南阳庙煤矿瓦斯抽采规划.doc

湖湖 南南 省省 煤煤 业业 集集 团团 有有 限限 公公 司司 南南阳阳煤煤业业分分公公司司南南阳阳庙庙煤煤矿矿 2008 2012 年年 瓦瓦斯斯抽抽采采与与利利用用规规划划 湖南省煤业集团有限公司 湖南省煤业集团有限公司南阳煤业分公司 煤炭科学研究总院重庆研究院 2008 年 05 月 湖湖 南南 省省 煤煤 业业 集集 团团 有有 限限 公公 司司 南南阳阳煤煤业业分分公公司司南南阳阳庙庙煤煤矿矿 2008 2012 年年瓦瓦斯斯抽抽采采与与利利用用规规划划 编制人员编制人员 湖南省煤业集团有限公司湖南省煤业集团有限公司 湖南省煤业集团有限公司南阳煤业分公司湖南省煤业集团有限公司南阳煤业分公司 煤炭科学研究总院重庆研究院煤炭科学研究总院重庆研究院 目 录 第一章 矿井概况 1 第一节 矿井概况 1 第二节 地质构造情况 2 第三节 煤层赋存情况 3 第四节 开拓 开采与生产规划 3 第五节 通风瓦斯情况 7 第六节 煤层瓦斯基本参数 7 第二章 矿井瓦斯抽采与利用现状 8 第一节 矿井主要灾害因素 8 第二节 目前所采用的瓦斯抽采技术及装备 8 第三节 机构设置及人员配备情况 9 第三章 瓦斯抽采与利用规划的目标 10 第一节 目前存在的主要问题 10 第二节 瓦斯抽采与利用规划的目标 10 第三节 抽采量目标 11 第四章 瓦斯抽采与利用规划的主要内容 14 第一节 完善矿井瓦斯地质基础资料 14 第二节 矿井生产和通风系统调整 15 第三节 建立有效 先进的瓦斯抽采技术体系 16 第四节 瓦斯抽采先进工艺技术研究 24 第五节 瓦斯抽采新装备的试验应用 25 第六节 矿井瓦斯综合利用规模 途径 25 第七节 瓦斯抽采和利用系统及配套工程 26 第八节 抽放瓦斯组织管理及主要安全技术措施 37 第九节 科研项目 39 第五章 机构设置及资金概算 41 第一节 机构设置 41 第二节 资金概算 42 1 第一章 矿井概况 第一节 矿井概况 一 位置与交通一 位置与交通 南阳庙煤矿为国有煤矿 隶属湖南省煤业集团有限公司白沙能源股份有限公司 南阳煤业分公司 井田位于耒阳市城东南 36km 的南阳镇境内 郴耒煤田白沙向斜 东翼 井田范围北起 20 勘探线与夏塘井田相接 南止于 F10边界断层同淝江井田相 邻 浅部以 6 煤露头为界 深部到 6 煤 400 水平 走向长 2 75km 倾向宽 0 7km 面积约 2 0km2 矿区有矿山专用标准铁路经星子所 白山坪 珠矾淮与京广铁路相接全长约 21km 南阳有公路经夏塘于司兰桥与 S320 公路接通 也可经星子所于龙塘与 S320 公路相通 交通方便 交通位置见图 1 1 1 图 1 1 1 南阳庙煤矿交通位置图 二 矿井设计生产能力及服务年限二 矿井设计生产能力及服务年限 南阳庙煤矿矿井 1969 年由武汉煤矿设计院设计 当时矿井设计能力为 90kt a 1971 年 9 月由湖南省煤炭工业局重新设计 矿井设计能力为 200kt a 1971 年开始兴建 1973 年湘勘一队修改了原地质报告 湖南省煤炭局以 73 湘煤基字 2 第 843 号文批准湘勘一队修改后的地质报告 1974 年湖南省煤矿设计院依据修改后 的地质报告 又进行矿井设计修改 矿井设计能力为 100kt a 服务年限为 25 6 年 于 1977 年 10 月投产 投产后发现煤层极不稳定 储量很不可靠 1982 年经湖南省 煤炭工业厅批准降为生产勘探井 2006 年实际原煤产量 68kt 第二节 地质构造情况 井田构造总体为一单斜 地层走向北东 50 60 褶曲不发育 断层较多 F2 F3 F4 F5 F10 F13 F15及高塘湖 飞来峰 南阳 飞来峰 其中 F2为主干断 裂 贯穿全井田 其它断层分布范围较小 主采 6 煤层顶 底板的起伏不平 形态 复杂 小型断层频繁出现 对矿山开发 生产影响最大 褶曲 井田内褶曲不发育 反映明显的是仅高塘湖 飞来峰 背斜构造 位于井 田西部 轴线走向近南北 为向北倾伏的背斜 核部为 7 煤组地层 东翼地层走向 为北 25 西 倾向东 倾角 40 50 西翼地层走向为近南北 倾向西 倾角 70 左 右 局部有倒转现象 该背斜只发育于浅部 但对 飞来峰 中的地层发生影响 断层 本区断层较多 其中 F2为主干断裂 对 5 煤以上地层起破坏作用的有 F4 F5 F13 F15 南部 F10对 6 煤层起破坏作用 矿井地质构造极为复杂 煤层赋存极不稳定 储量可靠程度极低 顶底板变化 大 煤层呈鸡窝状 二 水文地质二 水文地质 地表水 井田内地表水系不发育 没有水库和较大河流 水塘零星分布 在 12 勘探线以南有一条季节性小溪 发源于东山堰 沿 11 线从大冶组流至龙潭组下段 流入淝江河 汇入耒河 在 12 线以南已留设建筑物煤柱 该小溪对矿井开采没有影 响 岩层含水性 本井田含煤地层的含水性是微弱的 老窑水 本井田老窑开发已有上百年历史 多在煤层露头附近 断层导水性 根据矿井生产实际揭露情况 均为极弱至不导水 根据 煤炭资源地质勘探规范 规定 矿井水文地质中 简单型 矿井最大涌 水量这 209m3 h 最小为 60 m3 h 3 第三节 煤层赋存情况 一一 井井田田地地层层 井田内出露的地层从老到新有 二叠系上统龙潭组 P21 大隆组 P2d 三 叠系下统大冶组 T1d 第四系 Q 矿井开采龙潭组 P21 煤层 二 可采煤层二 可采煤层 本井田龙潭组厚约 640m 含煤 7 层 自上而下命名为 1 煤 2 煤 3 煤 4 煤 5 煤 6 煤 8 煤 9 煤 煤层总厚度为 16 09m 主要开采 6 