左家寨煤矿瓦斯抽采设计.doc

左家寨煤矿瓦斯抽采设计1前 言左家寨煤矿隶属于纳雍金能煤炭开发有限公司，是西电东送主力电厂纳雍电厂的配套供煤矿井，设计生产能力45万t/a。左家寨煤矿位于贵州省纳雍县中岭镇海雍村凉水井，地理坐标为经度10509001051145，纬度264545264715。矿井工业场地南东距S213省道上的半边街（河坝）12km，现已由简易公路改建成三级公路。沿S213省道北东至纳雍县城33km，至大方县城约70km，并在大方县与贵毕高等级公路相接；南西达纳雍电厂所在地阳长镇22km，至滥坝站63km，至六盘水市85km。在此经水黄高等级公路、清黄公路、株六复线、内昆铁路与全国各地相通，交通较为方便。贵州省煤矿设计研究院于2005年3月完成了纳雍金能煤炭开发有限公司左家寨煤矿可行性研究报告，贵州省国际工程咨询中心2005年6月初对矿井可行性研究报告进行了评审并作出了“关于贵州纳雍金能煤炭开发有限公司左家寨煤矿可行性研究报告的评估意见”（工咨甲1030129003）。贵州省煤炭管理局于2004年8月组织有关单位和专家对纳雍金能煤炭开发有限公司左家寨煤矿开采方案设计进行了评审并获得通过（贵州省煤炭管理局黔煤规字【2005】189号“关于左家寨煤矿开采设计方案的批复”）。受纳雍金能煤炭开发有限公司及贵州能发电力燃料开发有限公司委托，贵州省煤炭设计研究院于2005年11月完成初步设计及安全专篇设计，并通过相关审查，并下发黔煤安监一字【2005】123号文“关于纳雍金能煤炭开发有限公司左家寨煤矿安全设施设计的批复”。 由于国家的安全建设条件与行业标准发生变化，根据贵州省安全生产监督管理局、贵州煤矿安全监察局、贵州省煤炭管理局联合下发的黔安煤监管办字【2007】345号文件“关于加强煤矿建设项目煤与瓦斯突出防治工作的意见”，本区划分为煤与瓦斯突出区域，原高瓦斯矿井设计必须按煤与瓦斯突出矿井设计，同时根据业主意见，原采煤工艺由高档普采变为综采，2008年9月，矿方委托贵州省煤矿设计研究院对左家寨矿井初步设计进行了修改并得到主管部门的批复。矿区内可采及局部可采煤层8层，自上至下依次为M5、M6、M7、M51、M55、M21、M38、M43煤层。资源较可靠，主采煤层赋存较稳定，地质构造属中等复杂类型和水文地质复杂程度为简单类型，开采技术条件一般，外部协作条件一般，用户可靠，市场潜力大。左家寨煤矿所产原煤煤质为无烟煤，其所产原煤适用于发电、工业用煤、动力用煤和化工用煤等。煤矿经选矸后直接出售原煤，销售情况及经济效益较好。具有良好的开发利用价值，进行合理的规划开发后，能为地方经济增长产生作用。本矿已于2008年9月委托贵州省煤矿设计研究院作了纳雍金能煤炭开发有限公司左家寨煤矿初步设计，矿井设计生产能力45万t/a。本次瓦斯抽放设计的主要设计依据为2008年9月贵州省煤矿设计研究院提交的纳雍金能煤炭开发有限公司左家寨煤矿初步设计、重庆煤科院对本矿所做的突出鉴定报告及相关图纸。矿区范围内可采煤层属高瓦斯高变质煤，同一煤层瓦斯含量向深部略有增高的趋势。初步设计对本矿可采煤层瓦斯含量叙述如下：“根据地质报告，左家寨矿井各煤层瓦斯含量在6.0124.04m3/tr”。煤尘爆炸性鉴定，地质报告对M5、M7、M51及M21四层主要可采煤层各采集了一件样品进行了煤尘爆炸性试验，结果为：火焰长度：0mm；抑制煤尘爆炸最低岩粉量：0%；结论为煤尘无爆炸危险性。煤层自燃倾向性鉴定，根据地质报告取样分析成果：矿区内M5、M43号煤层自燃倾向均为自燃，自燃等级属二类；M6、M7、M9、M51、M21、M38号煤层自燃倾向均为不易自燃，自燃等级属三类。根据贵州省能源局关于对贵州能发电力燃料开发有限公司的批复（黔能源发2009327号），该矿委托煤炭科学研究总院重庆研究院对其开采范围内M5、M6、M7、M51煤层的煤与瓦斯突出危险性鉴定结果：认定左家寨煤矿M5、M6、M7、M11煤层为煤与瓦斯突出煤层，认定左家寨煤矿为煤与瓦斯突出矿井。随矿井产量的增加和开采范围的扩大及开采水平的延深,该矿今后主采煤层回采工作面、掘进工作面和部分采空区的瓦斯涌出量都将进一步增大。左家寨煤矿作为煤与瓦斯突出矿井，为贯彻执行党和国家的“安全第一, 预防为主”的安全生产方针和国家安全生产管理局2002年制定的“先抽后采, 监测监控,以风定产”的煤矿瓦斯防治十二字方针和确保采掘工作面通风安全及满足防治煤与瓦斯突出的需要，左家寨煤矿有必要进行矿井瓦斯抽采工作。第一章 矿井概况第一节 矿井概述一、井田境界矿区井田范围东西长4.56km，南北宽2.77km，面积12.63km2，其形状大致为一矩形，周边四个拐点的地理座标见表1-1。矿 权 拐 点 坐 标 表表1-1编号地理坐标直角坐标经度纬度XY11051145264715296415735514920210511452645452964157355194643105090026454529613623551946441050900264715296136235514920二、矿井地理及交通位置1、地理位置左家寨煤矿位于纳雍县城正西方向的海雍村，平距约20km，属纳雍县鬃岭镇所辖。2、交通位置矿区交通以公路为主，尚属便利。