4 邻近矿井二邻近矿井二1煤层瓦斯参数实测表煤层瓦斯参数实测表 水平标高（m） 煤层开采深度（m） 项目 +175 305+126 354+75 405 瓦斯压力（mpa）0.821.081.5 瓦斯含量（m3/t.燃）12.6514.6816.98 p 30.62923 f3 d0.844.6215.48 k180181177 1.2.4 煤层的自燃倾向性与煤尘爆炸性 （1）煤尘 二1煤爆炸指数为 10.93%，为有煤尘爆炸危险性煤层；一3煤煤尘无爆炸性危险。 （2）煤的自燃性 二1煤层为自燃煤层，煤的自然发火期一般为 46 个月；一3煤层为不易自燃煤层。 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 11 - 1.3 生产概况 1.3.1 资源储量 根据河南省煤田地质局一队编写的河南省登封市郑州广贤工贸有限公司新丰煤 矿煤炭资源储量核实（分割）报告 矿区内共查明二1和一3煤层总资源储量 5138.3 万吨，总动用量 1365.6 万吨，总保 有量 3772.7 万吨，在总保有资源储量中二1煤层保有 3481.8 万吨（其中：（121b）303.8 万吨、 （122b）1770.4 万吨、 （333）1407.6 万吨。 ） ，一3煤层保有 290.9 万吨， （其中： （121b）152.9 万吨、 （122b）124.8 万吨、 （333）13.2 万吨） 。 二1煤层工业资源储量=121b+122b+333k3200.28 万吨 一3煤层工业资源储量121b+122b+333k288.26 万吨 k-可信度系数，取 0.8 矿井设计可采储量为矿井工业资源储量减去各种煤柱损失储量后乘以采区回采率所 得储量。二1煤层回采率按 75计算，一3煤层回采率按 85计算。 二1煤层可采储量=（3200.28965.12）75%=1676.37（万吨） 一3煤层可采储量=（288.2634.83）85%=215.42（万吨） 本矿井共获得设计可采储量 1891.79 万吨。 1.3.2 矿井生产能力与服务年限 根据郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计 （焦作市宏图矿业设计 有限公司，2010.4） ，设计矿井生产能力为 0.6mt/a。矿井服务年限为 24.3 年。 1.3.3 井田开拓方式 开拓方式：单水平上下山开拓方式。 全井田划分两个水平，0m 水平以上二 1煤 已基本采完，-156m 水平上下山开采。 全矿井设 5 个井筒，主井、副井、东风井、回风斜井和一 3煤回风井。对角式通 风系统，以双翼上下山方式开采二 1煤层、一3煤层。 根据二1煤层赋存条件、矿井开拓方式和井田边界，矿井分为东、西部。东部划分 为 5 个采区，25、27 为上山采区，31、33、41 为下山采区，双翼开采；西部划分为一 个 26 采区，双翼开采。首采区为 25、26 采区。一 3煤层单独划作一个采区。 全矿井以 2 个采区、1 个二1煤综采工作面、1 个二1煤抽放工作面、二个二1煤掘 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 12 - 进工作面和 1 个一3煤炮采工作面、二个一3煤掘进工作面、一个岩巷掘进工作面保证矿 井 0.6mt/a 生产能力。 1.3.4 采煤方法 二1煤层采用走向长壁综采分层开采采煤方法，选用 mg170/410-wd 型交流电牵引 采煤机、zf3000/16/26 型液压支架，全部垮落法管理顶板。一3煤采用单体液压支柱炮采 采煤法。 二1煤层采煤工作面采用 mg170/410-wd 型采煤机割煤，铺设 sgz630/264 型刮板 运输机，szz730/132 型转载机，dsj100/63/275 型可伸缩带式输送机，工作面支护选用 zf3000/16/26 型液压支架。二1煤工作面采高 2.6m 左右，工作面倾斜长 150m 左右，年 进度 970m；工作面回采率为 0.95。 一3煤层采煤工作面铺设 sgd-320/18.5 型刮板输送机，运输顺槽铺设 sgd-320/18.5 刮板输送机运煤，选择 dz10-25/80 单体液压支柱。一3煤工作面采高 0.85m，年进度 280m，工作面回采率为 0.97。 1.3.5 矿井通风情况 矿井通风方式为对角式通风。通风方法采用机械抽出式，主井、副井进风，东风井、 回风斜井和一3煤回风井回风；后期为主井、副井进风，东风井和一3煤回风井回风。 