煤层 6 煤层 灰黑色 半亮型 金属或玻璃光泽 粉末状 易碎 煤层厚度 0 15 45m 平均 2 32m 主要呈煤包状 瓜藤状产状 且不连续 局部含 1 2 层夹矸 夹矸增厚时导致煤层变薄 分叉或尖灭 煤质 干基灰分 Ad 24 22 挥发分 Vdaf 7 87 含硫量 0 47 发 热量 Kcal Kg 6521 分析水分 Mad 3 37 属优质无烟煤 是良好的动力 和民用煤 顶板 黑色粉砂岩 局部伪顶为砂质泥岩 并含有菱铁结核 近水平层理 较 破碎易垮落 底板 为细砂岩 薄层状 裂隙发育 凹凸不平 对正规生产影响较大 6 煤层无自燃倾向 煤尘无爆炸性 第四节 开拓 开采与生产规划 一 矿井开拓情况一 矿井开拓情况 南阳庙矿井为双斜井底板开拓 设有主井 副井和北风井 主井井口标高为 130 2m 落底标高为 120m 坡度为 28 副井井口标高为 130 1m 落底标高为 120m 坡度为 28 北风井口标高为 144 3m 落底标高为 126m 矿井设计分 3 个水平开采 开采标高为 30m 400m 第一水平 30m 120m 已开采完毕 第二水平 120m 270m 为现生产水平 第三水平 270m 400m 为延深水平 二 采区布置与开采顺序二 采区布置与开采顺序 4 南阳庙矿井第二水平 120m 270m 为该矿现生产水平 布置有 216 246 和 266 三个采区 采用剃头下山区段开采 现有 2163 一个回采工作面 6 个掘进工 作面 其中 2164 2466 和 2664 三个煤巷掘进工作面 215 北中巷 2465 和 2666 三个岩巷掘进工作面 三 采煤方法与顶板管理三 采煤方法与顶板管理 矿井开采煤层为 6 煤层 厚 0 15 45m 平均 2 32m 因地质构造极为复杂 煤 层赋存极不稳定 变化大 呈煤包状 瓜藤状 且不连续 加上顶 底板凹凸不平 形态复杂 小型断层频繁出现 影响工作面正规布置 现采煤方法为条带分层独头 采煤法 全部陷落法管理顶板 工作面支护采用单体配金属 梁 四 矿井未来五年回采工作面的接替情况四 矿井未来五年回采工作面的接替情况 矿井近五年回采工作面接替情况见表 1 4 1 5 表 1 4 1 矿井未来五年回采工作面接替情况 单位 万吨 工作面 编号 采煤 方法 支护材料 走向长 m 回采日期 年 月 年 月 2008 年 采出量 2009 年 采出量 2010 年 采出量 2011 年 采出量 2012 年 采出量 合 计 2163 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁892008 1 2008 10 30 3 2163 2 条带分层单体液压支柱配金属 梁942008 2 2008 31 51 5 2164 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁792008 4 2008 40 190 19 2164 2 条带分层单体液压支柱配金属 梁602008 5 2008 50 200 20 2461 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1002008 6 2008 71 311 31 2466 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁882008 8 2008 91 561 56 2464 3 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202008 10 2008 100 930 93 2666 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202008 11 2008 121 191 19 2164 2 条带分层单体液压支柱配金属 梁602009 1 2009 20 830 83 2461 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁792009 3 2009 41 301 30 2465 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202009 5 2009 61 271 27 2466 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁812009 7 2009 70 390 39 2464 3 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202009 8 2009 90 940 94 2665 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202009 9 2009 100 570 57 2666 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202009 10 2009 121 501 50 2163 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁892010 1 2010 31 51 5 6 续表 1 4 1 矿井未来五年回采工作面接替情况 单位 万吨 工作面 编号 采煤 方法 支护材料 走向长 m 回采日期 年 月 年 月 2008 年 采出量 2009 年 采出量 2010 年 采出量 2011 年 