白布煤矿矿井瓦斯抽采方法的探讨.docx

煤电技术研究白布煤矿矿井瓦斯抽采方法的探讨柏明明 1,2（1.太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024；2.安泽县安全生产监督管理局，山西 安泽 042500）【摘 要】 通过对白布煤矿矿井瓦斯抽采方法的探讨，得出以下结论：该矿井首采 33 煤层，预计瓦斯涌出量为14.15m3/min，选择“预抽消突”“卸压抽采”两种方法。【关键词】 矿井瓦斯 抽采方法 必要性分析 可行性分析【中图分类号】 TD712.62【文献标识码】A【文章编号】1008-8881（2014）03-0056-031 概况白布煤矿隶属于贵州天润矿业有限责任公司， 该矿井设计生产能力 60 万 t/a，本井田含煤地层为二叠系上统龙潭组，含煤 2136 层，一般为 30 层。含可采煤 层 6 层 ， 分 别 为 6 上 、6 中 、7、14、28、33 煤，其中：全区可采煤层为 6 中、33 号煤层，大部可采煤层为 7、14 号煤层，6 上、28 号煤层为零星可采 煤层。各煤层均具突出危险性，33 煤层突出危险性相对较小；各煤层均无煤尘爆炸危险；6 中煤层属不自燃，7、14、33 煤层属不易自燃煤层。2 瓦斯赋存状况2.1 瓦斯含量井田内共采取煤芯瓦斯样 67 件煤芯瓦斯样， 其中合格样品 54 件，参考 13 件，合格率为 79%。氮含量最大为 30.43ml/gr （33 号煤层 1203 号孔），甲烷含量最大为 31.20ml/gr（6 中煤层 1404 号孔参 考点），可燃气体含量最大为 31.43ml/g（r 6 中煤层1404 号孔（参考点）。主采煤层瓦斯成分及含量详见表 1。2.2 瓦斯参数白 布 井 田 B11-3、B13-3、B16-1、B16-2、B17-1 五个孔分别对煤层（6 中、7、14、28、33 煤）进行了瓦斯压力原位测试，并采取煤芯样，进行了煤的瓦斯放散初速度P、煤的坚固性系数、煤对瓦斯等温吸 附试验（a、b）、煤的孔隙率等项目试验，测试结果见表 2。本井田煤层瓦斯风氧化带深度 120m，一般煤层中表 1主要煤层瓦斯含量表中）表 2 煤层瓦斯增项测试成果表随标高的降低，瓦斯含量有增加的趋势：同一煤层随埋藏深度的增加瓦斯也有增加的趋势，即深部煤 层瓦斯含量较浅部煤层含量高。标高每降低 100m，可燃气体含量增加 4.6ml/g（r 即瓦斯增长率）。3 瓦斯抽采必要性和可行性3.1 瓦斯抽采的必要性分析根据煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006） 规定，“有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久收稿日期：2014-06-23作者简介：柏明明（1986-），男，山西临汾人，太原理工大学矿业工程学院 2013 级安全工程专业硕士研究生，安泽县安全生产监 督管理局助理工程师。56煤层增项测试67142833孔 隙 率12.608.407.5013.3411.29煤的坚固系数（f）0.370.500.800.751.725瓦斯放散初速度（P）10.6710.2513.03111.6126.522瓦斯压力（MPa）3.82（5）3.19（5）2.68（5）2.60（5）3.26（5等温吸附试验a35.54735.25136.12741.23440.262b0.9650.8081.0931.0330.955煤 层瓦斯含量瓦斯成分（%）毫升 / 克可燃物毫升 / 克煤CH4CO2N26 上8.26-22.4313.42-33.9153.44-99.340.09-1.960.10-19.530.04-31.3616.24（10）24.74（4）77.53（10）0.61（9）4.88（10）12.84（10）64.05-31.2012.02-17.3833.96-99.550.02-1.980.10-25.080.00-65.8214.79（14）15.54（5）78.89（14）0.66（13）4.10（13）16.72（14）72.67-18.2111.62-15.0923.24-99.720.07-3.490.15-9.740.00-76.0111.51（9）12.85（4）74.70（9）