抽放设计抽采设计.doc

亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 山西煤炭运销集团山西煤炭运销集团 寿阳亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计寿阳亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 60 万吨 年 说说 明明 书书 煤炭科学研究总院沈阳研究院煤炭科学研究总院沈阳研究院 二二 O 一一 O 年四月年四月 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 项目名称 山西煤炭运销集团寿阳亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程项目名称 山西煤炭运销集团寿阳亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程 初步设计初步设计 报告撰写 报告撰写 曲晓明 工 程 师 王海东 工 程 师 技术审查 技术审查 王魁军 研 究 员 院 长 张兴华 研 究 员 副院长 刘志忠 研 究 员 副院长 形式审查 形式审查 梁运涛 研 究 员 科技发展部主任 工作人员 工作人员 沈阳研究院沈阳研究院 曲晓明 王海东 黄玉玺 韩邦华 李旭 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 目 录 前 言 1 1 矿井概况 3 1 1 交通位置 3 1 2 自然地理 4 1 3 地质特征与煤层赋存 4 1 4 矿井开拓与开采 10 1 5 矿井通风 12 2 矿井瓦斯储量及可抽量预测 14 2 1 矿井瓦斯基础参数 14 2 2 矿井瓦斯储量 15 3 矿井瓦斯涌出量预测 16 3 1 回采工作面瓦斯涌出量预测 16 3 2 掘进工作面瓦斯涌出量预测 19 3 3 生产采区瓦斯涌出量预测 20 3 4 矿井瓦斯涌出量预测 21 4 矿井瓦斯抽采的必要性与可行性 22 4 1 矿瓦斯来源分析 22 4 2 瓦斯抽采的必要性 22 4 3 瓦斯抽采的可行性 23 4 4 原瓦斯抽采系统情况 24 4 5 抽采瓦斯效果预计 24 5 矿井瓦斯抽采方法 26 5 1 矿井瓦斯抽采方法的选择 26 5 2 矿井瓦斯抽采系统的选择 27 5 3 瓦斯抽采参数的确定 28 5 4 抽采施工设备及施工量 31 6 瓦斯抽采管路系统布置及选型 31 6 1 抽采管路系统选择原则 31 6 2 抽采管路敷设路线 32 6 3 抽采瓦斯管径选择 32 6 4 管网阻力计算 33 6 5 管路敷设及管路附属设施 35 6 6 抽采泵选型 39 6 7 抽采瓦斯泵压力计算 39 6 8 瓦斯泵的真空度计算 40 6 9 抽采泵选型 40 6 10 抽采瓦斯泵房主要附属设施 41 6 11 抽采管路 设备的安装要求 44 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 7 瓦斯抽采泵站 44 7 1 抽采泵站布置 44 7 2 瓦斯抽采泵站设备布置 46 8 矿井瓦斯抽采工程工期预计 47 8 1 瓦斯抽采工程 47 8 2 施工进度指标及工期预计 47 9 瓦斯抽采安全技术措施 47 9 1 抽采系统安全措施 47 9 2 抽采泵站安全措施 48 10 瓦斯的综合利用 49 10 1 抽采瓦斯的综合利用及评价 49 10 2 亨元煤矿瓦斯利用方案的选择 52 11 瓦斯抽采的配套设施 52 11 1 给排水 采暖及供热 52 11 2 泵房的供电系统及通讯 54 11 3 检测 监控系统 56 11 4 地面建筑及环境保护 58 12 抽采瓦斯管理 60 12 1 管理与规章制度 60 12 2 瓦斯抽采人员配备 61 12 3 图纸 常用记录和技术资料 61 12 4 常用记录和报表格式 62 13 经济概算及投资 64 13 1 概算编制范围及依据 64 13 2 概算投资及明细 65 13 3 投资来源 65 13 4 技术经济分析及评价 66 13 5 主要技术指标表 66 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 1 前前 言言 一 概况一 概况 山西亨元煤业有限公司原名为寿阳县陈家河联营煤矿 2007 年实行股份制改 制后更名为山西亨元煤业有限公司 山西亨元煤业有限公司 采矿许可证 证号 1400000721029 是由山西省国土资源厅 2007 年颁发的 批准开采煤层为 6 8 15 15 下 生产规模为 450kt a 井田面积为 6 229km2 山西省煤炭工 业局以晋煤行发 2008 61 号文 关于批准寿阳县段王煤化有限责任公司等 12 座矿 井进行机械化升级改造的通知 批准该矿进行机械化采煤升级改造 采煤工艺为 综采 改造后能力 600kt a 根据 2008 年矿井瓦斯等级鉴定结果 矿井瓦斯绝对 涌出量 15 69m3 min 相对涌出量 21 04m3 t 二 任务来源二 任务来源 受山西煤炭运销集团寿阳亨元煤业有限公司 以下简称享元煤矿 的委托 煤 炭科学研究总院沈阳研究院承担了 山西煤炭运销集团寿阳亨元煤业有限公司瓦斯 抽采工程设计 任务 煤科总院沈阳研究院的设计人员在研究和分析了亨元煤矿各 煤层的赋存 开拓开采 地勘期间瓦斯的测试成果后认为 亨元煤矿具备建立地面 永久性瓦斯抽采系统的条件 三 设计的主要依据三 设计的主要依据 1 煤矿安全规程 2009 版 2 煤矿瓦斯抽采工程设计规范 GB 50471 2008 住房和城乡建设部 国家质 量监督检验检疫局联合发布 3 煤矿瓦斯抽采基本指标 AQ1026 