采出量 2012 年 采出量 合 计 2461 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1002010 4 2010 51 21 2 2465 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202010 6 2010 81 561 56 2665 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202010 9 2010 101 11 1 2666 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202010 11 2010 121 51 5 2165 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁902011 1 2011 20 70 7 2165 2 条带分层单体液压支柱配金属 梁1502011 3 2011 40 850 85 2166 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202011 5 2011 71 51 5 2465 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202011 7 2011 101 561 56 2665 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202011 10 2011 121 561 56 2165 2 条带分层单体液压支柱配金属 梁1502012 1 2012 31 561 56 2166 1 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202012 3 2012 51 51 5 2466 2 条带分层单体液压支柱配金属 梁812012 6 2012 81 561 56 2663 2 条带分层单体液压支柱配金属 梁1302012 8 2012 101 51 5 2666 2 条带分层单体液压支柱配金属 梁1202012 10 2012 121 51 5 7 第五节 通风瓦斯情况 一 矿井通风一 矿井通风 南阳庙矿井采用混合式通风方式 实行分区通风 通风方法为机械抽出式 由 主斜井进风 副井和北风井回风 副井主 备扇风机型号均为 4 72 11 16B 型 配 套电机功率为 37kW 北风井主 备扇风机型号均为 BD 6 14 型 配套电机功 率为 45 2kW 矿井需风量 2000m3 min 实际总进风 2289m3 min 总回风量 2367m3 min 有效风量为 2222m3 min 矿井负压 1151 6Pa 副井风机排风量 1404 m3 min 北风井风机排风量 963m3 min 二 瓦斯涌出情况二 瓦斯涌出情况 根据 2007 年矿井瓦斯等级鉴定报告 矿井瓦斯绝对涌出量为 2 85m3 min 瓦斯 相对涌出量为 20 39m3 t 二氧化碳绝对涌出量为 1 56m3 min 二氧化碳相对涌出量 为 11 16 m3 t 矿井近五年瓦斯涌出与原煤产量情况见表 1 5 1 表 1 5 1 矿井瓦斯涌出与原煤产量统计表 年 度20032004200520062007 绝对量 m3 min 2 132 213 133 162 85 相对量 m 3 t 16 6917 3623 3921 5420 39 矿井产量 kt a 6765696870 第六节 煤层瓦斯基本参数 2007 年 11 月 2008 年 4 月湖南省煤炭科学研究所对该矿 6 煤进行了瓦斯基本 参数测定 其结果如下 1 瓦斯含量 6 煤层在 266 采区 270 北大巷测定地点区域的瓦斯含量为 9 2 m3 t 左右 2 透气性系数 6 煤层在测定地点区域的透气性系数为 0 0231m2 MPa2 d 3 钻孔瓦斯流量衰减系数 6 煤层在测定地点区域的钻孔瓦斯流量衰减系 数介于 0 0122 0 4937d 1 平均 0 261d 1 从煤层的透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数看 6 煤层属于较难抽放煤层 8 第二章 矿井瓦斯抽采与利用现状 第一节 矿井主要灾害因素 南阳庙煤矿属于煤与瓦斯突出矿井 主采煤层 6 煤层有煤与瓦斯突出危险 建 井以来共发生煤与瓦斯突出 10 次 其中最大一次突出煤量 140t 最小突出强度 10t 煤与瓦斯突出给矿井造成了严重的经济损失 对矿井采掘接替造成了严重的影 响 对矿井安全生产构成极大威胁 近几年矿井煤与瓦斯突出情况见表 2 1 1 表 2 1 1 1973 2000 年矿井煤与瓦斯突出情况统计表 瓦斯突出时间序 号年月日时 突出地点 突出性 质 标 高 m 离地表垂 深 m 突出强 度 吨 119731214 120 运输石门突出 12035020 2基建期不详 120 石门不详 120300不详 319791219121266 工作面五上山倾出 8030010 4198191391266 工作面三上山倾出 9636030 51981926141266 工作面三上山倾出 7035030 619991135266 200 主石门倾出 200330140 71999120 170 反上山倾出 17032020 8199911952662 探煤上山突出 14629085 9199912132662 