1.03（9）2.39（9）18.19（9）1410.00-29.9513.35-28.0256.28-99.790.06-2.220.15-25.360.00-26.7218.20（12）19.50（5）84.05（12）0.72（11）5.07（12）8.44（12）285.95-17.967.12-24.7056.70-99.680.03-3.450.06-21.030.00-42.8314.65（11）17.51（6）78.10（11）0.94（11）6.53（11）2.87（11）335.73-34.917.73-43.5756.58-99.520.02-2.800.08-26.860.00-33.8616.83（11）19.49（9）78.41（17）1.06（16）6.60（16）13.98（17）抽采瓦斯系统或井下临时瓦斯抽采系统。”1）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。2）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；年产量等于或小于 0.4Mt 的矿井，大于15m3/min；本矿井设计生产能力 60 万 t/a，属于煤与瓦斯 突出矿井，矿井绝对瓦斯涌出量大于 25m3/min；33煤 层 综 采 工 作 面 绝 对 瓦 斯 涌 出 量 11.41 14.15m3/min，大于 5m3/min；根据煤矿瓦斯抽采基本 指标（AQ1026-2006） 以及 防治煤与瓦斯突出规定，必须建立瓦斯抽采系统，进行瓦斯抽采。3.2 瓦斯抽采的可行性分析。开采层瓦斯抽采的可行性取决于煤层的透气 性，其评价指标有两个：煤层的透气性系数（）和钻孔瓦斯流量衰减系数（）。开采层预抽瓦斯可行性评价标准见表 3。据“防突规定”考察煤层突出危险性。当煤工作面涌出量12m3/min（预抽消突后）时，可据实际情况采 用高位钻孔卸压抽采、底板瓦斯抽采巷卸压抽采、上顺槽埋管抽采等综合抽采技术。3）采掘后抽采：主要是对已采采空区密闭抽采， 视采空区瓦斯涌出量情况实际决定。各种瓦斯抽采方法的具体布置方式如下：采掘前预抽（预抽消突）33 煤采煤工作面的上、下顺槽等具有突出危险 性的煤巷掘进前，必须“先抽后掘”进行消突无突出危险后方可掘进。在 33 煤层底板布置瓦斯抽采巷， 打上向穿层钻孔预抽 33 煤层瓦斯，使瓦斯含量8m3/t。底板瓦斯抽采巷钻孔布置方式。另外，33 煤层的采煤工作面，采用顺层钻孔预 抽消突，即：待采煤工作面顺槽掘出以后，利用本煤层顺层钻孔进行大面积预抽，对回采工作面区域消突和抽采瓦斯。本煤层顺层钻孔预抽钻孔布置。采掘中抽采（卸压抽采） 利用高位钻孔卸压抽采：在采煤工作面上顺槽布置顶板走向钻孔，用于工作面开采期间抽采工作 面上隅角裂隙带的卸压瓦斯。采掘后抽采（采空区抽采） 利用低负压瓦斯抽采系统抽采采空区瓦斯。一是上顺槽埋管抽采工作面采空区的瓦斯，二是对已采完封闭的采空区（亦称作全封闭采空区），密闭抽采。本矿井首采 33 煤层，预计瓦斯涌出量（预抽消 突后）为 14.15m3/min，考虑选择“预抽消突”“卸压抽采”两种方法。4.3 钻孔、钻场及抽采巷布置底板瓦斯抽放巷的布置：即在 33 煤层回采工 作面上、下顺槽的底板分别设底板瓦斯抽采巷，每 隔 3m 布置一组钻孔，向上方 33 煤层顺槽位置打扇形穿层钻孔，长约 1235m，孔底以穿透开采煤层为准，钻孔直径 75mm。孔底间距暂按 58m 设计， 并以控制巷道两帮 15m 有效范围消突为准。顺层钻孔的布置：在 33 煤层顺槽施工期间，布置本煤层顺层钻孔进行大面积预抽，对回采工作面 区域预抽消突，作为 33 煤层采煤工作面“采前预抽 ”。 钻 孔 长 70 90m， 钻 孔 直 径 75mm 或85mm，孔底间距靠切眼一段暂按 24m、靠停采 线一段按 68m 设计，预抽时间以瓦斯含量8m3/t为考察指标，视具体情况而定。高位钻孔瓦斯抽采钻场布置：即沿工作面上顺 槽每隔 6080m 布置一个钻场，每个钻场内布置57表 3 开采层预抽瓦斯可行性评价标准4 瓦斯抽采方法4.1 采掘工作面瓦斯来源本矿井工作面开采期间瓦斯主要来自本煤层、 围岩、上邻近煤层及采矿卸压范围内的不可采煤 层、煤线等。根据矿井瓦斯涌出量预计，采煤工作面占 4680，掘进工作面占 9 15，采空区占20左右。