2006 4 煤矿瓦斯抽采规范 AQ1027 2006 5 亨元煤矿测定的瓦斯基础参数 6 亨元煤矿提供的通风 生产和地质方面的资料 四 设计的指导思想四 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 设备 管材选型留有余地 能充分满足工作面安全生产的需要 3 采用的工艺技术具有先进性 且符合实际 五 设计的主要内容五 设计的主要内容 1 矿井瓦斯赋存情况 抽采瓦斯的必要性及可行性 抽采瓦斯量预计 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 2 2 抽采瓦斯方法及抽采工艺设计 抽采瓦斯钻场与钻孔参数设计 3 地面抽采泵站的位置选择 供水 供电 通讯等设计 4 工程中所需设备 仪器 仪表及附属装置等选型及安装设计 5 地面抽采泵站及井下管网的检测 监控系统布置 6 抽采瓦斯管理措施及安全措施 7 抽采所需设备清单及工程投资概算 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 3 1 矿井概况矿井概况 1 1 交通位置交通位置 享元煤矿位于寿阳县城北 直距约 11km 的解愁乡陈家河村 行政区划属解愁乡管 辖 井田面积为 6 2414km2 东西长约 2 405km 南北长约 3 550km 2009 年 10 月 20 日山西省国土资源厅颁发了中华人民共和国采矿许可证 证号 C1400002009111220046108 有效期 2009 年 11 月 26 日至 2011 年 11 月 26 日 井田面 积 6 2414 km2 批准开采煤层 3 15下号煤层 矿井生产能力 60 万吨 年 图图 1 11 1 矿井交通位置图矿井交通位置图 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 4 1 2 自然地理自然地理 1 2 1 地形 地貌及河流 井田地处沁水煤田北部边缘 寿阳县城之北 太原东山背斜之东南翼 地势北高 南低 东高西低 总体平坦 最高点在井田北东部 海拔 1214 0m 最低点在西南部 海拔 1071 3m 相对高差 142 7m 区内大部被新生界黄土掩盖 属丘陵地貌 井田地表水属黄河流域汾河水系 石门河流经井田西北部 温家庄河流经井田南 部 向南流入潇河 1 2 2 气象及地震情况 本区属温带大陆性季风型气候 冬春多风 夏季 6 9 月为雨季 年平均降雨量为 400 638mm 历史最高气温 36 1 最低气温 26 7 年均降水量 486 35mm 年均蒸 发量 1805 9mm 平均无霜期 151 天 夏天主导风向为东 冬天主导风向为西北 最大 冻土 1 10m 按照 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 地震动峰值加速度分区为 0 10g 对应的地震基本烈度值为 度 1 2 3 电源 矿井供电为双回路供电 分别引自寿阳县独壁变电站 801 专线和寿阳县城东变电 站 624 专线 10kv 直接入井 现有一眼水井 水量 150m3 d 供地面生活用水及锅炉用水 另外还利用解愁供水 站的水 满足生活水量的要求 水质符合饮用水标准 生产给水系统为井下排水 1 3 地质特征与煤层赋存地质特征与煤层赋存 1 3 1 地层 井田位于沁水煤田的北部 阳曲 盂县纬向构造带的南翼 区域内出露的地层有 奥陶系中统峰峰组 石炭系中统本溪组 石炭系上统太原组 二叠系下统山西组 二 叠系下统下石盒子组 二叠系上统上石盒子组和上第三系 第四系中上更新统及全新 统 1 3 2 地质构造 本区位于阳曲 盂县纬向构造带南翼 其东西两侧受太行经向构造带和新华夏系 构造的控制 南部受寿阳西洛南北向构造带影响 井田总体构造形态为一走向近东西 倾向南的单斜构造 伴有缓波状起伏 地层 倾角 20 12 中南部地层平缓 北部地层倾角较大 达 10 以上 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 5 综上所述 本井田地层平缓 陷落柱不发育 钻孔及生产中未发现断层及岩浆岩 1 3 3 煤层 井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组 共发育 13 层煤 煤层总厚平均 15 44m 含煤地层总厚 194 06m 含煤系数 8 其中山西组含煤 4 层 3 6 号煤层为稳定的全区可采煤层 太原组含煤 9 层 8 9 9下 11 12 13 15 15下 16 号煤层 主要可采煤层为 6 8 12 和 15下 各煤层情 况统计表详见表 1 1 表 1 1 主要可采煤层特征表 煤号 煤层厚度 m 最小 最大 平均 煤层间距 m 最小 最大 平均 结构可采情况稳定性 6 1 65 2 13 1 89 简单 0 1 层夹矸全区可采稳定 4 30 9 20 6 92 2 80 8 30 5 72 36 30 53 40 41 80 8 1 06 2 30 1 65 简单全区可采稳定 23 40 34 70 27 35 15 1 20 4 20 2 33 简单 0 2 层夹矸全区可采稳定 15下 0 90 7 40 3 91 7 70 26 70 17 72 复杂 0 5 层夹矸全区可采稳定 1 6 号煤层 位于山西组下部 上距 3 号煤 9 20 15 80m 平均 13 63m 煤厚 1 65 2 13m 平均 1 89m 厚度变化不大 只有 P81 孔含 1 层夹矸 夹矸厚 0 16m 顶板岩性为砂质 泥岩 砂岩或泥岩 底板岩性为砂质泥岩或泥岩偶见砂岩 属全区稳定可采煤层 2 8 号煤层 位于太原组顶部 上距 6 号煤 4 30 9 20m 平均 6 92m 