探煤上山突出 14029510 10200062332662 探煤上山压出 13028030 第二节 目前所采用的瓦斯抽采技术及装备 一 瓦斯抽采系统一 瓦斯抽采系统 目前矿井选用井下移动式抽放泵站抽放 全矿井仅有 2 台井下移动式抽放瓦斯 泵 型号为 2BV6 111 由于移动泵抽放能力很小 煤层透气性差 煤层赋存不均匀 钻孔封孔抽放差等原因 造成瓦斯抽放效果较差 不能满足矿井安全生产的要求 二 瓦斯利用系统二 瓦斯利用系统 9 矿井暂时还没有建立矿井地面瓦斯利用系统 三 打钻设备三 打钻设备 该矿抽采钻孔施工主要采用全液压钻机 配备有 MYZ 150 型全液压钻机 1 台 第三节 机构设置及人员配备情况 目前矿井在一通三防机构配备如下 队干 3 人 技术员 2 人 防突技术员 1 人 瓦检员 12 人 通风工 4 人 防尘工 1 人 预测预报工 2 人 防突施工人员 4 人 监 测维修工 2 人 其他 2 人 共计 29 人 10 第三章 瓦斯抽采与利用规划的目标 第一节 目前存在的主要问题 随着矿井开采的延伸 煤层瓦斯含量逐步增加 矿井瓦斯涌出量也相应增加 同时煤与瓦斯突出的危险性也越来越大 防止煤与瓦斯突出及治理瓦斯涌出超限将 成为下一步矿井灾害治理的一个难题 该矿目前虽然已经建立了井下移动式瓦斯抽放泵站 强化抽采矿井瓦斯 但由 于各种因素的影响 其抽采瓦斯量未达到 煤矿瓦斯抽采基本指标 AQ1026 2006 国家安全生产监督管理总局 的要求 瓦斯抽采工艺技术及装备也需要提高 该矿瓦斯抽采存在的主要问题有 1 瓦斯抽采技术力量薄弱 现仅有瓦斯抽采专业技术人员 3 人 瓦斯抽采施工 人员 12 人 2 煤层瓦斯基本参数欠缺 瓦斯赋存情况不明 缺乏瓦斯治理的指导依据 不能有效地指导分区治理 3 煤层透气性较差 抽采难度大 抽采效率低 瓦斯预抽效果差 4 矿井采掘接替紧张 无法保证合理的预抽时间 5 抽采系统未进行正规的设计 施工 未进行过抽采效果考察 抽采系统及 抽采工艺需要进行优化 第二节 瓦斯抽采与利用规划的目标 为保证矿井的安全生产 必须加强矿井瓦斯抽采及利用的技术水平及管理水平 保证瓦斯抽采与利用效果 根据矿井目前瓦斯抽采与利用工作中存在的主要问题 按照本项目的总体技术思路 矿井在今后五年里 应主要进行以下几方面的工作 1 加强煤层瓦斯基本参数的测定工作 摸清矿井瓦斯赋存和分布情况 实现矿 井瓦斯抽采的合理性 2 建立地面瓦斯抽采系统 提高矿井的瓦斯抽采效果 3 加强瓦斯抽采工艺技术的研究工作 加大瓦斯抽采工作力度 达到 煤矿安 11 全规程 防治煤与瓦斯突出细则 煤矿瓦斯抽采基本指标 等规程的有关要求 消除或缓解矿井煤与瓦斯突出危险 根治矿井瓦斯超限 4 完善矿井抽采瓦斯利用系统 逐步提高矿井抽采瓦斯的利用率 尽快实现抽 采瓦斯的全部利用 第三节 抽采量目标 一 预抽瓦斯抽采量目标一 预抽瓦斯抽采量目标 南阳庙煤矿为煤与瓦斯突出矿井 自建井以来发生多次煤与瓦斯突出事故 煤 与瓦斯突出情况比较严重 根据该矿提供的 2008 2012 年采掘规划 2008 2009 年矿井规划产量为 70kt a 2010 2012 年规划产量为 100kt a 煤矿瓦斯抽采基本指标 AQ1026 2006 国家安全生产监督管理总局 标准 要求 在突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到始突深 度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下 若没能考 察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力 则必须将煤层瓦斯含量降到 8m3 t 以下 或将煤层瓦斯压力降到 0 74MPa 表压 以下 按该标准要求 在采掘作业前 控制范围内煤层瓦斯含量必须降到 8m3 t 以下 因此矿井达到规划的年产量必须预抽的瓦斯抽采量由下式计算 Q预 Q1 Q2 3 1 其中 Q预 矿井应预抽的瓦斯量 m3 min Q1 采掘范围内应预抽的瓦斯量 m3 min Q2 控制范围内应预抽的瓦斯量 m3 min 3 2 1440365 10 1 qqM Q 其中 M 矿井年规划原煤产量 t q0 原始煤层瓦斯含量 6 煤层采区瓦斯含量按 9 2 m3 t 计算 q1 进行采掘时煤层应达到的瓦斯含量 取 8 m3 t 未来五年该矿采掘范围内必须达到的预抽抽采瓦斯量 Q1见表 3 3 1 12 表 3 3 1 未来五年矿井达产采掘范围内预抽抽采瓦斯量 序号年份原煤年产量 kt 瓦斯抽采量 m3 min 年抽采量 km3 a 12008700 1684 10 22009700 1684 10 320101000 23120 89 420111000 23120 89 520121000 23120 89 控制范围内应预抽的瓦斯量主要包括预抽范围外煤巷掘进 石门揭煤等按标准 要求需控制范围所必须的瓦斯抽采量 按采掘范围内预抽抽采量的 10 计算 则矿井预抽抽采瓦斯量目标见表 3 3 2 表 3 3 2 未来五年矿井预抽抽采瓦斯量目标 序号年份 原煤年产量 kt 瓦斯抽采量 m3 min 年应抽采瓦斯量 km3 a 年抽采瓦斯量目标 km3 a 12008700 1894 6199 34 22009700 1894 6199 34 320101000 25131 40137 97 420111000 25131 40137 97 520121000 25131 40137 97 二 矿井瓦斯抽采量目标二 矿井瓦斯抽采量目标 