南距213省道上的半边街（河坝）12公里，现正由简易公路改建成正规运煤公路，由半边街北东行至纳雍县城18km，南西行至纳雍一电厂所在地阳长镇12km，由阳长至六盘水市60km。详见交通位置图。三、地层区域内出露的地层最老为寒武系（）、最新的是三叠系下统（T1）。但中间缺失了奥陶系（O）、志留系（S）、泥盆系（D）及部分石炭系（C），说明本区在地史上曾长期处于抬升状态而没有接受沉积四、矿区构造矿区在构造位置上处于近东西向的猪场向斜南翼东段与北西向的加嘎背斜复合部位，基本构造形态为一单斜层，岩层倾向多在35030间，倾角在矿区中段为2025，东、西变陡为3040度，由于倾角的变化引起煤层沿走向呈微波状起伏，这在煤层底板等高线图上可清楚的显示出来。区内断层在东部及南东部较发育，分布有F2、F3、F4及其分支断层，北西部仅见到一条断层F1。此外，地表填图和钻孔中又见到5条断层。F1断层：位于勘探区北西隅，是构成煤矿北西边界的断层。其走向北东东南西西，倾向345，倾角75，断层两盘均为T1yn地层，但北西盘下降，垂直断距100150 m，属正断层。F2断层：位于勘探区南东侧，是构成煤矿南东边界的断层，该断层自南西进入勘探区后，经箐脚、周家寨、垭口等地后至海雍垭口而延出区外，区内长约2km，其走向北东南西，倾向130140，倾角7080，该断层在箐脚南西分出F3断层，至海雍垭口处又复合为一条断层。其总的特点是北西盘上升，南东盘下降，造成北西盘的P3c、P3L、T1f地层与南东盘的T1f地层接触，为正断层，垂直断距6070m。F4断层：也发育于勘探区南东隅，区内仅见出露长1000米。近东西走向，补F2断层切割，东端延出区外，倾向北，倾角65，上盘P3c、P3L地层与下盘T1f地层接触，属逆断层，垂直断距5米。F5断层：位于勘探区西南角，走向NWSE，走向长1500米，倾向NE，倾角67为正断层，断距不明，对区内无影响。f1断层：位于勘探区北西部，多拱至夹沟。区内出露1150米，西北交于F1断层，走向120140，倾向SW，倾角62，切割T1yn24段地层，为斜交逆断层，垂直断距525米。由B801、B102孔工程控制。f2断层：位于区内西南角，北西部，多拱至夹沟。区内出露1150米，西北交于F1断层，走向120140，倾向SW，倾角62，切割T1yn24段地层，为斜交逆断层，垂直断距525米。由B801、B102孔工程控制。f3断层：位于区内东北部，魏家岩洞至杜家冲地表出露550米，走向104，倾向S，倾角60，为走向正断层，垂直断距25米。f4断层：位于区内东南角左家寨至二垭口，地表出露伸展1300米，断层走向SWNE，方位55，倾向NW，倾角68，为斜交正断层，垂直落差20米。由B601、B705孔工程控制。f5断层：位于区内东南角左家寨至垭口上一线北侧，地表出露1350米，走向近EW，交于F2断层，中部和f4切割，倾向NE，倾角40，为走向逆断层。由B601、B701钻孔揭露控制，垂直落差25米。f6断层：位于区内中部为稳伏逆断层，走向95，长300米，倾向近北，倾角47，垂直落差1545米。由B401孔控制。f7断层：位于区内中部为稳伏逆断层，走向103，长650米，倾向近北，倾角50，垂直落差1570米。由B401孔控制。五、煤层与煤质1、煤层矿区内共发现可采及局部可采煤层9层，由上至下编号为M5、M6、M7、M9、M51、M21、M38、M43，其中M5、M7、M43三层为全区可采煤层，其余为大部、局部可采煤层。全区可采煤层中M5煤层以其厚度大、稳定、煤质佳而为本区主要可采煤层。从全区看，各可采及局部可采煤层厚度在向东部均有变薄的趋势，现将各可采煤层特征简述如下：M5煤层：位于P3L顶界之下32m左右。为黑色半亮型煤。中部夹01层高岭石粘土岩夹矸，夹矸单层厚0.280.48m。煤层外观，上部多呈粉状，下部多为碎块状，俗称“大糠煤”。煤厚0.492.80m，平均1.61m。为全区稳定主要可采煤层，顶板为薄至中厚层岩屑粉砂岩，底板为粘土岩或粉砂质粘土岩。M6煤层：位于P3L 2上段，上距M5煤层215.2m，一般为7.80m左右。为黑色半亮型煤。结构较简单，仅偶夹一层厚度小于10cm不稳定的高岭石粘土岩夹矸，煤层厚0.72.51m，平均厚1.20m。全区较稳定、大部可采。顶板为薄至中厚层粉砂质泥岩，底板为粉砂岩。M7煤层：位于P3L 2上部，上距M6煤层621.5m，仅33线距M6煤层间距较大为20m，一般在11m 左右为黑色半亮至光亮型煤，外观多呈粉状及少量碎块状，俗称“绵煤”。结构较简单，仅少数地段中含有12层厚0.130.98m的夹矸。煤层厚0.425.69m，平均厚2.01m，全区稳定可采，为本区煤系中厚度相对最大，最为稳定的主要可采煤层。顶板为岩屑粉砂岩，但其下常有0.20.6m左右厚的粘土岩伪顶，底板为泥岩。M9煤层：位于P3L2上部，上距M7煤层19m左右，为黑色、半亮至半暗型煤，外观呈粉状。煤层结构较简单，仅两翼有一层0.20m左右的夹矸。煤厚0.707.75m，平均厚1.43m，全区较稳定局部可采。顶板为粉砂岩，底板为泥质粉砂岩。M51煤层：位于P3L2中部，上距M9煤层17m左右。