煤层厚度 1 06 2 30m 平均 1 65m 井田内厚度变化不大 不含夹矸 顶板岩性为砂质泥岩或 砂岩 底板岩性为砂质泥岩 属全区稳定可采煤层 3 15 号煤层 位于太原组下部 K2 灰岩之下 K2 灰岩为其直接顶板 上距 12 号煤 23 40 34 70m 平均 27 36m 煤厚 1 20 4 20m 平均 2 33m 中部厚 南北较薄 属全区稳定可采煤层 底板岩性为泥岩 砂质泥岩 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 6 4 15下 下号煤层 位于太原组下部 上距 15 号煤 7 70 26 70m 平均 18 14m 层间距变化较大 煤厚 0 90 7 40m 平均 3 91m 井田内北部厚 中部较薄 顶板岩性为砂质泥岩或泥 岩 底板岩性为砂质泥岩 属全区稳定可采煤层 1 3 4 煤质 1 物理性质和煤岩特征 煤的颜色为黑色 条痕为黑至褐黑色 玻璃光泽或强玻璃光泽 条带状结构 层 状构造 断口以参差状为主 次为贝壳状 内生裂隙较发育 太原组下部煤层内生裂 隙常被方解石脉及黄铁矿薄膜充填 宏观煤岩组分以半亮煤为主 镜煤 暗煤次之 丝炭较少 宏观煤岩类型以半亮 型煤为主 2 化学性质及工艺性能 据矿井生产资料 井田内钻孔资料以及附近钻孔资料和相邻矿井资料 将主要可 采煤层煤质指标汇总如表 1 2 表 1 2 主要可采煤层煤质特征汇总表 煤层 Ad Vdaf St d Qgv d MJ kg Cdaf Hdaf 原 煤 12 22 33 19 17 67 11 88 15 10 13 11 5 0 39 2 04 0 90 5 29 47 31 66 30 43 5 6 浮 煤 6 25 7 01 6 55 5 10 78 12 92 11 39 5 0 55 1 00 0 68 4 33 61 33 88 33 75 2 91 28 2 4 29 2 原 煤 12 20 35 47 20 85 7 11 52 16 31 13 46 7 0 41 1 45 0 74 5 28 62 31 11 29 55 5 8 浮 煤 5 03 12 97 7 96 6 10 11 14 00 11 61 6 0 48 0 82 0 58 4 34 00 34 11 34 06 2 90 97 2 4 15 2 原 煤 28 07 35 12 31 60 2 15 35 17 18 16 27 2 2 5627 92 1 15 浮 煤 7 84 8 58 8 21 2 11 04 12 19 11 62 2 90 25 1 4 22 1 原 煤 22 49 25 38 23 94 2 12 71 14 19 13 45 0 37 0 94 0 66 2 28 90 1 15 下浮 煤 4 48 6 95 5 72 2 10 66 1 0 5291 32 1 4 10 1 6 号煤层 原煤灰分 Ad 为12 22 33 19 平均为17 67 浮煤挥发分 Vdaf 10 78 12 92 平均为11 39 原煤全硫 St d 为0 39 2 04 平均为0 90 发热量 Qgr d 29 47 31 66MJ kg 平均30 43MJ kg 为低灰 高灰 特低硫 中高硫 高 热值 特高热值贫煤 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 7 8 号煤 原煤灰分 Ad 为12 20 35 47 平均为20 85 浮煤挥发分 Vdaf 10 11 14 00 平均为11 61 原煤全硫 St d 为 0 41 1 45 平均为0 74 发 热量 Qgr d 28 62 31 11MJ kg 平均29 55MJ kg 为低灰 高灰 特低硫 中硫 高热值 特高热值贫煤 15 号煤 原煤灰分 Ad 为 28 07 35 12 平均为 31 60 浮煤挥发分 Vdaf 11 04 12 19 平均 11 62 原煤全硫 St d 平均为 2 56 发热量 Qgr d 平均 为 27 92MJ kg 为中灰 高灰 中高硫 高热值贫煤 15下号煤 原煤灰分 Ad 为 22 49 25 38 平均为 23 94 浮煤挥发份 Vdaf 为 10 66 原煤全硫 St d 为 0 37 0 94 平均为 0 66 发热量 Qgr d 平均为 28 90MJ kg 为中灰 特低硫 低硫 高热值贫煤 1 3 5 瓦斯 1 矿井瓦斯 井田内钻孔未进行过瓦斯采样测试工作 山西省煤炭工业局文件晋煤安发 2009 36 号 关于晋中市 2008 年度 30 万吨 年及以上煤矿矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结 果的批复 寿阳县亨元煤业有限公司瓦斯鉴定等级为高瓦斯矿井 见表 1 3 表 1 3 寿阳县亨元煤业有限公司矿井瓦斯等级鉴定结果汇总表 瓦斯涌出量二氧化碳涌出量 鉴定时间 相对 m3 t绝对 m3 min等级相对 m3 t绝对 m3 min 2008 年21 0415 69高1 411 41 2 煤芯样瓦斯鉴定 2006 年 2 月 5 月补充勘探期间 在钻孔中采集煤层瓦斯样 委托山西省煤炭工 业局综合测试中心进行了化验测试 3 号煤层 CH4含量 8 72 12 8ml g 占 49 18 95 53 平均 93 7 CO2含量 0 29 0 75ml g 占 2 43 4 35 平均 3 74 可燃质平均占 88 23 9 号煤层 CH4含量 10 50 ml g 占 82 87 CO2含量 0 45 ml g 占 3 45 可 燃质占 84 8 15 煤层 CH4含量 15 39 16 61ml g 占 93 27 97 77 平均 95 42 CO2含量 0 23 0 32ml g 