根据矿井 2004 2007 年矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯抽采量的统计分析 矿井在 目前水平达到 70kt a 产量时 矿井绝对瓦斯涌出量为 3 09m3 min 左右 当达到 100kt a 产量时 矿井绝对瓦斯涌出量为 4 41m3 min 左右 按 煤矿瓦斯抽采基本指 标 的要求 该矿瓦斯抽采率应不小于 25 计算得矿井年抽采瓦斯总量见表 3 3 3 表 3 3 3 未来五年矿井抽采瓦斯总量目标 13 序 号 年份 原煤年产量 kt 瓦斯涌出量预 计 m3 min 抽采瓦斯量预 计 m3 min 年抽采量 km3 a 年抽采量目标 km3 a 12008703 090 77404 71424 95 22009703 090 77404 71424 95 320101004 411 10578 16607 07 420111004 411 10578 16607 07 520121004 411 10578 16607 07 14 第四章 瓦斯抽采与利用规划的主要内容 根据矿井发展规划 生产现状 技术水平及瓦斯抽采情况分析 矿井在今后五 年里瓦斯抽采与利用方面的工作应主要围绕以下几个方面进行 第一节 完善矿井瓦斯地质基础资料 一 一 矿井煤层瓦斯基本参数测定矿井煤层瓦斯基本参数测定 南阳庙煤矿虽然已经与科研单位合作对煤层的有关基本参数进行过测定 但 总体来说该矿煤层瓦斯基本参数比较缺乏 为了掌握矿井 6 煤层的瓦斯赋存情况 首先应对煤层的瓦斯基本参数进行测定 利用矿井现有巷道 在不同采区 标高分 别设点对 6 煤层的瓦斯基本参数进行测定 重点针对目前开采的主采煤层的开采采 区 预测出煤层瓦斯含量 以便提供瓦斯抽采设计的依据 煤层瓦斯基本参数测定的技术方案为 在煤层的底板岩石巷道中布置钻场 进 行测压钻孔施工 运用测压钻孔现场实测煤层的原始瓦斯压力 钻孔瓦斯自然涌出 量及钻孔瓦斯涌出衰减系数 在实验室对煤样进行煤的工业分析 测定瓦斯吸附常 数 煤的孔隙率 瓦斯放散初速度和煤的坚固性系数等参数 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 煤层透气性系数及钻孔瓦斯涌出 衰减系数等基本参数 二 二 矿井瓦斯赋存规律研究矿井瓦斯赋存规律研究 由于南阳庙煤矿 6 煤层赋存不均匀 6 煤层瓦斯分布也不均匀 瓦斯分布存在 条带变化 并且很不均衡 因此必须根据矿井不同标高 不同地点的瓦斯参数 结 合矿井地质构造 煤层赋存等具体条件 对煤层的瓦斯赋存规律进行研究 分析不 同区域的瓦斯赋存情况和瓦斯涌出来源 有针对性的制定瓦斯抽采技术方案 采取 合理的瓦斯抽采工艺 三 瓦斯地质图绘制三 瓦斯地质图绘制 在矿井 6 煤层瓦斯基本参数测定及矿井瓦斯赋存规律研究的基础上 绘制矿井 各煤层瓦斯地质图 指导矿井的开拓 采掘部署 通风系统设计及矿井瓦斯灾害的 防治工作 15 第二节 矿井生产和通风系统调整 一 矿井合理开采程序规划一 矿井合理开采程序规划 南阳庙煤矿矿井设计分 3 个水平开采 开采标高为 30m 400m 第一水平 30m 120m 已开采完毕 第二水平 120m 270m 为现生产水平 第三水平 270m 400m 为延深水平 南阳庙矿井第二水平 120m 270m 为该矿现生产水平 布置有 216 246 和 266 三个采区 由于接替紧张 采用剃头下山区段开采 各采区的回采工作面有 独立的通风系统 根据矿井规划 其目前及最近五年生产采区主要集中在 216 246 和 266 采区 216 采区上部标高为 125m 下部标高为 270m 布置有 216 270 下山 四条通 风溜煤上山 石门及若干条揭煤反上山 采区自上而下分三个区段 每个区段布置 四个工作面 共有十一个工作面 246 采区上部标高为 125m 下部标高为 270m 布置有三条通风溜煤上山 石 门及若干条揭煤反上山 采区自上而下分三个区段 共布置有十一个工作面 266 采区上部标高为 125m 下部标高为 270m 布置有三条通风溜煤上山 石 门及若干条揭煤反上山 采区自上而下分三个区段 每个区段布置四个工作面 共 有九个工作面 规划连接 216 246 和 266 三个采区的 270 南 北大巷在近五年中贯通 未来五 年之内矿井将通过开拓暗主井 暗副井和 345 轨道上山延伸至第三水平 400m 水 平 根据矿井目前及近五年的采掘规划 矿井主要生产水平为二水平 由于接替紧 张 采用剃头下山开采 采用该开采方式 其生产 通风及运输系统都不完善 是 矿井安全生产的一个重要隐患 矿井应调整采掘部署 加快开拓 掘进速度 完善 各采区生产 通风 运输系统 同时将瓦斯抽采纳入矿井总体规划部署中 形成 抽 掘 采 的衔接 做到 抽 掘 采 平衡 保证主采煤层有足够的瓦斯预抽时间 以 利于矿井瓦斯抽采工作及矿井的安全生产 二 采区巷道布置及通风系统调整二 采区巷道布置及通风系统调整 在南阳庙煤矿 所有新准备的采区 采区大巷应布置在 6 煤底板 必须设置采 16 区专用回风巷 实现采区分区通风 采区必须形成完整的通风系统后 方能进行采 煤工作面的准备和回采 各采面瓦斯抽放巷设计位于 6 煤层底板 与 6 煤层垂距平均为 15m 因瓦斯抽 放巷非专用抽放巷 兼做区段运输巷或回风巷使用 巷道位置选择时应充分考虑防 突要求 掘进 巷道维护 使用周期等综合因素的影响 尽量减少穿层钻孔长度 减少抽采钻孔工程量 自瓦斯抽采巷掘进时 开始施工抽采钻场及抽采钻孔 巷道掘进时局扇应及时 前移消除远距离独头通风 