为黑色半亮至半暗型煤，外观多呈粉状，仅在勘探区东部变为块状。结构简单，偶含一层高岭石粘土岩夹矸。由于其含硫相对偏高而俗称“大臭煤”。煤层厚 0.702.40m，平均1.06m。全区较稳定局部可采。顶板为岩屑粉砂岩，底板为粉砂岩。M55煤层：该煤层见煤点21个，可采点9个，占 43 %。可采块段分散为5块，全层可采面积占55%，允采标高+1500m水平以上可采面积只占该水平的40%，块段分散无法开采，故本次不予估算资源量。M21煤层：位于P3L1顶部，上距M55煤层45.595.0m。为黑色块状光亮型煤。结构单一，一般不含夹矸，仅在B801孔中见含一层厚0.29m的高岭石粘土岩夹矸。煤层厚0.702.45m，平均厚1.21m。全区稳定大部可采,为区内主要可采煤层。由于其机械强度好，外观常呈块状，而俗称“大岩煤”。顶板为岩屑粉砂岩，底板为粉砂岩。由于该煤层稳定、厚度变化不大，本次作为P3L上、下段标志层。M38煤层：位于P3L1中部，上距M21煤层70m左右，为黑色块状半亮至光亮型煤，外观多呈块状，中部有厚0.10.45cm 的高岭石粘土岩。可采地段煤层厚0.702.08m，平均1.03m。为较稳定局部可采煤层。由于其中常含有较厚的高岭石粘土岩夹矸，而俗称“大矸焦”。顶板为岩屑粉砂岩夹粉砂质泥岩，底板为粉砂岩。M43煤层位于P3L1下部，上距M38煤层底板3045m，下距P3L1底部28m左右。由西向东此间距逐渐增大，为黑色半暗型煤。外观多呈块状，结构较简单，含一层夹矸。全区稳定、可采。煤层厚0.201.52m，平均厚0.95m。顶板为粉砂质泥岩或炭质泥岩，底板为粉砂岩。2、煤质煤种：主要可采煤层为无烟煤三号。硫分（St,d）：主要可采煤层原煤干燥基硫分平均值在0.29%2.98%之间，原煤属特低硫中高硫煤。灰分（Ad）：主要可采煤层原煤干燥基灰分平均值在16.47%34.80%之间，属低中灰中高灰煤。发热量（Qgr,ad）：原煤煤芯空气干燥基高位发热量平均值一般在24.55MJ/kg29.09MJ/kg之间，原煤均为高热值煤。煤类及用途：左家寨矿井主要可采煤层原煤属低中中高灰分、低硫中高硫高热值的无烟煤，煤的工艺性能指标较稳定。本矿区煤炭资源适用于发电、工业用煤、动力用煤和化工用煤等。六、煤炭资源储量根据黔国土规划院储审字200429号贵州省纳雍煤矿区纳雍县左家寨煤矿勘探地质报告矿产资源储量评审意见书，左家寨矿井资源量为3673万t，工业资源/储量为2351万t，设计可采储量为1338.1万t。七、其它开采技术条件1、煤层自燃倾向性和煤尘爆炸危险性根据取样分析成果，矿区内M5、M43号煤层自燃倾向均为自燃，自燃等级属二类；M6、M7、M9、M51、M21、M38号煤层自燃倾向均为不易自燃，自燃等级属三类。M5、M6、M7、M9、M51、M21、M38、M43号煤层无煤尘爆炸危险性。2、水文地质条件1）含水层及隔水层下三迭统飞仙关组（T1f）含水岩组：岩性为紫红色、暗灰、灰色中至厚层泥岩、粉砂质泥岩，灰色中厚层生物屑灰岩、泥灰岩等。分布于矿区中北部，含风化与构造裂隙水，富水性弱。下三迭统永宁镇组（T1yn）含水岩组：岩性为灰、浅灰色中至厚层灰岩，底部约50m为紫红、灰色薄至中厚层状泥质灰岩。分布于矿区北部，含碳酸盐岩类暗河溶洞水，富水性强。下二迭统茅口组（P1m）含水岩组：岩性为灰、深灰色厚层至块状石灰岩。分布于矿区南西部，也属含碳酸盐岩类暗河溶洞水，富水性强。上二迭统长兴组及龙潭组（P2c+1）含水岩组：岩性为灰、深灰、灰绿色薄至中厚层砂岩、粉砂岩、泥岩等，含可采或局部可采煤层8层。含岩类构造与风化裂隙水，富水性中等。峨眉山玄武岩组（P2）隔水岩组：岩性为灰、深灰色拉斑玄武岩，分布与矿区南及南西部，属隔水岩组。井田内第四系主要为坡积物、残积物。总体而言，区内地层含水性较微弱。2）地表水区内大的地表水体有海雍大沟、银厂沟及红旗水库。海雍大沟和银厂沟均向南东流出区外汇入阳长河，属长江流域乌江水系，红旗水库位于井田北西，水域面积0.23km2，库容量320104m3。3）断层水断层中规模较大的有F1、F3和F4号断层，这些断层均为矿井或采区的边界断层，调查中并未发现有泉水点出露。4）充水因素分析煤层赋存于富水性弱的岩层中，与富水性强的石灰岩地层和地表水之间有较厚的相对隔水层。断层、破碎带的富水性弱，导水性差，不构成水力联系通道。煤层与强含水层没有直接的水力联系。仅在浅部与含煤地层风化裂隙水、小煤矿、老窑水及第四系有直接水力联系，露头区小窑采煤引起的冒裂带及基岩风化裂隙带水是煤组地层主要含水段。因此，区内露头区属以大气降水为主要补给水源的裂隙直接充水矿床。深部主要直接充水水源为煤系地层裂隙水。5）水文地质类型评述煤组上覆、下伏为厚度较大的相对隔水层，直接充水含水层为煤组细、粉砂岩水，岩石裂隙微小，含水弱，较大的地表水体均分布在区边缘地带。大气降水是主要间接水源，充水水源简单，属裂隙类水文地质条件简单的矿床。6）. 主要水害威胁状况矿床直接充水层位为含煤地层龙潭组，其上覆地层永宁镇组、飞仙关组岩溶含水层为间接充水层位，主要可采煤层下伏有玄武岩隔水层，二叠系下统茅口组形成矿井充水的可能性较小。矿区断裂构造不发育，矿井充水通道主要为岩体中的裂隙及节理。