占 1 66 2 37 平均 2 00 可燃质含量占 88 74 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 8 井田 3 号和 15 号煤层全部为甲烷带 根据钻孔瓦斯样品测试结果 井田构造和煤层赋存特征 推测 3 号煤层在全井田 范围内均存在突出可能 井田 3 号 15 号煤层瓦斯含量一般表现为纵向上向深部变高 平面上表现为井田 西部高于东部 由于井田内 3 号煤层埋深大于 450m 根据煤层赋存条件推断 不存在瓦斯逸散带 故依据平 3 平 4 两个钻孔及其沼气含量 大致估算井田瓦斯变化梯度为 79 56 m ml g 1 3 6 煤的自燃与煤尘爆炸 2008 年 5 月 20 日由山西煤矿矿用安全产品检验中心检测的 6 8 号煤样 结果是 6 8 号煤层均有爆炸性 见表 1 4 表 1 5 除 6 8 号煤层外 其它煤层未采样化验 但据寿阳东详查资料 各煤层均有爆炸 性 表 1 4 煤尘爆炸及自然倾向性检验结果汇总表 测试日期煤层项目参数结果 火焰长度 mm 10 抑制煤尘爆炸最低岩粉用量 50 煤尘爆炸 定性分析 鉴定结论有爆炸性 煤尘爆炸最大爆炸压力 MPa 0 51 最大压力上升速率 MPa s 34 91 煤尘云爆炸下限浓度 g m3 20 煤尘云最低着火温度 C 830 煤尘爆炸 特性参量 煤尘层最低着火温度 C 380 煤的吸氧量 cm3 g 0 88 自然倾向性等级 2008 5 206 煤自然 倾向性 自然倾向性不易自燃 表 1 5 煤尘爆炸及自然倾向性检验结果汇总表 测试日期煤层项目参数结果 火焰长度 mm 10 抑制煤尘爆炸最低岩粉用量 45 煤尘爆炸 定性分析 鉴定结论有爆炸性 煤尘爆炸最大爆炸压力 MPa 0 42 最大压力上升速率 MPa s 16 11 煤尘云爆炸下限浓度 g m3 20 2008 5 208 煤尘爆炸 特性参量 煤尘云最低着火温度 C 800 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 9 煤尘层最低着火温度 C 390 煤的吸氧量 cm3 g 0 90 自然倾向性等级 煤自然 倾向性 自然倾向性不易自燃 煤的自燃 据煤矿 2008 年 5 月 20 日由山西煤矿矿用安全产品检验中心检测的 6 8 号煤样 结果是 6 8 号煤层自燃等级为 级 倾向性为不易自燃煤层 地温 根据寿阳东详查地质报告恒温带的深度为 60m 温度为 9 45 C 平均地温梯度为 2 29 C 100m 增温率为垂向增深 43 67m 升高 1 C 属于地温正常区 1 3 7 邻近矿井瓦斯情况 与亨元煤矿相邻的有裕民煤矿 崔家垴煤矿 祥升煤矿其基本瓦斯情况如下 祥升煤矿绝对瓦斯涌出量 1 2m3 t 相对瓦斯涌出量 3 5m3 min 裕民煤矿绝对瓦斯 涌出量 2 12m3 t 相对瓦斯涌出量 5 7m3 min 崔家垴煤矿绝对瓦斯涌出量 1 8m3 t 相 对瓦斯涌出量 4 6m3 min 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 10 图图 1 21 2 相邻矿井位置图相邻矿井位置图 1 4 矿井开拓与开采矿井开拓与开采 矿井目前开采 6 号 8 号煤层 1 资源储量 1 资源 储量估算范围 井田内参与资源 储量估算的煤层为 3 6 8 9 12 15上 15下号煤层 共计 7 层 各煤层的估算范围由井田边界 煤层可采边界 采空区边界圈定 2 资源储量估算指标 井田内煤层煤类均为贫煤 按现行 煤 泥炭地质勘查规范 DZ T0215 2002 的 规定 最低可采厚度为 0 80m 最高灰分 Ad 40 最高硫分 St d 3 最低发热 量 Qnet d 17 0MJ kg 各煤层视相对密度如表 1 6 表 1 6 各煤层视密度一览表 煤层36891215上15下 视密度 t m3 1 411 341 361 361 351 401 43 3 地质资源储量 全井田批准开采 6 8 15上 15下号煤层 累计查明的保有资源 储量 6796 万 t 表 1 7 矿井地质资源 储量汇总表 单位 kt 资源 储量 万 t c 111b122b333蹬空区现保有 111b 总量 111b 122b 总量 3350635630999135 99 685028413 1147 74 99 857152412 1107 52 99 95054379 951 53 99 12426 426 15上1096732 1828 60 100 15下1096732 1828 60 100 合计 4468334446630982785494 4 矿井设计可采储量 矿井设计可采储量汇总见表 1 8 表 1 8 矿井设计可采储量计算表 单位 kt 煤层设计资源 保护煤柱损失 开采设计 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 11 编号储量工业场地大巷 突危险 水区 小计损失可采储量 66305200171319138783514 86310270172819988623450 2 开拓开采 生产概况及服务年限 本矿采用斜 立井开拓方案 利用原主工业场地内的主斜井作为整合后的主提升 井 主斜井净宽 4 2m 净断面积 10 7m2 到 8 号煤层底板斜长 356m 至井底煤仓下口 斜长 412m 倾角 30 装备大倾角强力胶带输送机担负矿井的煤炭提升任务 兼作一 个进风井 利用原副井工业场地内的副斜井作为整合后的辅助提升井 副斜井净宽 3 2m 净断面积 8 8m2 到 8 号煤层井底车场 328m 倾角 30 装备架空行人装置和 单钩串车 担负矿井的材料提升和人员提升任务 并作为另一个进风井 回风立井井 筒净直径 