提高工作面有效风量 防止回风流瓦斯超限 第三节 建立有效 先进的瓦斯抽采技术体系 一 一 矿井瓦斯抽采方法的确定矿井瓦斯抽采方法的确定 南阳庙煤矿井田内共含煤 7 层 其中 6 煤为主采煤层 其余煤层不可采 6 煤 层为急倾斜煤层 煤层瓦斯含量较大 埋深 392m 区域的瓦斯含量为 9 2m3 t 左右 透气性系数 0 0231m2 MPa2 d 属于较难抽采煤层 根据该矿进行的矿井瓦斯涌出来 源分析 掘进及暴露煤体瓦斯涌出量占 44 8 回采工作面瓦斯涌出量占 22 采 空区及抽采量占 33 2 目前南阳庙煤矿矿井抽采瓦斯的目的是降低工作面瓦斯涌出量 消除或缓解煤 层突出危险性 使工作面的瓦斯涌出量降低到通风能解决的水平或减轻矿井通风负 担 因此该矿必须建立有效 先进的瓦斯抽采技术体系 采取 开采层抽采与采空区 抽采并重 的原则 采用开采层抽采及采空区抽采相结合的综合瓦斯抽采方法 提高 开采煤层瓦斯预抽率及矿井瓦斯抽采率 达到 煤矿安全规程 防治煤与瓦斯突 出细则 及 煤矿瓦斯抽采基本指标 的相关要求 二 开采层瓦斯抽采二 开采层瓦斯抽采 煤矿瓦斯抽采基本指标 4 1 条要求 在突出煤层工作面采掘作业前必须将控 制范围内煤层的瓦斯含量降到始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突 深度的煤层瓦斯压力以下 若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力 则 必须将煤层瓦斯含量降到 8m3 t 以下 或将煤层瓦斯压力降到 0 74MPa 表压 以下 为达到此指标要求 南阳庙煤矿应采取底板巷道穿层钻孔预抽 煤巷边掘边抽及 17 石门揭煤预抽为主 采空区抽采为辅的综合抽采瓦斯方法 1 底板巷道穿层钻孔预抽 根据矿井煤层赋存条件 瓦斯基本参数测定情况及 煤矿瓦斯抽采基本指标 的要求 为提高主采煤层瓦斯预抽率 适当延长预抽时间 该矿应采用底板巷道穿 层钻孔预抽方法 为提高穿层钻孔施工速度和抽放效果 设计采用底板巷 南阳庙煤矿主采煤层属急倾斜煤层 煤层赋存不稳定 矿井目前采用探煤巷和 前探孔探测煤层 探测到煤层后 划分采区 布置采区底板运输大巷 运输上山和 材料上山 石门揭煤后在煤层布置回风上山 因此 根据矿井巷道布置情况及煤层赋存情况 在布置采区底板或顶板运输上 山和材料上山时 在运输大巷中每隔 30m 掘一钻场 在钻场内向煤层施工扇形穿层 预抽钻孔 钻孔成网格式布置 抽采钻孔孔底间距为 10m 孔径 75mm 钻孔穿透 煤层 每一钻场内钻孔沿走向方向布置 3 排 因煤层赋存不稳定 沿倾斜方向布置 钻孔排数应根据采区宽度确定 但抽采钻孔必须能够控制整个采区 包括进 回风 巷道上 下 8m 范围内的区域 钻孔施工完后 应及时接入矿井瓦斯抽采系统进行 抽采 钻场必须安设计量装置和调控设施 单孔设置闸门和观察孔以测定单孔抽采 量并调节抽采参数 以作为抽采效果评价的依据 钻场 钻孔布置如图 4 3 1 所示 图 4 3 1 底板巷道穿层钻孔预抽钻场 钻孔布置示意图 18 1 抽放时间 根据矿井目前瓦斯抽采实际情况及其它相似条件矿区瓦斯抽采经验 并结合矿 井采掘部署规划 底板巷道穿层钻孔预抽时间暂定为 6 个月 同时预抽钻孔可作为 边采边抽钻孔 至采面推进至该钻孔孔口附近时 拆除钻孔 2 钻孔封孔 为提高钻孔封孔效果 根据国内瓦斯抽采经验 设计采用水泥注浆泵封孔 封孔管采用抗静电的工程塑料管或铁管 预抽钻孔封孔长度为 6m 封孔材料采 用 425 硅酸盐水泥 孔内抽采管长度 7m 为 DN40mm 矿井允用瓦斯抽采塑料管或 铁管 抽采管在孔内端钻 10 20 个直径 10mm 的小孔 并用双层铁筛网扎好 3 钻孔 封孔设备 钻机采用 ZY 650 型煤矿用液压钻机 封孔泵选用 BFZ 10 1 2 型矿用注浆封孔 泵 2 煤巷边掘边抽 在不具备底板巷道穿层钻孔预抽条件或没有达到预抽效果的区域中掘进煤巷时 采取边掘边抽的抽采方式 在煤巷掘进工作面后 5m 处施工一个钻场 钻场的规格应根据巷帮瓦斯抽采钻 孔布置的要求 选用钻机的外型尺寸及钻杆长度而定 采用木棚支护 相邻两组钻 场之间的间距为 20 30m 在每一钻场内 沿走向布置 3 个边掘边抽钻孔 孔深 40m 左右 钻孔终孔位置 在工作面前方煤层中部 距巷道轮廓线的距离分别为 2m 4m 6m 开孔位置在巷 道顶部 因该矿主采煤层赋存不稳定 在煤层变厚区域应适当增加抽采钻孔数量 钻孔布置参数在对抽采量 抽采浓度等考察后再进行适当调整 平巷边掘边抽钻孔 钻场布置见图 4 3 2 19 图 4 3 2 平巷掘进边掘边抽钻孔 钻场布置示意图 上山掘进时 在巷道两帮每隔 50m 掘进一个高 2 25m 深 3m 宽 3m 的钻场 两帮钻场建议采用 迈步式 布置 钻场间距为 50m 两帮钻场内各布置 4 个预抽钻 孔 控制巷帮至少 8m 具体钻孔布置参见图 4 3 3 图 4 3 3 边掘边抽钻孔布置示意图 边掘边抽钻孔施工完后 立刻封孔进行抽采 同时应对抽采参数进行准确计量 单孔设置闸门和观察孔以测定单孔抽采量并调节抽采参数 以作为抽采效果评价的 依据 在未受保护的区域内掘进钻场或掘进打钻所需要的煤巷时 必须采取 四位一 体 的防治突出措施 在工作面前方及上 下帮形成 8m 以上的执行措施的安全屏障 后 方可进行边掘边抽施工循环 确保施工的安全 3 石门揭煤预抽 因矿井采掘接替紧张 不具备底 顶 板巷道穿层钻孔预抽条件或没有达到预 20 抽效果的区域中进行石门揭煤时 必须采取石门揭煤预抽措施 石门揭穿突出煤层前 必须打钻控制煤层层位 