东风井前期服务 25 采区、后期服务全矿井二1煤采区，服务年限 24.3 年，回风斜 井仅服务井田西翼 26 采区，一3煤回风井专用于回采一3煤时回风。 回风斜井现有风机 2 台，型号为 fbcdz-6-18 型,风压 41291148pa，风量 3572 m3/s，配用电机型号为 yb315m-6，功率 2135kw，基本满足生产需用。 郑州广 贤工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计安全专篇设计选用 ybf315l2-6 型专用防爆 电机二台，其功率为 2132kw，转速 980r/min，电压 660v，以满足 26 采区前后期生产 所需。 东风井选用 2 台 fbcdz-8-22 型矿用轴流通风机，配用电机型号为 ybfe450s3- 8；功率 2160kw；转速 740r/min；电压 10kv，一台工作，一台备用。 一3煤回风井配备 2 二台 fbcdz16 型抽出式对旋防爆轴流风机，配套电机功 率 255kw，配套 yb2280m-6 型电动机，电压 660v，功率 55kw。 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 13 - 2 矿井瓦斯 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：煤层原始瓦斯含量、煤的瓦斯吸附常数、孔隙率、煤层透气性系数及钻 孔自然瓦斯涌出量及衰减系数等。本设计中二1煤层瓦斯基础参数值取自于郑州广贤 工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计安全专篇 （2011.8） ，具体数值如表 2-1。 表表 2-12-1 二二1煤层瓦斯基本参数值一览表煤层瓦斯基本参数值一览表 标高、 煤层开采深度（m） 项 目 +175 305+126 354+75 405 瓦斯压力 （mpa） 0.821.081.5 瓦斯含量（ m3/t燃）12.6514.6816.98 (m2/mpa2.d)19.5619.7820.3 衰减系数 m3/ m3.mpa0.5 0.0538 a32.092533.55734.04 b0.864150.0790.50 p 30.62923 f3 d0.844.6215.48 k180181177 2.2 矿井瓦斯储量 矿井瓦斯储量的大小标志着矿井瓦斯资源的多寡，同时亦是衡量有无开发利用价值 的重要指标。根据煤矿瓦斯抽放工程设计规范gb50471-2008 中相关的计算方法，瓦 斯储量计算公式为： (2-1) 321 wwww 式中：矿井瓦斯储量，mm3；w 可采煤层的瓦斯储量，mm3； 1 w (2-2) n i iix aw 1 111 式中：矿井可采煤层 i 的资源量，mt； i a1 矿井可采煤层 i 的瓦斯含量，m3/t； i x1 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 14 - 受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量，mm3； 2 w (2-3) n i iix aw 1 222 式中：受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层 i 的资源量，mt； i a2 受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层 i 的瓦斯含量， i x2 m3/t； 受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，mm3，实测或按式 2-4 3 w 进行计算； (2-4)( 213 wwkw 围岩瓦斯涌出系数，可取 0.050.20；当围岩瓦斯很小时，可取 0；若围岩含k 瓦斯量较多时，可按经验取值或实测确定。 从本矿井含煤地层及可采煤层特征资料结合矿井开拓计划分析可以得出：本矿井瓦 斯储量主要由二1、一3煤层和受其采动所影响的邻近煤层及其围岩的瓦斯储量总和。其 中，邻近层厚度较小，因无可靠的储量数据其瓦斯储量按照煤层厚度比较取开采层的 65，围岩瓦斯因无实测值，取（w1+w2）的 10。本次瓦斯储量计算中二1煤层瓦斯 含量取自郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计安全专篇 ，一5煤层瓦斯 含量根据中国矿业大学 2012 年测定结果为 4.87 m3/t，一3煤层瓦斯含量按一5煤层瓦斯 含量取值。 