区内大的地表水体如海雍大沟、银厂沟及红旗水库均位于井田边界或煤层露头以外，对矿井开采影响不大。地下水的唯一补给来源是大气降水。因此，本矿床为顶板直接进水的裂隙充水矿床，水文地质条件简单。从以上分析可以看出，各含水层含水性较弱，加之矿区开采范围内地表水体对矿井开采影响不大，故本矿井受水害威胁程度较小。矿井在浅部掘进时需加强对小窑的探放水工作。7）. 正常涌水量及最大涌水量根据贵州省纳雍煤矿区左家寨煤矿勘探地质报告，采用“比拟法”估算了矿井正常涌水量为矿井正常涌水量为90m3/h，最大涌水量为370m3/h。8）. 邻近矿井和小窑涌水和积水情况以及废弃的矿井、小窑老塘积水情况现井田范围内无合法小井，但由于井田内有小窑开采的历史，开采深度不能确定，当地村民介绍，小窑开采深度2050m，煤炭仅作为当地民用煤。建议矿井在进行补勘时对所有生产性小井和废弃老窑的采空区范围和积水情况进一步查明，以指导矿井安全生产。由于矿区内因存在过去采煤时形成的采空区或老硐，由此，矿井必须对矿区内的小窑、采空区以及积水情况等进行详细调查，编制调查报告，并进行填图。切实掌握小窑开采情况，小窑采空区积水情况，要注意探放水工作，特别是在采空区或老硐附近采煤时，防止采空区积水及老硐积水的突然涌出。另外，还要注意在巷道中尚未查清的断层可能切穿上下含水层对开采的影响。矿井浅部留有部分采空区，这些采空区距离地表较近，回采所产生的塌陷、裂隙可能使得这些采空区积水。矿山采掘接近这些采空区时可能遭遇突水等水害。第二节 矿井开拓与开采一、矿井开拓与开采1、采区开拓方式本矿开拓方式为平硐暗斜井开拓。 2、水平标高矿井首采煤层M5号煤层与M6号煤层平均间距610m，M6号煤层与M7号煤层的平均间距在1015m，M7号煤层与M51号煤层的平均间距在2540m；M51号煤层与M55号煤层的平均间距在3035m；M55号煤层与M21、M38、M43号煤层的平均间距分别在4560m、115m150m和140m190m左右，根据煤层赋存条件及煤层间距，设计将井田内可采煤层划分为上下两个煤组，上煤组为M5、M6、M7、M51、M55号煤层，下煤组为M21、M38、M43号煤层。全井田划分为四个采区和一个后备区，根据矿井煤组的划分及煤层赋存条件，设计将全井田划分为一个水平开拓，水平标高+1600m这样既可以保证有足够的可采储量满足水平服务年限，并且有利于减少井巷总工程量和简化生产环节。阶段垂高为175m。二、采煤工艺及主要设备矿井采用走向长壁式采煤法，全部冒落法管理顶板。综采工作面选用电牵引MG160/375-W型双滚筒可调高采煤机。液压支架选用ZYQ3400/12/28型掩护式支架，掘进工作面采用综掘和普掘。设计以一个采区、一个综采工作面和四个掘进头（2个煤巷（半煤岩）普掘进工作面，2个岩巷普掘工作面）达到设计生产能力。三、生产能力及服务年限1、矿井工作制度矿井年工作日为330天，井下工人及地面其他人员均按“三八”工作制，每班工作八小时。2、生产能力及服务年限矿井设计生产能力为45万t/a，服务年限21a。第三节 矿井通风及瓦斯一、矿井通风矿井回采工作面采用“U”型通风，目前，矿井回采工作面实际配风量为12001500m3/min，煤巷掘进工作面配风量为400m3/min。二、矿井瓦斯抽采矿井瓦斯抽采泵站设在矿井辅助工业场地内，安设有高负压和低负压两套瓦斯抽采系统。安装了高负压2BEC-42型瓦斯抽采泵2台，配套YB400S2-4矿用防爆电动机，功率为185kW；安设有低负压2BEC-42型瓦斯抽采泵2台，配套YB450S1-4矿用防爆电动机，功率为250kW。高、低负压瓦斯抽放主管从辅助工业场地沿回风斜井敷设到12区段回风石门与回风斜井连接处。井下安设有高、低负压瓦斯抽采主管各为一趟，材质为螺旋焊管；高负压抽采主管规格为4786，支管管径规格为3256；低负压抽采主管规格为4786，支管采用规格为4786，材质为聚酯纤维复合管。高、低负压抽采系统支管均从回风斜井各区段片口与主管连接。抽采系统主管有计量、防爆、防回火及避雷等安全装置；抽采钻场支管及单孔安设有测流装置。两套抽放系统自2009年9月运行以来，运行稳定，各项参数均能满足矿井需要。目前，矿井对煤巷掘进条带采用专用瓦斯巷穿层预抽煤层瓦斯的方法，即钻孔控制上下帮各20m范围，钻孔终孔间距4m；回采工作面采用本煤层顺层钻孔预抽煤层瓦斯的方法，即利用运输和回风顺槽沿煤层倾向向回采区域施工钻孔，钻孔间距2m；采空区采用埋管抽采卸压瓦斯的方法。左家寨煤矿目前正在为抽采瓦斯发电做准备，尚未实现瓦斯利用。瓦斯发电站建在瓦斯抽采站南面大约30m的位置，已购置4台500kw发电机组。三、矿井瓦斯情况根据贵州省能源局关于对贵州能发电力燃料开发有限公司的批复（黔能源发2009327号），该矿委托煤炭科学研究总院重庆研究院对其开采范围内M5、M6、M7、M51煤层的煤与瓦斯突出危险性鉴定结果：认定左家寨煤矿M5、M6、M7、M51煤层为煤与瓦斯突出煤层，认定左家寨煤矿为煤与瓦斯突出矿井。四、邻近矿井煤与瓦斯突出鉴定情况左家寨煤矿邻近矿井有中领煤矿，该矿为突出矿井。第四节 矿井瓦斯储量及可抽量一、矿井瓦斯储量瓦斯储量是指煤田开发过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤岩层赋存的瓦斯总量。