测定煤层瓦斯压力或预测石门 工作面的突出危险性 在石门工作面掘至距煤层 10m 垂距 之前 至少打两个穿 透煤层全厚且进入顶 底 板岩石不小于 0 5m 的前探钻孔 并详细记录岩芯资料 在地质构造复杂 岩石破碎的区域 石门工作面掘至煤层 20m 垂距 之前 必须 在石门轮廓线外 5m 范围内布置一定数量的前探钻孔 以保证确切地掌握煤层的位 置 厚度 倾角的变化 地质构造和瓦斯情况等 石门工作面距煤层 5m 垂距 以 外 至少打两个穿透煤层全厚的测压 预测 钻孔 测定煤层瓦斯压力 煤的瓦斯 放散初速度与坚固性系数或钻屑瓦斯解吸指标等 为防止误穿煤层 在石门揭煤工 作面距煤层垂距 5m 时 应在石门工作面顶 底 部及两侧补打 3 个小直径 42mm 超前钻孔 其超前距不得小于 2m 当岩巷距突出煤层垂距不足 5m 且大 于 2m 时 为了防止岩巷误穿煤层 必须及时采取探测措施 确定突出煤层的层位 保证岩柱厚度不小于 2m 垂距 石门揭煤预抽钻孔施工前必须制订打钻措施和设计 设计应包括钻孔布置平面 图 剖面图 开孔位置图 钻孔设计参数表 施工要求等 预抽钻孔应控制石门周 界外 8 0m 且必须打穿煤层并进入顶 底 板岩石 0 2m 以上 抽采钻孔孔径要求 75mm 钻孔终孔间距以钻孔实测的预抽半径而定 一般预抽 1 个月以上 间距不 大于 2 0m 钻孔施工时 岩柱尺寸必须保证垂距 3m 以上 竣工后应验收并认真绘 制钻孔竣工图 如果与设计参数有较大误差时 应进行补孔 石门揭煤预抽必须保证有足够的预抽时间 当测定煤层瓦斯压力降到 0 74MPa 以下时 再进行措施效果检验 在过煤长度太长时 为加快揭煤速度 可以采取分 段打钻法 石门布置时可加大巷道与煤层的夹角 以缩短揭煤过程 其钻孔布置可 参照图 4 3 4 21 图 4 3 4 石门揭煤钻孔布置示意图 4 采空区抽采 在开采煤层群条件下 邻近层 未采分层 围岩 煤柱和工作面的丢煤都会向 采空区涌出瓦斯 采空区瓦斯不仅在开采过程中向工作面涌出 而且在工作面采完 密闭后也仍有瓦斯涌出 与本煤层预抽瓦斯相比 采空区抽采的特点是抽采量较大 但瓦斯抽采浓度相对较低 其瓦斯抽采量的大小取决于采空区瓦斯涌出量的大小和 煤层自然发火的危险程度 开采有自然发火倾向性的煤层时 在采空区瓦斯抽采的 过程中 应经常检测 CO 和温度等参数 当发现有自然发火征兆时 应控制抽采或 停止瓦斯抽采 设计该矿采用全封闭设密闭墙的插管抽采 如图 4 3 5 采空区抽采 22 方法 图 4 3 5 密封插管抽采方法示意图 全封闭采空区是指工作面已采完封闭的采空区 也称老采空区 采空区中往往 积存大量的高浓度瓦斯 可能通过巷道密闭或隔离煤柱的裂隙往外泄出 加强采空 区密闭对全封闭采空区瓦斯抽采是个必要条件 提高采空区的气密性可防止漏气 保持必要的抽采瓦斯浓度和防止有自燃倾向煤层因漏气进氧而发生采空区发火 对于已采完的采空区都要砌筑永久性密闭 永久性密闭要选择顶底板坚固的岩 煤 层巷道 施工时一定要做到密闭周边掏槽 见硬帮硬底 符合通风设施质量 23 标准要求 最好是打双层密闭 双层密闭之间距离大于 0 5m 两道密闭墙 砖或料 石 中间充填砂或黄土 还在密闭前及附近 2 3m 巷道四周进行喷浆封闭 插管抽 采的密闭上还应设置注砂 泥浆 管和采气测温管等观测管 密闭墙厚度不小于 1m 四周掏槽深度不小于 0 3m 抽采管口位置距离密闭里墙面不得小于 0 5m 高 度应大于巷道高度的 1 3 抽采管口应设有不能进入杂物的保护设施 如果巷道的淋 水较大 要在密闭底部安设排水管或反水池 根据 矿井瓦斯抽采管理规范 第 22 条规定 在有自燃发火危险煤层的采空 区抽采瓦斯时 必须经常检测 CO 浓度和气体温度等有关参数的变化 发现有自燃 发火征兆时 要采取措施 为此 采空区瓦斯抽采应注意以下方面 采空区瓦斯抽采管路上必须安设调压阀 以便合理调整抽采负压和抽采流量 在工作面最小控顶距采空区顶板冒实处到上隅角 砌筑密闭墙或挡风墙 以 减少采面向采空区的漏风 墙体可采用砖 料石或用编织袋装煤砌筑的方式 面上 抺灰浆增加其密封性 必须定期对管内气体及回采面上隅角 回风巷的气体取样分析 随时撑握采 空区内气体成份 温度的变化 以便合理地调整抽采瓦斯量和抽采负压 建立必要的防 灭火措施 矿井根据自身的实际情况确定采空区瓦斯抽采的采空区温度 一氧化碳浓度 临界值以及最大抽采负压值 同时要逐步采用自动监控装置 以保证抽采工作的安 全 6 由于矿井主采煤层 6 号煤层较松软 打钻容易垮孔 且赋存不稳定 因此 该矿可根据煤层赋存条件确定合适的抽采工艺 并建议矿方开展打钻工艺方面的技 术研究工作 提高打钻技术 提升治理瓦斯水平 三 抽采负压三 抽采负压 根据邻近矿井及其它矿井的瓦斯抽采经验 底 顶 板巷道穿层钻孔预抽 石 门揭煤预抽 回采工作面预抽的孔口负压为 13kPa 以上 煤巷边掘边抽 回采工作 面边采边抽的孔口负压为 7 13kPa 采空区瓦斯抽采的孔口负压为 5kPa 左右 矿 井应在试验考察的基础上对各种抽采方式的抽采负压进行优化 24 第四节 瓦斯抽采先进工艺技术研究 南阳庙矿在建立有效 先进的瓦斯抽采技术体系后 随着瓦斯抽采技术的应用 和提高 还应开展适合该矿自身条件的先进抽采工艺技术的研究工作 有效提高矿 井瓦斯抽采效果 规划近 5 年主要开展以下方面的研究工作 一 低透气性煤层增加煤层透气性提高抽采效果技术一 低透气性煤层增加煤层透气性提高抽采效果技术 煤层透气性较低 煤层瓦斯预抽效果较差 为提高采煤工作面预抽和掘进工作 面超前抽放效果 矿井应开展提高煤层透气性研究工作 