3 2m 净断面积 8 04m2 到 6 号煤层垂深 182m 铺设金属梯子间 担负矿 井的回风任务 三个井筒均为矿井的安全出口 主斜井落底于 950m 水平 在主斜井井底附近设主水泵房及变电所 井底水仓和 管子道等硐室 在煤仓上口沿 8 号煤层东西布置运输大巷 平行该巷道在 6 号煤层布 置轨道大巷 在 3 号煤层重叠于运输大巷布置回风大巷 回风立井井筒落底于 6 号煤 层 通过进风斜巷与 6 号层布置的轨道大巷相连 通过运输 轨道 回风三条大巷延 伸至井田东部边界 双翼开采井田内 602 采区 通过南北布置的四采区运输 轨道 回风下山开采井田南部的 604 采区 运输下山和轨道下山直接与运输大巷和轨道大巷 连接 沿 6 号煤层布置的四采区回风下山通过回风斜巷与原布置在 3 号煤层的回风大 巷连接 形成采区回风系统 主斜井落底处附近设置有主水泵房及变电所 井底水仓 管子道等硐室 在副斜 井落底处设置有副井底配电室 水仓 水泵房等硐室 同时在 602 和 604 采区交汇处 设置采区配电室 水泵房及水仓等硐室 运输大巷及下山主要运输采用带式输送机运输 辅助运输采用无极绳绞车牵引矿 车运输 3 水平划分及标高 根据煤层赋存特征 采用一个水平开采全井田 6 8 号煤层 开采水平标高 950m 4 大巷布置 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 12 根据煤层赋存特征 运输大巷 轨道大巷平行布置 间距 25m 回风大巷与运输 大巷上下重叠布置 间距 12m 大巷一侧留设 30m 的保安煤柱 运输大巷沿 8 号煤层 布置 轨道大巷沿 6 号煤层布置 回风大巷沿 6 号煤层布置 四采区运输下山 轨道 下山和回风下山平行布置 间距 30m 运输下山沿 8 号煤层布置 轨道下山和回风下 山沿 6 号煤层布置 5 采区划分及开采顺序 根据井田开拓布置 按照 煤炭工业矿井设计规范 要求 并结合工作面技术装 备和管理水平 6 8 号煤层分别设计布置 4 个采区 其中 601 和 801 采区已经采空 本次投产采区为 602 采区 在 602 采区布置 1 个综采工作面 1 个准备工作面和 2 个综掘工作面保证矿井的 设计生产能力 1 5 矿井通风矿井通风 矿井采用机械抽出式通风 主斜井和副斜井进风 回风立井回风 主风机型号为 BD54 6 18 电机功率为 2 132KW 总进风量 3950m3 min 总回风量 4280m3 min 1 新鲜风流 回采工作面 地面 主斜井 副斜井 井底车场 运输大巷 东运输巷 60205 面 运输顺槽 回采工作面 掘进工作面 地面 主斜井 副斜井 井底车场 运输大巷 东运输巷 掘进工 作面 2 污浊风流 回采工作面 工作面回风顺槽 回风大巷 四采区回风下山 回风立井 地面 掘进工作面 回风大巷 四采区回风下山 回风立井 地面 通风系统图见图 1 3 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 13 图 1 3 矿井通风系统图 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 14 2 矿井瓦斯储量及可抽量预测矿井瓦斯储量及可抽量预测 2 1 矿井瓦斯基础参数矿井瓦斯基础参数 煤层瓦斯赋存基础参数是矿井瓦斯防治和瓦斯抽采设计的依据 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 煤层透气性系数和 钻孔流量衰减系数 设计采用的煤层瓦斯基础参数为山西省煤炭工业局综合测试中心在该矿测定数据 1 煤层瓦斯含量 根据山西省煤炭工业局综合测试中心对煤层瓦斯含量测定 亨元煤矿的煤层瓦斯 含量 8 25 9 34 m3 t 之间 瓦斯含量较高 测定结果见表 2 1 表 2 1 瓦斯含量测定结果 样品中气体组分 瓦斯含 量 测定地点 煤层 采样孔 深 m 埋深 m CH4CO2N2 m3 t 二采区专用回风巷距总回风巷 风硐 60m 处 31284 35 15 658 25 060205 切眼距进风巷 50m 处61285 63 14 379 23 060205 切眼距回风巷 50m 处63081 68 18 328 97 934 水平 060204 进风巷往东 50m 81089 36 10 649 34 934 水平 060204 进风巷往东 100m 81085 61 14 398 58 2 钻孔瓦斯流量衰减系数及极限流量 瓦斯基础参数测定期间 测定煤层瓦斯衰减系数为 0 054 d 1 百米钻孔的初始 瓦斯折算流量 0 175 m3 min 百米钻孔极限排放瓦斯量5039m3 0 q j Q 3 透气性系数 6 号煤层透气性系数为3 734 19 458 4 煤的瓦斯吸附常数 瓦斯基础参数测定期间对煤样的瓦斯吸附常数进行测定 通过对该煤样的瓦斯吸 附试验 得出结果详见下表 2 2 表 2 2 煤样瓦斯吸附试验结果表 吸 附 常 数 煤样采集地点 a m3 t b MPa 1 6 号煤层 060205 切眼距进风巷 50m 处39 2480 665 8 号煤层 934 水平 060204 运输顺槽处36 6810 692 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 15 2 2 矿井瓦斯储量矿井瓦斯储量 矿井瓦斯储量系指煤层开采过程中 能够向开采空间排放瓦斯的煤 岩层赋存的 瓦斯总量 瓦斯储量的大小标志着瓦斯资源多寡 同时亦是衡量有无开发利用价值的 重要指标 瓦斯储量计算公式为 Wk W1 W2 W3 式中 Wk 矿井瓦斯储量 km3 W1 可采层的瓦斯储量总和 km3 W1 n i iix A 1 11 A1i 矿井每一个可采煤层的煤炭储量 kt