4.2 瓦斯抽采方法选择本矿井设置高、低压两套瓦斯抽采系统。其中， 高负压系统主要用于预抽，低负压系统主要用于采空区抽采，根据工作面的瓦斯涌出情况，初步选择以下瓦斯抽采方法：1）采掘前预抽：首采 33 煤层时，利用煤层底板 瓦斯抽采巷预抽（掘前预抽）与本煤层顺层钻孔预抽（采前预抽）相结合的瓦斯抽采方法。2）采掘中抽采：当采煤工作面瓦斯涌出量12m3/min（预抽消突后）时，采用以通风为主的手段，同时根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0.0030.05100.1较难抽采0.050.146 个钻孔，钻孔斜长约 80100m，孔底控制层位为顶板的下裂隙带内和工作面的上隅角附近，钻孔 直径 75mm。4.4 抽采参数的确定低负压系统，抽采瓦斯纯量为 18.17m3/min，浓 度按 20计，则混合量为 90.9m3/min。高负压系统，抽采瓦斯纯量为 20.02m3/min 纯瓦 斯浓度按 40计，混合量为 50.1m3/min。设计孔口抽放负压：低负压为 5Kpa，高负压为20Kpa。首采 33 煤工作面预抽时间大约为半年。4.5 抽采率、抽采量预计矿井生产期间，防突管理中以煤层瓦斯含量8m3/t 为区域防突考察指标，对首采 33 煤层区域消 突分析如下：33 煤层原煤瓦斯含量为 7.7317.93m3/t，平均12.83m3/t；其中大于 8m3/t 的区域须预抽消突，最大 消突预抽率为 55.4。首采工作面瓦斯含量 12.47m3/t，瓦斯体积约为 811 万 m3 ，抽出量约为 291 万 m3 。首采面开采瓦斯抽排分析表见表 4。（m3/min）（m3/min）（m3/min表 4 首采面开采瓦斯抽排分析表5 结论综上所述，通过对白布煤矿矿井瓦斯赋存状况 和瓦斯抽采必要性及可行性进行分析，得出结论：该矿井首采 33 煤层，预计瓦斯涌出量 （预抽消突后）为 14.15m3/min，选择“预抽消突”“卸压抽采”两种方法。【参考文献】1 林柏泉.矿井瓦斯防治理论与基础M.徐州中国矿业 大学出版社，2010.2张 国 枢.通 风 安 全 学 M.徐 州 中 国 矿 业 大 学 出 版 社 ,2011.!（上接 46 页） 分出华北地台、北秦岭、南秦岭、扬子地台四个不同的构造单元，得出了全区地壳元素丰 度估算值，并粗略估算了华北地台南缘、秦岭带和 扬子地台北缘上地幔元素的近似丰度（表 1）Au 而亏损 Cu，而后者较前者富 Pb 、Cu。一个地区地壳成分、元素含量分布特征对成矿 有着重要的制约作用，而地壳成分基本受该区上地幔影响，后者特征很大程度上决定了区域矿产成矿专属性。由以上结论作者认为 Pb、Zn 在全区地壳和 上地幔中均较富集，只是相对富集的地段有所不同，表明 Pb 、Zn 在各构造单元均有极大的成矿可能性，并形成大型的矿床或矿带 （柞山，凤太，西成）；华北地台南缘岩石圈相对富集 Au，该区金矿集 中产出，华北、扬子地台缘区（隆起剥蚀带）岩石圈中富集 Au，其遭受剥蚀后，在南北秦岭地槽沉积形成 矿源层，通过后期改造使 Au 富集成矿；Cu 在区域岩石圈中明显亏损，同时亦缺少大规模矿床。表 1 秦岭区域各构造单元成矿元素对照表（Au：ppb ；其他：ppm）对比分析四个上表中壳幔主成矿元素丰度值结合克拉克值与地幔岩主成矿元素平均含量，得出 如下基本认识：1、区域地壳中 Pb、Zn 表现出明显富集特征，Au含量与克拉克值基本一致，Cu 则亏损；2、秦岭造山带同南北地台区地壳相比具有相 对富集 Zn、Au、Cu 特征；3、同 RiNgWood 地幔元素丰度相比，本区华北 地台上地幔明显富 Pb、Zn 并亏损 Cu，扬子地台上地幔明显富集 Pb、Cu，相对富 Zn；4、华北地台上地幔较扬子地台上地幔明显富集58【参考文献】1 王集磊，李健中，何典仁等.中国秦岭型铅锌矿床M. 北京：地质出版社，1996.2 西北有色金属 717 地质勘察队.陕西省凤县二里河铅锌矿床地质详查报告，1993.3 西北有色金属 717 地质勘察队.陕西省凤县银母寺铅 锌矿床地质勘探总结报告，1986.4 祁思敬，李英等.秦岭泥盆系铅锌成矿带M.北京：地质出版社，1993.5 王瑞廷，王 涛，高章鉴，陈二虎，刘莉霞.凤太多金 属矿集区主要金属矿床成矿系列与找矿方向J.西北地质，