根据煤矿瓦斯抽放规范，其计算公式为：式中：W1可采煤层瓦斯储量的总和，万m3；A1i矿井每一个可采煤层的煤炭储量，万t；X1i每一个可采煤层相应的瓦斯含量，m3/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，万m3A2i可采煤层采动影响范围内每一个不可采邻近煤层的煤炭储量，万t；X2i可采煤层采动影响范围内每一个不可采邻近煤层相应的瓦斯含量，m3/t；W3围岩瓦斯储量，万m3；K围岩瓦斯储量系数，取K=0.05。经六枝工矿（集团）恒达勘察设计有限公司编制的贵州省纳雍煤矿区左家寨煤矿补充勘探地质报告得出，矿井瓦斯储量为12亿万m3。2、 可抽瓦斯量 本矿瓦斯抽出率按50%(根据金元集团文件要求)计算，因此可抽瓦斯量为6亿万m3。第二章 瓦斯抽采第一节 抽采瓦斯的必要性和可行性一、建立瓦斯抽采系统的必要性1、防治煤与瓦斯突出的需要根据煤矿安全规程（2011年版）第145条和煤矿瓦斯抽采规范（AQ1027-2006）第4条规定，有下列情况之一，必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下移动泵站瓦斯抽采系统。1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min，或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的；矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：大于或等于40m3/min；年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m3/min；年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m3/min；年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/min；年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。下面从两个方面来分析左家寨煤矿建立地面永久性瓦斯抽采站的必要性。从矿井绝对瓦斯涌出量计算结果分析根据2012年度矿井瓦斯等级鉴定结果为：矿井绝对瓦斯涌出量为21.17m3/min可看出，矿井绝对瓦斯涌出量均大于煤矿安全规程和煤矿瓦斯抽采规范要求建立瓦斯抽采系统的指标。从防止煤与瓦斯突出考虑左家寨煤矿于2009年经重庆煤科院突出鉴定为突出矿井且在生产过程发生过突出事故。因此，按照煤矿安全规程(2011年)第145条、煤矿瓦斯抽采规范（AQ1027-2006）第4条、防治煤与瓦斯突出规定第14条之规定，开采煤与瓦斯突出危险煤层的矿井必须建立瓦斯抽采系统。2、从资源利用和环保的角度分析瓦斯是一种优质洁净的能源，将抽出的瓦斯加以利用，可以变废为宝，改善能源结构，保护矿区环境，取得显著的经济效益和社会效益。根据计算，本矿井瓦斯储量为12亿万m3，可抽量为6亿万m3，说明矿井瓦斯资源丰富，为开发利用瓦斯提供了资源条件。因此，从资源利用和环保的角度分析，贝勒煤矿建立永久瓦斯抽采系统也是十分必要的，同时还可以起到以“利用促抽采”、以“抽采保安全”的作用。综上所述，不论是从矿井的工作面瓦斯涌出量大小、煤层的煤与瓦斯突出防治，还是从瓦斯资源利用的角度分析，左家寨煤矿建立地面永久瓦斯抽采系统都是非常必要的。二、瓦斯抽采的可行性瓦斯抽放指标是用来衡量煤层预抽瓦斯抽采难易程度的参数，常用的有煤层透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数。根据煤矿瓦斯抽放规范（AQ1027-2006），将未卸压的原始煤层的抽采难易程度划分为容易抽采、可以抽采、较难抽采三类，相应的取值范围见表2-1-1。表2-1-1 煤层瓦斯抽采难易程度表类别煤层透气性系数m2/(MPa2d)钻孔流量衰减系数（d-1）容易抽采100.003可以抽采100.10.0030.05较难抽采0.10.05以透气性系数为主要指标，以瓦斯流量衰减系数为辅助指标，根据重庆煤科院突出鉴定报告显示：左家寨煤矿M5、M11号煤层属于可以抽放煤层，M6、M7号煤层属于较难抽放煤层。