技术路线如下 在穿层钻孔中采用高压水射流割缝技术 扩孔钻孔影响半径和煤体暴露面积 增加煤层的透气性 提高穿层钻孔的瓦斯抽采效果 在顺层钻孔中采用深孔预裂爆破和煤层注水压裂技术 增加煤层的透气性 提 高煤层的瓦斯抽采效果 二 石门快速揭穿突出煤层瓦斯抽放技术二 石门快速揭穿突出煤层瓦斯抽放技术 在采用现有渐进式快速石门揭穿突出煤层技术的基础上 一是在矿井中试验应 用深孔预裂爆破技术提高石门揭煤瓦斯预抽率 缩短石门揭煤预处理时间 30 二 是在煤矿的石门揭煤中试验应用马丽散固化煤体技术防止煤炭垮落诱发突出 最终 实现更加安全 高效 快速的揭穿突出煤层的目的 三 突出松软煤层抽采钻孔施工关键技术三 突出松软煤层抽采钻孔施工关键技术 在突出煤层中施工钻孔 用以对突出煤层进行瓦斯抽放 排放或卸压 这些措 施几乎是目前在无保护层开采条件下消除煤层突出危险性的唯一办法 然而 在一 些严重突出煤层中施工钻孔时不断发生突出事故 使得钻孔施工人员没有安全保障 为此 研制试验远距离控制钻机 钻机盾护机构和钻机操作防护仓 能极大提高瓦 斯钻孔作业人员的防护能力 避免突出煤层在打钻过程中发生突出引起的人身伤亡 事故 对改善矿井安全状况具有重要的意义 四 抽采钻孔封孔技术四 抽采钻孔封孔技术 钻孔封孔是煤矿瓦斯抽放工作的一个重要环节 封孔质量的好坏直接影响着瓦 斯抽放效果 因此该矿应加强瓦斯抽采钻孔封孔技术的研究及组织管理 技术路线 如下 25 采用高压封孔泵对瓦斯抽采钻孔进行封孔 封孔材料选用水泥 膨胀水泥 对 材料混合比例进行优化 找到适合南阳庙煤矿煤层抽采钻孔的水泥和膨胀水泥混合 比 提高抽采钻孔的封孔效果 第五节 瓦斯抽采新装备的试验应用 为了提高矿井瓦斯抽采率 南阳庙煤矿应根据矿区煤层赋存特点 开采条件及 瓦斯赋存规律等试验应用先进的抽采及相关设备 一 煤层瓦斯含量直接测定技术和装置的应用一 煤层瓦斯含量直接测定技术和装置的应用 试验采用煤层瓦斯含量直接测定技术和装置对煤层原始瓦斯含量及抽采后煤层 残存瓦斯含量进行测定 根据测定结果 计算测定区域的瓦斯抽采率 并可对瓦斯 抽采效果进行评价 与间接法测定法相比 采用该技术可以有效减少测定时间 降 低测定成本 对矿井 抽 掘 采 的衔接非常有利 二 突出松软煤层抽放钻孔施工关键技术及装备的试验应用二 突出松软煤层抽放钻孔施工关键技术及装备的试验应用 一般突出煤层均为地应力较高的松软煤层 煤层中施工顺层钻孔施工技术和合 理布孔参数是该部分的关键 南阳庙煤矿应根据开采突出煤层瓦斯压力大 钻孔施 工中喷孔 垮孔 卡钻非常严重等特点 在施工技术上 运用风力排渣施工成孔技 术 并确定合理的风力排渣参数 在钻机具上 采用选用能力较大又适合顺层钻孔 施工条件的钻机 同时试验能减弱喷孔 垮孔和定向的配套组合钻具 三 地质构造探测技术及设备三 地质构造探测技术及设备 在巷道掘进过程中 采用超前150m的长距离超前探测技术进行煤层构造超前探 测 对于异常区域再采用地质雷达探测技术进行精细探测 在工作面形成后 采用 无线电波透视技术进行工作面类地质构造探测 查明工作面的地质异常区域 采用 该技术可以提高矿区勘探技术水平 摸清矿井煤层赋存情况 确定矿井合理的煤层 开采顺序 根据煤层赋存情况及开采顺序 可以选择经济 合理的瓦斯抽放方法 第六节 矿井瓦斯综合利用规模 途径 一 瓦斯利用途径一 瓦斯利用途径 26 矿井瓦斯的主要成分是甲烷 它是一种优质能源 既可作化工原料 又可作燃 料 而且输送和使用都比较方便 因此 只要抽出的瓦斯量和浓度在一定时期内保 持均衡稳定 就应考虑将抽出的瓦斯加以利用 如果将瓦斯直接排放到大气中 不 仅造成能源的极大浪费 而且还会产生温室效应 使全球气候变暖 对环境造成极 大影响 目前瓦斯利用途径有多种方式 详见图 4 6 1 民用燃料 炊事 取暖 燃料 汽车燃料 代替汽油 瓦斯 工业燃料 工业锅炉 发电 化工原料 生产甲醇 甲醛 氨 乙炔 炭黑等 图 4 6 1 瓦斯利用的途径 二 瓦斯利用方案二 瓦斯利用方案 由于该矿目前条件下 煤层赋存不稳定 地质构造复杂 根据邻近矿井的瓦斯 抽采经验 短期内矿井很难保持稳定的瓦斯抽采量 抽采的瓦斯量不具备利用的条 件 达到设计抽采规模时 可以将瓦斯输送到矿井工业场地 供锅炉 食堂作燃料 用 矿井达到设计抽采规模时 可设计修建 1 座 1000m3的储气罐 储气罐另行选 址修建 设计储气罐时考虑其运行所需的供配电 供采暖 供排水负荷 瓦斯利用 靠储气罐的压力将瓦斯输送至工业场地内的用户使用 设计不考虑加压系统 第七节 瓦斯抽采和利用系统及配套工程 一 一 抽采系统改造抽采系统改造 目前矿井选用井下移动式抽放泵站抽放 全矿井仅有 2 台井下移动式抽放瓦斯 泵 型号为 2BV6 111 由于移动泵抽放能力很小 煤层透气性差 煤层赋存不均匀 钻孔封孔抽放差等原因 造成瓦斯抽放效果较差 不能满足矿井安全生产的要求 因此矿井有必要建立地面瓦斯抽采系统 地面瓦斯抽采系统计算选型和管路选择如 27 下 1 抽采管路计算选型 1 瓦斯管径计算 根据抽采管路服务的范围和所负担抽采量的大小 其管径按下式计算 D 0 1457 Q混 V 1 2 4 7 1 式中 D 瓦斯管内径 m V 管路中混合瓦斯的经济流速 m s 一般取 V 5 15m s Q混 管内混合瓦斯流量 m3 min 管路计算根据 2012 年的瓦斯抽采量目标并考虑一定富裕 矿井抽采纯瓦斯量 为 2m3 min 浓度按 30 计算 抽放瓦斯管路计算结果见表 4 7 1 表 4 7 1 瓦斯抽采系统管径计算表 管路 名称 纯瓦斯 流 量 m3 min 瓦 斯 浓 度 混合瓦斯