可抽瓦斯量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，其计算公式为： (2-5)wkwc 式中：wc矿井可抽瓦斯量，mm3； k矿井瓦斯抽放率，%。根据煤矿瓦斯抽放基本指标并结合该矿的实际情况， k 取 40%。 根据上述计算方法和公式，将新丰煤矿可采煤层以及受采动所影响的不可采煤层和 围岩各自参数带入，计算得出瓦斯储量及可抽量，结果详见汇总表 2-2。 表表 2-22-2 矿井瓦斯储量计算表矿井瓦斯储量计算表 煤层 煤炭地质储量 (mt) 瓦斯含量 (m3/t) 瓦斯地质储量 (mm3) 可抽瓦斯量 (mm3) 二134.81816.98591.210236.484 一32.9094.8714.1675.667 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 15 - 五3、四 3、四1、 二3、 二2、一 6、 一5、一 4、 一2、一 1 393.495157.398 围岩 99.88739.955 全矿井 1098.759439.504 由表 2-2 可以看出新丰煤矿瓦斯总储量为 1098.759 万 m3，可开发瓦斯量达 439.504 万 m3，为矿井瓦斯开发利用提供了充足的资源条件，但当煤层开采时，大量的瓦斯将涌 向开采空间内，对矿井的安全生产构成威胁，只有做好瓦斯抽放工作，才能确保矿井的 安全、高效生产。 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 16 - 3 矿井瓦斯涌出量预测 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，它是矿井通风设计、瓦斯抽放系统工程设计和瓦斯管理必不可少的基础参数。 目前，矿井瓦斯涌出量预测方法可概括为两大类矿山统计预测法和分源预测法。 矿山统计预测法根据对本矿及邻近矿井实际瓦斯涌出量资料的统计分析，得出矿井瓦斯 涌出量随开采深度变化的规律，来推算新矿井或延深水平的瓦斯涌出量。它要求被预测 的回采工作面在开采方法、煤层赋存条件、瓦斯地质条件与样本工作面相同或相似，否 则，预测准确率难以保证。分源预测法以煤层瓦斯基础参数、煤层赋存条件、顶底板及 邻近层情况、采煤方法等为基础，根据瓦斯涌出来源和各瓦斯源的涌出规律，计算回采 工作面、掘进工作面、采区及矿井的瓦斯涌出量。该方法适应于各种采煤方法回采工作 面瓦斯涌出量预测，只要选取的预测参数合理，可以取得较高的预测准确率。 结合矿井实际情况以及目前所掌握的工作面瓦斯资料考虑，为了取得较高的预测准 确度，为矿井瓦斯抽放工作提供具有实用价值的预测数据，本次瓦斯涌出量预测采用分 源预测法进行。按矿井瓦斯主要涌出源回采（包括开采层、围岩和邻近层） 、掘进及采 空区瓦斯涌出规律对本矿二1煤层、一3煤层回采工作面、掘进工作面的瓦斯涌出量进行 计算，最终达到预测各煤层采区、全矿井瓦斯涌出量的目的。 预测条件如下：预测条件如下： （1）矿井设计矿井生产能力为 0.6mt/a。全矿井以 2 个采区、1 个二1煤综采工作 面、1 个二1煤抽放工作面、二个二1煤掘进工作面和 1 个一3煤炮采工作面、二个一3 煤掘进工作面保证矿井 0.6mt/a 生产能力。 （2）二1煤层采用走向长壁综采分层开采采煤方法，全部垮落法管理顶板。二1煤 工作面采高 2.6m 左右，工作面倾斜长 150m 左右，年进度 970m；工作面回采率为 0.95。1 个二1煤综采工作面生产能力 1515 吨/天。 （3）一3煤或一5采用单体液压支柱炮采采煤法。一3煤或一5工作面采高 0.85m， 年进度 280m，工作面回采率为 0.97。1 个一3煤炮采工作面生产能力 152 吨/天。 （4）由于由于0m 标高水平以上煤田基本采完，因此本次涌出量预测范围为标高标高水平以上煤田基本采完，因此本次涌出量预测范围为标高0- 156m。根据前面所述，新丰煤矿瓦斯含量梯度为。根据前面所述，新丰煤矿瓦斯含量梯度为 4.5m3/t.燃燃100m，二，二1煤层煤层-75m 标高标高 瓦斯含量瓦斯含量 16.98 m3/t.燃，燃， 因此可计算出二因此可计算出二1煤层煤层0m 标高瓦斯含量标高瓦斯含量 20.36 m3/t.燃（折算燃（折算 成原煤为成原煤为 17.29 m3/t） ，-156m 标高瓦斯含量为标高瓦斯含量为 27.38 m3/t.