第二节 瓦斯涌出来源与构成分析一、矿井瓦斯基础参数取值分析 根据重庆煤科院测定：左家寨煤矿上煤组各煤层瓦斯含量、透气性系数及钻孔流量衰减系数测算结果表煤层测压地点标高（m）埋深（m）瓦斯压力（MPa）瓦斯含量（m3/t）平均透气性系数（m2/MPa2.d）平均钻孔流量衰减系数（d-1）M511区段运输石门内、揭露M5号煤层后退42.9m处1736.60330.241.6114.350.23830.4917M611区段运输石门内、揭露M5号煤层后退72.44m处1739.70304.621.6813.920.08700.3048M711区段运输石门、揭露M5号煤层后退95.97m处1747.37268.981.0913.710.07990.2864M51111瓦斯抽放巷回风巷回风石门内，距与回风井交口20m处1745.05195.980.9911.730.23360.5157M5、M6、M7和M51号煤层钻孔瓦斯流量衰减系数煤 层钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）最小最大平均M50.34950.63380.4917M60.26120.34830.3048M70.22970.34310.2864M510.36590.66550.5157瓦斯放散初速度和煤的坚固性系数实验室测定结果煤层采样地点破坏类型瓦斯放散初速度（P）坚固性系数（f）M511M51运输顺槽掘进头处400.20M611区段运输石门揭露M6号煤层处370.21M711M51回风石门揭露M7号煤层处360.19M51111瓦斯抽放巷进风石门与轨道下山交口处150.33瓦斯吸附常数及工业分析指标等实验室参数测定结果煤层采样地点工业分析（）真密度TRD视密度ARD孔隙率F（）瓦斯吸附常数MadAdVdafabM511M51运输顺槽掘进头处0.8418.3311.691.531.483.2731.65241.2916M611区段运输石门揭露M6号煤层处0.9317.9110.331.541.465.1930.12121.3109M711M51回风石门揭露M7号煤层处0.6514.639.751.471.442.0430.96071.3716M11111瓦斯抽放巷进风石门与轨道下山交口处1.458.558.321.441.384.1731.32561.2989注：吸附实验温度ts=30上述表格均由重庆煤科院测定所得，数据真实可靠。二、瓦斯涌出来源及瓦斯涌出量估算矿井瓦斯涌出量的预测目前普遍采用矿山统计法、分源预测法、综合法三种。矿山统计法、综合法由于需要实测资料，对于本矿井不具备条件，因此设计采用“分源预测法”对矿井瓦斯涌出量进行预测。矿井瓦斯涌出量主要来源于采煤工作面、掘进工作面和采空区三大部分，而采煤工作面的瓦斯涌出量主要来源于本煤层、围岩和邻近煤层、煤线。1、回采工作面瓦斯涌出量计算回采工作面瓦斯涌出量是根据煤层瓦斯含量、煤层厚度、采高、工作面产量等参数，考虑采场丢煤、机巷和回风巷掘进预排瓦斯带、围岩和邻近的煤层、煤线瓦斯涌出及距地表深度等因素综合计算。回采工作面瓦斯涌出量：q采=q1+ q2式中：q采回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；q1开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；q2邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t。开采层瓦斯涌出量：式中：K1围岩瓦斯涌出系数；K2回采工作面丢煤瓦斯涌出系数，K2=1/c，c为回采率取0.95；K3采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，采用走向长壁后退式回采：K3=（L-2h）/L； h掘进巷道瓦斯预排等值宽度，参照预测方法附录表D.1，取h=10.5m；L回采工作面长度，L=160m；m开采层厚度，m；M工作面采高，m；Wo煤层瓦斯含量；Wc煤层的残存瓦斯量，根据左家寨煤矿各煤层的煤质特征和矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ10182006）附录表C.1，计算得矿井各煤层的残存瓦斯量。邻近层瓦斯涌出量：式中：mi第i个邻近层煤层厚度，m；M工作面采高，m；Woi第i个邻近煤层原始瓦斯含量；Wci第i个邻近煤层残存瓦斯含量；Ki第i个邻近层瓦斯排放率，%。Ki值与邻近层的位置、煤层倾角、层间距离等多种因素有关。本矿煤层平均倾角21，属于缓倾斜煤层，瓦斯排放率按图2-2-10中曲线3进行取值。1上邻近层；2-缓倾斜煤层下邻近层；3-倾斜、急倾斜煤层下邻近层hi第i邻近层与开采层垂直距离，m；ki第i邻近层瓦斯排放率；图2-2-10 邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线图2、掘进工作面瓦斯涌出量计算掘进工作面瓦斯涌出量分为掘进落煤和巷道煤壁两部分，主要根据煤层瓦斯含量、掘进速度、煤层厚度、掘进断面等计算。根据矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018-2006），计算公式为：式中：q掘掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；q3掘进工作面巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，m3/min；q4掘进工作面落煤绝对瓦斯涌出量，m3/min；D巷道断面内暴露煤面的周边长度，m；D=2M，M为开采层厚度；V平均掘进速度按100m/月，m/min；L巷道长度，取+1600m标高以上最长巷道长度L=750m； qo巷道煤壁瓦斯涌出量初速度，按qo=0.0260.0004（Vr）2+0.16Wo进行计算； Vr煤的挥发分，%；s掘进巷道断面积，m2；煤的容重，t/m3；Wo煤层瓦斯含量，m3/t；Wc煤层的残存瓦斯量，m3/t。