X1i 矿井每一个可采煤层的瓦斯含量 m3 t W2 开采煤层采动影响范围内不可采邻近层的瓦斯储量总和 km3 W2 n i iix A 1 22 A2i 开采层采动影响范围内的每一个不可采邻近煤层的煤炭储量 kt X2i 开采层采动影响范围内的每一个不可采邻近煤层的瓦斯含量 m3 t W3 围岩瓦斯储量 km3 矿井可开发瓦斯量 或称可抽采量 是指在既定的开采地质条件下 按照目前的 抽采技术水平所能抽出的最大瓦斯量 它反映着矿井资源的开发程度 与抽采工艺技 术和抽采能力密切相关 开采煤层的可开发瓦斯量为开采层的瓦斯储量与抽采率之积 邻近层可开发瓦斯量 为邻近层的瓦斯储量 瓦斯涌出系数与抽采率三者之积 开采煤层 邻近层及围岩的 抽采率均取 30 1 开采层瓦斯储量 经计算 亨元煤矿开采 6 号 8 号煤层瓦斯储量为 16094 万 m3 可开发量为 4828 万 m3 2 邻近层及围岩瓦斯储量 元亨煤矿开采 6 号 8 号煤层采动影响的邻近层较多 邻近层及围岩瓦斯储量为 54087 万 m3 可开发量为 16226 万 m3 3 矿井瓦斯储量为 70181 万 m3 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 16 3 矿井瓦斯涌出量预测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 为矿井和采区提供通风及瓦斯管理方面的基础数据 它是矿井通风设计 瓦斯 抽采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 本次采用分源预测法 其实质是根据煤层瓦斯含量 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矿井各回采工作面 掘 进工作面的瓦斯涌出量进行计算 达到预测各采区及全矿井瓦斯涌出量的目的 元亨煤矿矿井瓦涌出量预测采用分源预测法预测 回采工作面产量按照 1636t d 预 测瓦斯涌出量 元亨煤矿为改扩建矿井 矿井初期设计生产能力为 0 6Mt a 汇 矿井瓦斯涌出汇 矿井瓦斯涌出 生产采区瓦斯涌出生产采区瓦斯涌出 源 已采采区采空区瓦斯涌出源 已采采区采空区瓦斯涌出 回采工作面瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出掘进工作面瓦斯涌出掘进工作面瓦斯涌出源 生产采区采空区瓦斯涌出源 生产采区采空区瓦斯涌出 源 开采层瓦斯涌出源 开采层瓦斯涌出源 邻近层瓦斯涌出源 邻近层瓦斯涌出源 煤壁瓦斯涌出源 煤壁瓦斯涌出 源 落煤瓦斯涌出源 落煤瓦斯涌出 图 3 1 矿井瓦斯涌出源汇关系示意图 3 1 回采工作面瓦斯涌出量预测回采工作面瓦斯涌出量预测 由亨元煤矿开拓及采掘接续计划布置可知 亨元煤矿 6 号煤层开采过程中主要分 为 601 采区 602 采区 603 采区 604 采区开采 其中 601 采区已回采完毕 本次矿 井瓦斯涌出量预测过程中 瓦斯含量取值为本次实测最大值 其中 6 号煤层取值为 9 23 m3 t 8 号煤层取值为 9 34m3 t 回采工作面瓦斯来源包括开采层瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出两部分 q回 q开 q邻 3 1 式中 q回 回采工作面瓦斯涌出量 m3 t q开 开采层瓦斯涌出量 m3 t q邻 邻近层瓦斯涌出量 m3 t 1 一次采全高开采时 开采层瓦斯涌出量计算 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 17 3 2 c 0321 1 WW M m kkkq 式中 q开 开采煤层 包括围岩 相对瓦斯涌出量 m3 t k1 围岩瓦斯涌出系数 取 k1 1 30 k2 工作面丢煤瓦斯涌出系数 其值为工作面回采率 综采面取 95 的倒数 取 1 05 k3 准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数 系数 k3按下式确定 L hL k 2 3 3 3 L 工作面长度 120m h 巷道瓦斯预排等值宽度 10 5m m 煤层厚度 m 1 89m M 煤层采高 m 1 89m w0 煤层原始瓦斯含量 见表 2 1 根据经验梯度值 回采最深处时 6 8 号煤 层瓦斯含量值分别为 10 23 10 34 m3 t wc 煤的残存瓦斯含量 取 X1 3 2m3 t 回采 6 号煤层过程中开采层瓦斯涌出量 c 0321 WW M m kkkq 开 1 3x1 05x0 825x 9 23 3 2 6 79m3 t 回采 8 号煤层过程中开采层瓦斯涌出量 c 0321 WW M m kkkq 开 1 3x1 05x0 825x 9 34 3 3 3 2 3 2m3 t 2 回采过程中邻近层瓦斯涌出量 2 01 1 1 n i iii i m qkWW m 3 4 式中 邻近层瓦斯涌出量 m3 t 2 q 第 i 个邻近层厚度 m i m 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 18 开采层的开采厚度 m 1 m 第 i 邻近层原始瓦斯含量 m3 t 0i W 第 i 邻近层残存瓦斯含量 m3 t 1i W k1 取决于层间距离的第 i 邻近层瓦斯排放率 k1可根据层间距离 表 3 1 由图 3 2 查取 排放率 邻近层瓦斯排放率 至 开 采 层 距 离 至 开 采 层 距 离 a 国外测定曲线 b 国内测定曲线 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 图 3 2 邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线 6 号煤层回采过程中邻近层瓦斯涌出 6 号煤层开采时可向该煤层涌出瓦斯的邻近层有 3 8 9 受采动影响的邻近煤层 其瓦斯涌出量计算详见表 3 1 表 3 1 6 号煤层上下邻近层瓦斯涌出量计算表 煤 厚 瓦斯 含 量 残存瓦斯 含 量 距 6 号煤 层的距离 瓦斯排放率 相对瓦斯 涌出量 备 注煤 层 名 称 mm3 tm3 tm m3 t 3 号1 778 253 2012 36934 5上 8 号1 659 343 206 92603 3 9 号1 179 343 2012 64451 7 下 合计 9 5 8 号煤层回采过程中邻近层瓦斯涌出 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 19 表 3 2 8 号煤层上下邻近层瓦斯涌出量计算表 煤 厚 瓦斯 含 量 残存瓦斯 含 量 距 8 号煤 层的距离 瓦斯排放率 相对瓦斯 涌出量 备 注煤 层 名 称 mm3 tm3 tm m3 t 3 号1 778 253 2019 28930 5上 9 号1 179 343 205 72452 2下 合计2 7 3 回采工作面瓦斯涌出量 回采 6 号煤层 q回 q开 q邻 6 79 9 5 16 29m3 t 回采 8 号煤层 q回 q开 q邻 3 2 2 7 5 9m3 t 表 3 3 回采工作面瓦斯涌出量预测结果表 相对瓦斯涌出量 m3 t 回采 工作 面 煤厚 m 瓦斯 含量 m3 t 日产 量 t d 开采 层 m3 t 邻近 层 m3 t 合计 最大 相对 量 不均 衡系 数 工作面最大 瓦斯涌出量 m3 min 6 号煤 层 1 899 2316366 799 516 2924 791 222 2 8 号煤 层 1 659 3416363 22 75 99 961 28 0 3 2 掘进工作面瓦斯涌出量预测掘进工作面瓦斯涌出量预测 掘进工作面瓦斯涌出量包括掘进时煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出 qj qB qL 3 4 式中 qj 掘进工作面瓦斯涌出量 m3 min qB 煤壁瓦斯涌出量 m3 min qL 落煤瓦斯涌出量 m3 min 掘进工作面煤壁瓦斯涌出量 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 单位时间内单位面 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 20 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基本稳定 其计算公式为 3 5 1 2qvq v L 0B D 式中 qB 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量 m3 min D 巷道断面内暴露煤壁的周边长度 m D 2m0 v 巷道平均掘进速度 0 009m min L 掘进巷道长度 L 综掘取 800m q0 煤壁瓦斯涌出初速度 m3 m2 min 按下式计算 0 2f 0 0 16 X 04 V0 026 0 00q 式中 Vf 煤中挥发份含量 取平均值 13 X0 煤层原始瓦斯含量 掘进工作面落煤瓦斯涌出量 3 6 XX q 10L vS 式中 qL 掘进巷道落煤瓦斯涌出量 m3 min v 巷道平均掘进速度 0 0035m min S 掘进巷道断面积 S 9 2m2 煤的密度 取平均值 1 40t m3 X0 煤层原始瓦斯含量 X1 煤层残存瓦斯含量 3 2m3 t 表 3 4 掘进工作面瓦斯涌出量预测 瓦斯涌出量 掘进工 作面 掘进 工作面 煤厚 m 瓦斯含量 m3 t 巷长 m 掘进速度 m 月 煤壁落煤 合 计 不均衡 涌出系 数 1 3 6 号煤 层 工作面 顺槽 1 899 238004001 10 571 672 36 8 号煤 层 工作面 顺槽 1 659 348004000 980 271 251 71 备注 巷长取各采区回采工作面顺槽及大巷的实际的掘进长度 综掘最长取 800m 3 3 生产采区瓦斯涌出量预测生产采区瓦斯涌出量预测 生产采区瓦斯涌出量系采区内所有回采工作面 掘进工作面 巷道 和生产采空 区瓦斯涌出量之和 按下式计算 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 21 o n 1i n 1 A q1440K q 掘采 区 i i i iA q 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 1 25 1 45 取 1 3 q采 i 回采工作面相对瓦斯涌出量 m3 t Ai 回采工作面的日产量 1636t q掘 掘进工作面绝对瓦斯涌出量 m3 min A0 生产采区平均日产量 A0 1818t 采区相对瓦斯涌出量 绝对瓦斯涌出量及在瓦斯涌出不均衡的绝对瓦斯涌出量计 算如表 3 5 所示 表 3 5 采区瓦斯涌出量预测结果表 瓦斯涌出量 合 计 采区 平均 产量 t d 回采工作 面 m3 min 掘进 m3 min 采空区 m3 min m3 min m3 t 6 号煤层181822 22 366 932 5625 78 8 号煤层18188 01 712 913 0810 36 3 4 矿井瓦斯涌出量预测矿井瓦斯涌出量预测 矿井瓦斯涌出量是矿井内全部生产采区和已采采空区瓦斯涌出量之和 按下式计 算 n i i iA q 1i i n 1 A K q 区 井 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 1 