燃（折算成原煤为燃（折算成原煤为 23.25 m3/t） 。 根据中国矿业大学根据中国矿业大学 2012 年瓦斯含量测试结果，一年瓦斯含量测试结果，一5煤层瓦斯含量为煤层瓦斯含量为 4.87m3/t，本次预测，本次预测 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 17 - 一一3煤层瓦斯含量按一煤层瓦斯含量按一5煤层瓦斯含量取值。煤层瓦斯含量取值。 （5）根据新丰煤矿采掘计划，二1煤的解放层开采主要是开采底板下部一3煤和一 5煤，其中一3煤距二1煤底板垂距 4852m，一5煤距二1煤底板垂距 3538m，计划首先 开采一3煤，为了进一步加大解放效果，消除二1煤突出危险性，进而又开采一5煤。 （6）为了方便，在后面章节对0m 标高称为浅部，-156m 标高称为深部。 3.1 掘进工作面瓦斯涌出量预测掘进工作面瓦斯涌出量预测 掘进工作面的瓦斯主要来自煤壁和落煤两部分，其计算公式为： (3-1) lb qqq 掘 式中： 掘进工作面瓦斯涌出量，m3/min； 掘 q 煤壁瓦斯涌出量，m3/min； b q 落煤瓦斯涌出量，m3/min。 l q （1）掘进工作面煤壁瓦斯涌量 在巷道掘进过程中，巷道周围煤层中的瓦斯压力平衡状态遭到破坏，煤体内部到煤 壁间存在着瓦斯压力梯度，瓦斯就会沿煤体裂隙及孔隙向巷道泄出。单位时间单位面积 暴露煤壁泄出的瓦斯量（煤壁瓦斯涌出速度）随着煤壁暴露时间的延长而降低。通常暴 露 6 个月后，煤壁瓦斯涌出已基本稳定。其计算式为： (3-2) 12( 0 v l qvdqb 式中：掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min； b q 巷道断面内暴露煤面的周边长度，对于薄及中厚煤层，d=2m0，m0为开采层d 厚度。二1煤层取 d=5.20m ，一3煤层取 d=1.70m； 巷道平均掘进速度，m/min；（二1煤层与一3煤层均按 150m/月计算为v 0.00347m/min） 掘进巷道长度，二1煤层与一3煤层均取 970m；l 煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2min； 0 q 0 2 0 16 . 0 )(0004 . 0 026 . 0 xvq f 式中：煤中挥发份含量，%；二1煤层取 10.34，一3煤层取 10.10； f v 煤层瓦斯含量，根据预测条件矿井浅部二1煤层取 17.29m3/t；矿 0 x 井 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 18 - 深部二1煤层取 23.25m3/t；一3煤层取 4.87m3/t。 根据上述公式进行计算： 矿井浅部（矿井浅部（二1煤层）：煤层）： 1 23 970 5.20 0.00347 0.026 0.0004 10.340.16(21) 17.291.74/min 0.00347 b qm 二 一3煤层：煤层： 3 23 970 1.70 0.00347 0.026 0.0004 10.100.16(21) 4.870.16/min 0.00347 b qm 一 矿井深部（矿井深部（二1煤层）：煤层）： 1 23 970 5.20 0.00347 0.026 0.0004 10.340.16(21) 23.252.34/min 0.00347 b qm 二 （2）掘进工作面落煤瓦斯涌出量 (3-3) 10 xxvsql 式中：掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min； l q 巷道平均掘进速度，m/min，同上；v 掘进巷道断面积，m2，二1煤层与一3煤层均为 8.7m2；s 煤的视密度，二1煤层为 1.40 t/m3、一3煤层为 1.45t/m3； 煤层瓦斯含量，同上； 0 x 煤层残存瓦斯含量，m3/t。由于无实测值，根据原煤挥发份二1煤层 1 x 10.34%，一3煤层 10.10%，参照 aq1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法 ； 二1煤层取 3.40m3/t；一3煤层取 1.77m3/t。 