（3）生产采区瓦斯涌出量计算生产采区瓦斯涌出量：式中：q区生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t；K生产采区内采空区瓦斯涌出系数，取K1.45；q采i第i个回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；Ai第i个回采工作面的日产量，取Ai1000t；q掘i第i个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；Ao生产采区平均日产量，取A01200t； （4）矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量：式中：q井矿井相对瓦斯涌出量，m3/t；K已采采空区瓦斯涌出系数，取K1.45；q区i第i个回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；Aoi工作面的日产量，取Aoi1000t； 第三节 瓦斯抽采方法选择一、瓦斯抽采方法选择原则煤矿抽采瓦斯是减少矿井和采区瓦斯涌出量的有效途径。瓦斯抽采方法分为采前抽采、采中抽采及采后抽采三种。我国煤矿的瓦斯抽采方式大致可以分为以下六类：（1）开采层瓦斯抽采；（2）邻近层瓦斯抽采；（3）采空区瓦斯抽采；（4）围岩瓦斯抽采；（5）综合瓦斯抽采；（6）地面瓦斯抽采。其中综合瓦斯抽采方式是前四类方式中两种或两种以上方式的综合使用。选择瓦斯抽采方式，遵循如下原则：1、应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；2、应根据瓦斯来源及涌出构成进行，应尽可能采用综合抽采瓦斯方法，以提高抽采瓦斯效果；3、应有利于减少井巷工程量，实现抽采巷道与开采巷道的结合；4、应有利于抽采巷道的布置与维护；5、应有利于提高瓦斯抽采效果，降低抽采成本；6、应有利于钻场、钻孔的施工、抽采系统管网敷设，有利于增加抽采钻孔的瓦斯抽采时间；7、选择先进的打钻设备，且根据设备的性能，合理确定抽采巷的层位；8、合理安排抽采钻孔的钻孔间距，尽可能缩短矿井首采面抽采时间；9、尽可能避免抽采巷道施工时误穿煤层，发生煤与瓦斯突出事故。二、瓦斯抽采方法选择根据防治煤与瓦斯突出规定第四十五条，抽采煤层瓦斯可采用的方式有：地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等。抽采煤层瓦斯区域防突措施应当按上述所列方式的优先顺序选取，或一并采用多种方式抽采煤层瓦斯措施。左家寨煤矿矿区主要为中山溶蚀及侵蚀地貌，地势为南西、北东部高，中部低，相对高差一般300400m，最大539.4m，最高海拔标高+2043.4m（西部大尖山山顶），最低海拔标高+1504m（南东边刘家沟中，为当地最低侵蚀基准面）。由于矿区内相对高差大，修路公路困难，因此施工地面瓦斯抽采钻孔十分困难。且矿井地层中含有粉砂质粘土岩、粘土岩、泥岩、炭质粘土岩等软岩，施工长距离钻孔易堵塞和塌孔，因此，本方案暂不考虑采用地面井抽采煤层瓦斯的方式。根据地质报告显示各煤组间的煤层为近距离煤层。左家寨煤矿属煤与瓦斯突出矿井。按照贵州省安全生产监督管理局和贵州煤矿安全监察局2008年4月颁发的关于对2008年安全生产工作要点分解督查的通知（黔安监管办字200886号文第33条：“所有煤与瓦斯突出矿井必须采取开采保护层或顶、底板专用瓦斯抽采巷道区域预抽煤层瓦斯，达到煤矿瓦斯抽采基本指标要求，才能进行采掘作业”的要求，左家寨煤矿必须采取专用瓦斯抽采巷进行煤层瓦斯抽采。考虑到本矿井为近距离煤层开采，设计采用的瓦斯抽采方法为布置专用瓦斯抽采巷，实施穿层钻孔预抽开采层、邻近层及围岩瓦斯，同时实施顺层钻孔抽采开采层瓦斯和采空区瓦斯抽采的综合瓦斯抽采方式。三、瓦斯抽采方案根据本矿开拓、准备巷道的布置情况和矿井可采及局部可采煤层赋存的特点，抽采煤层瓦斯采用综合抽采瓦斯方式，即综合采用开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采和采空区瓦斯抽采，在满足矿井采、掘工作面防突要求的同时，满足矿井通风、瓦斯管理的需求。根据本矿开拓开采、煤层的赋存特点、煤层顶底板岩性情况，同时考虑现场施工和成孔条件及提出的抽采方法对矿井+1600m标高以上上煤组提出针对性的抽采方案，而下煤组的抽采方案须结合后期开拓方案确定才能确定。（一）区域性预抽煤层瓦斯方案根据左家寨煤矿生产部署，矿井在标高+1600m以上，联合布置开采上煤组M5、M7、M11煤层。在+1720m标高以上（一区段）由于地质构造复杂，煤层赋存条件较差，根据截至2013年6月矿井所揭露的煤层实际情况，不再考虑在一区段布置工作面，矿井生产布局直接转移到二区段。