25 1 45 取 1 3 q区 i 第 i 个生产采区相对瓦斯涌出量 m3 t Ai 第 i 个生产采区平均日产量 t 1818 按上式计算出矿井瓦斯涌出量预测结果见表 3 6 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 22 表 3 6 矿井瓦斯涌出量预测结果 涌出构成瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量 矿井生 产采区 平均 产量 t d 回采工作面 m3 min 掘进工作面 m3 min 采空区 m3 min 绝对涌出量 m3 min 相对涌出 量 m3 t 6 号煤层181818 512 3611 6442 3233 52 8 号煤层18186 671 714 6717 013 47 4 矿井瓦斯抽采的必要性与可行性矿井瓦斯抽采的必要性与可行性 4 1 矿瓦斯来源分析矿瓦斯来源分析 根据矿井瓦斯涌出量预测 矿井 工作面的瓦斯涌出量构成结果见表 4 1 4 2 表 4 1 矿井瓦斯涌出量构成预测结果 开采煤 层 回采 工作面 瓦斯 涌出量 m3 min 回采工作 面瓦斯涌 出量所占 比例 掘进 工作面 瓦斯 涌出量 m3 min 掘进工作面 瓦斯涌出量 所 占比例 已采采空 区瓦斯涌 出量所占 比例 生产采区 采空区瓦 斯涌出量 所占比例 矿井瓦斯 涌出量 m3 min 6 号煤 层 22 252 42 365 6221942 32 8 号煤 层 8 0471 71815517 0 表 4 2 回采工作面瓦斯涌出量构成预测结果 开采煤层 回采 工作面 瓦斯 涌出量 m3 min 开采层 瓦斯 涌出量 m3 min 邻近层 瓦斯涌 出量 m3 min 开采层瓦斯涌出量 所占比例 邻近层 瓦斯涌出量 所占比例 6 号煤层22 212 79 55743 8 号煤层85 32 7 6634 根据表 4 1 4 2 和矿井开拓开采以及地质条件等情况可知 亨元煤矿瓦斯涌出 来源多 分布范围广 煤层赋存条件复杂 应针对各涌出源采取多种抽采方法相结 合的综合抽采方法 4 2 瓦斯抽采的必要性瓦斯抽采的必要性 根据国家安全生产监督管理总局 2007 年颁布的 煤矿安全规程 第一百四十五 条规定 凡有下列情况之一的矿井 必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下临时抽 采系统 一 一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于 5m3 min 或一个掘进工作面绝对瓦 斯涌出量大于 3m3 min 采用通风方法解决不合理的 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 23 二 矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的 1 大于或等于 40m3 min 2 年产量 1 0 1 5Mt 的矿井 大于 30m3 min 3 年产量 0 6 1 0Mt 的矿井 大于 25m3 min 4 年产量 0 4 0 6Mt 的矿井 大于 20m3 min 5 年产量小于或等于 0 4Mt 的矿井 大于 15m3 min 三 开采有煤与瓦斯突出危险煤层的 以下从三个方面来分析亨元煤矿开采过程中有进行瓦斯抽采必要性 4 2 1 从矿井瓦斯涌出情况分析瓦斯抽采的必要性 根据对亨元煤矿年产 60 万 t a 时矿井瓦斯涌出量的预测 回采 6 号煤层时 工作 面瓦斯绝对涌出量为 22 2m3 min 42 32m3 min 从涌出量分析矿井应进行瓦斯抽采 4 2 2 从工作面通风能力分析瓦斯抽采的必要性 当一个矿井或一个采区 工作面 的绝对瓦斯涌出量 qj m3 min 大于通风所允许的 瓦斯涌出量 qr m3 min 时 就要抽采瓦斯 其抽采的指标为 k vsc qq yj 6 0 qj 采掘工作面的瓦斯涌出量 m3 min qr 通风所允许的瓦斯量 m3 min K 巷道最大风速 取 4m s K 瓦斯涌出不均衡系数 取 k 1 5 C 煤矿安全规程 允许的采掘工作面最高瓦斯浓度 C 1 0 通过上式计算可得 通风最大允许瓦斯量为 11 08m3 min 4 3 瓦斯抽采的可行性瓦斯抽采的可行性 4 3 1 开采层抽采瓦斯的可行性 开采层瓦斯抽采的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性 一般来说 其 衡量指标有两个 一为煤层的透气性系数 二为钻孔瓦斯流量衰减系数 按 和 判 定开采层瓦斯抽采可行性的标准如表 4 3 所示 亨元煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计 24 表 4 3 开采层预抽瓦斯难易程度分类表 抽采难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数 d 1 煤层透气性系数 m2 MPa2 d 容易抽采10 可以抽采0 003 0 0510 0 1 较难抽采 0 05 0 1 亨元煤矿实测 6 号煤层钻孔瓦斯流量衰减系数为 0 054d 1 透气性系数为 3 734 19 458 对比表 3 1 可以看出 6 号煤层属于可以抽采煤层 但由于衰减较快设计 采取强化措施抽采本煤层瓦斯 4 3 2 邻近层抽采瓦斯的可行性 根据亨元矿生产实际情况 亨元煤矿回采过程中邻近层瓦斯涌出很大 所以应采 取邻近层抽采 4 4 原瓦斯抽采系统情况原瓦斯抽采系统情况 亨元煤矿已经于 2004 年建立一套瓦斯抽采系统 抽采方法为本煤层预抽 及采空 区插管抽采 抽采泵为两台 2BE1 303 水环真空泵 抽采泵抽