矿井浅部（矿井浅部（二1煤层）：煤层）： m3/min 1 8.70 0.00347 1.4017.293.400.59 l q 二 一3煤层：煤层： m3/min 3 8.70 0.00347 1.454.87 1.770.14 l q 一 矿井深部（矿井深部（二1煤层）：煤层）： m3/min 1 8.70 0.00347 1.4023.253.400.84 l q 二 掘进工作面瓦斯涌出量掘进工作面瓦斯涌出量 矿井浅部（矿井浅部（二1煤层）：煤层）： 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 19 - m3/min1.740.592.33 bl qqq 111 二二掘二 一3煤层：煤层： m3/min0 bl qqq 333 一一掘一 矿井深部（矿井深部（二1煤层）：煤层）： m3/min2.340.843.18 bl qqq 111 二二掘二 3.2 回采工作面瓦斯涌出量预测回采工作面瓦斯涌出量预测 3.2.1 工作面瓦斯来源分析 采场范围内涌出瓦斯的地点称为瓦斯源，瓦斯源的多少、各源涌出瓦斯量的大小直 接影响着采场的瓦斯涌出量。工作面瓦斯涌出来源可划分为落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌 出及采空区瓦斯涌出三大部分。落煤瓦斯涌出是指回采工作面采落煤炭解吸出的瓦斯； 煤壁瓦斯涌出又可分为工作面煤壁瓦斯涌出和顺槽煤壁瓦斯涌出；采空区瓦斯涌出可分 为三部分，即围岩瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出。前两部分的瓦斯直 接涌入到采场内，而采空区涌出的瓦斯是随着采场内煤层、岩层的变形或垮落而卸压， 按各自的规律涌入回采工作面的采空区，混合在一起，构成采空区瓦斯涌出。回采工作 面瓦斯来源构成见图 3-1。 围岩 工作面瓦斯涌出 工作面煤壁及顺槽 煤壁瓦斯涌出 工作面采空区瓦斯 涌出 工作面采落煤瓦 斯涌出 工作面切 眼煤壁 顺槽煤壁 采区内丢煤 及煤柱 上、下邻 近层 工作面采 落煤 图图 3-1 回采工作面瓦斯来源构成示意图回采工作面瓦斯来源构成示意图 3.2.2 回采工作面瓦斯涌出量预测 为计算方便，将工作面的三大瓦斯来源再分为二类，一类是主要取决于开采层瓦斯 含量的瓦斯源，包括工作面落煤、工作面煤壁（切眼） 、采落后丢到采空区内的煤，在计 算中以系数的形式表现出来；另一类是不取决于开采层瓦斯含量的瓦斯源，包括邻近层、 围岩及工作面顺槽煤壁瓦斯涌出量。对于本矿来说，在工作面开始回采时，其顺槽已经 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书 - 20 - 过了很长的排放时间，顺槽煤壁基本不再有瓦斯涌出，这一部分在计算过程中将不再考 虑。 根据 aq1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法中的计算方法，回采工作面瓦斯涌 出量预测用相对瓦斯涌出量来表达，以 24 小时为一个预测原班，采用 3-4 式进行计算： (3-4) 邻开回 qqq 式中：回采工作面瓦斯涌出量，m3/t； 回 q 开采层瓦斯涌出量，m3/t； 开 q 邻近层瓦斯涌出量，m3/t。 邻 q 按下式计算开采层（包括围岩）瓦斯涌出量： (3-5) 12301 () f i qkkkkkxx 开邻 式中：开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t； 开 q 围岩瓦斯涌出系数，其值取决于回采工作面顶板管理方法，取 1.20； 1 k 工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数。二1煤回采为率 2 k 95%，则 k2=1.05；一3煤回采为率 97%，则 k2=1.03； 准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数； 3 k (3-6) l hl k 2 3 式中：l 工作面长度，二1煤层、一3煤层均为 150m； h 巷道瓦斯预排等值宽度，取 h=12.0m； 邻近层开采对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，根据图 3-2，解放层一3煤k邻 开采后取 0.57、一5煤开采后取 0.42； 第 i 个分层工作面得瓦斯涌出系数，二1煤层分两层开采，取上分层 fi k 1.504，下分层=0.496。一3煤层不分层开采=1； 1f k 2f k fi k 煤层