矿井+1720m标高以下至+1600标高以上调整煤层开采顺序，先开采M5煤层作为上保护层，开采顺序为M5M7M51煤层，针对M5煤层的开采，实施区域性预抽煤层瓦斯时，对于矿井专用瓦斯抽采巷的布置层位为：将专用瓦斯抽采巷布置在距M5煤层顶板法线距离15m的层位，顶板岩性为薄至中厚层岩屑粉砂岩，底板为粘土岩或粉砂质粘土岩。优点：（1）矿井首采煤层（M5煤层）回采时，可作为采的高位瓦斯抽采巷使用。（2）向M5煤层工作面巷道掘进条带施工煤层瓦斯预抽钻孔短，钻孔工期短，工程量小，同时施工钻孔到M5煤层的下部煤层进行邻近层瓦斯抽采。（3）瓦斯抽采巷位于距M5煤层顶板法线距离15m的层位（M5无上覆煤层），层位便于控制，可以有效避免误揭煤层，发生煤与瓦斯突出事故。缺点：（1）施工到M5煤层下部的瓦斯预抽钻孔，在M5煤层开采后不能继续进行抽采。（2）M5煤层采面开采时，必须增加在工作面两巷实施穿层钻孔预抽下邻近层卸压瓦斯的措施。否则，下邻近层大量卸压瓦斯涌入回采工作面，回采工作面瓦斯超限严重，制约矿井安全生产；（3）瓦斯抽采巷只能服务于M5煤层，抽采服务时间较短。（二）采掘工作面瓦斯抽采采取穿层钻孔进行区域性预抽煤层瓦斯后，矿井在对开采煤层进行采掘作业时，若经检验，仍存在有局部煤层的剩余瓦斯含量和瓦斯压力满足不了防治煤与瓦斯突出规定和煤矿瓦斯抽采基本指标的要求时，设计利用石门揭煤、煤巷掘进工作面或已施工好的采面运输、回风巷，向石门所揭煤层、煤巷掘进条带或采面区域内煤层施工穿层或顺层瓦斯抽采钻孔，实施进一步瓦斯抽采，直至使开采煤层在进行采掘作业前完全达到防治煤与瓦斯突出规定、煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006）的指标（煤层瓦斯压力下降到0.74MPa以下、煤层瓦斯含量下降到8m3/t以下）要求。1、掘进工作面瓦斯抽采（1）石门揭煤工作面瓦斯抽采方案考虑到矿井所赋存煤层为近距离煤层，因此，针对石门揭煤区域性瓦斯抽采为整体考虑。当石门揭煤工作面掘进至距下覆煤层的最小法向距离8m（在构造破坏带设计为20m）时，利用石门工作面掘进迎头及两侧所施工钻场向所揭煤层施工区域预抽钻孔，钻孔布置见图2-3-32-3-4。图2-3-3 石门揭煤工作面（由底板向顶板施工）区域瓦斯抽采钻孔布置示意图（单位：m） 图2-3-4 石门揭煤工作面（由顶板向底板施工）区域瓦斯抽采钻孔布置示意图（单位：m）矿井在揭煤过程中，根据施工的前探钻孔资料，若遇煤层间距变大，需要揭单一煤层时，钻孔布置见图2-3-5图2-3-5 石门揭煤工作面区域预抽钻孔布置示意图（单位：m）石门揭煤工作面经上述区域预抽钻孔预抽后，若区域措施效果检验仍具有突出危险，设计在石门揭煤工作面掘进至距煤层最小法向距离5m时，利用石门工作面迎头向石门所揭煤层重新施工瓦斯抽采钻孔，对所揭煤层瓦斯进行进一步抽采，直至使石门所揭煤层瓦斯完全达到消突要求。钻孔布置在石门轮廓线外煤层8m（下部5m）的范围内，抽采钻孔的直径为75mm，钻孔在所揭煤层中的间距为3m。钻孔布置见图2-3-6。对于层间距小于5m的近距离煤层，瓦斯抽采钻孔设计为一次性施工。图2-3-6 石门揭煤工作面局部瓦斯抽采钻孔布置示意图（单位：m）（2）煤巷掘进工作面瓦斯抽采利用顶板专用瓦斯抽采巷或已形成的煤巷向首采煤层或其它煤层煤巷掘进条带施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯。首采煤层（M5煤层）工作面运输巷和回风巷掘进条带煤层瓦斯利用顶板专用瓦斯抽采巷施工穿层钻孔来预抽。其它煤层利用已形成的煤层巷道向其煤巷掘进条带施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯。实施本煤层顺层钻孔预抽采取穿层钻孔对所开采煤层煤巷掘进条带实施煤层瓦斯预抽后，在掘进过程中仍存在有局部地点，经检验，煤层瓦斯基本指标仍未达到防治煤与瓦斯突出规定及煤矿瓦斯抽采基本指标的要求时，一方面矿井应根据抽采效果及抽采时间情况，延长预抽时间或对钻孔参数进行优化；另一方面设计利用掘进工作面迎头，向煤巷掘进条带的前方施工本煤层顺层钻孔对煤巷掘进条带煤层瓦斯进行进一步抽采，直至使煤巷掘进条带煤层瓦斯完全达到消突要求为止。利用掘进工作面迎头，向煤巷掘进条带的前方施工本煤层顺层预抽钻孔。2、采煤工作面瓦斯抽采方案采取穿层钻孔对所开采煤层采煤工作面煤层瓦斯实施区域性预抽后，为使采煤工作面的煤层瓦斯进一步达到防突要求，且为尽量减少邻近层的瓦斯涌入采面采空区，对采煤工作面瓦斯抽采特提出以下方案：实施本煤层顺层钻孔预抽利用采面已施工的回风巷和运输巷向采面区域内煤层瓦斯实施本煤层顺层钻孔进行进一步抽采。若利用采面运输巷和回风巷向采面区域煤层瓦斯施工本煤层顺层钻孔后，在工作面回采过程中瓦斯涌出量仍很大时，则利用回风巷施工高位钻场，向采煤工作面及采空区施工瓦斯抽采钻孔。工作面回采后，邻近的上、下煤层因卸压影响，煤层的透气性将大大增加。为减少邻近层涌入采面的瓦斯量，设计在工作面回采时，利用工作面运输巷和回风巷向下施工穿层钻孔抽采下邻近煤层卸压瓦斯。采空区埋管抽采埋管抽采采空区瓦斯包括已采采面采空区埋管和正在回采的采面采空区埋管两种。对于已采采面采空区埋管抽采，设计采用在距离自然通风巷道3m处施工永久密闭埋管抽采。对于正在回