河南理工大学本科毕业设计____xx瓦斯抽采设计毕业设计

1、河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计xx瓦斯抽采设计瓦斯抽采设计摘要：xx开采的二1煤层是突出煤层，为了消除突出危险进行安全生产，对该井田进行瓦斯抽采系统设计。确定了xx瓦斯抽采设计参数，根据瓦斯涌出量、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等参数，论证了瓦斯抽采的必要性与可行性。分析了矿井瓦斯涌出源及构成，认为瓦斯主要来自回采工作面和采空区，设计了瓦斯抽采方法及抽采参数；计算了抽采系统抽采量和管路阻力，优选抽采系统管路布置；计算了抽采泵的流量和压力，并进行了瓦斯抽采泵选型；最后制定了打钻和抽采管理安全技术措施。关键词：瓦斯抽采；方案设计；设备选型河南理工大学本科毕业设计河南理工大学

2、本科毕业设计Gas Extraction Design of xx Mine Field Abstract: B1 coal is outburst coal seam of xx mine mining, in order to eliminate outburst danger and safety production, on the mine field of gas extraction system design. Determined the gas extraction design parameters in Yanmazhuang mine field, according

3、 to the gas emission rate, gas permeability coefficient of coal seam and damping factor of gas flow-rate per hole, demonstrated the necessity and feasibility of gas extraction. Analyzed coal gas emission source and composition, thinks that gas mainly from working face and goaf, designed the gas extr

4、action method and extraction parameter; Calculated extraction volume and pipeline resistance of extraction system, optimization of pipeline layout for extraction system; Calculated the extraction flow rate and the pressure of the pump, and the gas extraction pump selection; Finally making the drill

5、and management security measures for extraction.Keywords: gas extraction; scheme design; equipment selection河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计1目目 录录第一章 绪论 .11.1 选题目的和意义 .11.2 国内外瓦斯抽采研究现状 .11.3 设计内容.3第二章 矿井概况 .42.1 井田概况 .42.1.1 位置、交通与范围 .42.1.2 自然地理 .52.1.3 煤尘爆炸和煤的自燃倾向性 .62.2 井田地质特征 .72.2.1 地质构造 .72.2.2 含煤地层及煤

6、层 .102.2.3 井田水文地质 .152.3 矿井开拓、开采概况 .172.3.1 矿井开拓 .172.3.2 矿井开采 .182.4 矿井通风系统概况 .18第三章 矿井瓦斯现状与抽采设计参数 .203.1 矿井瓦斯现状 .203.2 抽采系统选择 .203.3 矿井瓦斯抽采设计参数 .213.3.1 矿井瓦斯储量估算 .213.3.2 矿井可抽瓦斯量 .243.3.3 瓦斯抽采率 .243.3.4 设计瓦斯抽采规模 .243.3.5 设计瓦斯可抽期 .24第四章 瓦斯抽采的必要性和可行性论证 .254.1 瓦斯抽采的必要性 .25河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计24.1

7、.1 规定 .254.1.2 瓦斯涌出量预测 .254.2 瓦斯抽采的可行性 .31第五章 抽采方法 .325.1 抽采方法选择 .325.1.1 抽采方法选择依据 .325.1.2 抽采方法选择 .335.1.3 矿井瓦斯来源分析 .335.2 钻孔及钻场布置 .345.2.1 钻场及钻孔布置依据 .345.2.2 预抽区域煤层瓦斯设计 .345.2.3 掘进工作面瓦斯抽采设计 .355.2.4 回采工作面瓦斯抽采设计 .375.2.5 采空区瓦斯抽采设计 .385.3 封孔方法 .395.3.1 封孔材料 .395.3.2 封孔长度 .395.3.3 封孔工艺 .39第六章 瓦斯抽采管路系

8、统及设备选型 .416.1 抽采系统路线 .416.1.1 规定 .416.2 抽采量预计与抽采服务年限 .436.2.1 采煤工作面抽采量预计 .436.2.2 掘进工作面抽采量预计 .436.2.3 矿井抽采量预计 .436.2.4 抽采服务年限 .436.3 抽采管路选型及阻力计算 .436.3.1 选型计算依据 .436.3.2 管路选型计算 .446.3.3 管路阻力计算 .44河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计36.4 瓦斯抽采泵选型 .466.4.1 规定 .476.4.2 选型原则 .476.4.3 抽采泵容量计算 .476.4.4 抽采泵类型确定 .486.5

9、辅助设备 .496.5.1 抽采管路系统附属设备 .496.5.2 抽采系统附属装置 .516.6 管路连接 .536.6.1 管路连接要求 .536.6.2 管路敷设要求 .536.6.3 钻孔与抽采管路连接 .546.7 泵房布置 .556.7.1 瓦斯抽采泵站位置 .556.7.2 瓦斯抽采泵站建筑 .566.8 抽采瓦斯的综合利用 .57第七章 经济概算 .597.1 编制依据 .597.2 费用概算 .59第八章 安全技术措施 .608.1 打钻安全技术措施 .608.2 抽采系统管理安全技术措施 .618.3 地面抽采瓦斯站安全措施 .618.4 瓦斯抽放管路管理 .62结 论 .

10、63致 谢 .64参考文献 .65河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计1第一章第一章 绪论绪论1.1 选题目的和意义选题目的和意义对瓦斯矿井而言，煤矿安全生产过程中的最大安全隐患是瓦斯事故，它不但威胁着工作人员的生命安全，而且严重制约着矿井生产的发展，而解决瓦斯问题最根本有效的措施是进行瓦斯抽采。瓦斯抽采的目的是为了减少和消除瓦斯威胁、减少瓦斯隐患和各种瓦斯事故。瓦斯抽采系统是由一系列抽采设备组成，通过形成一定负压将瓦斯从煤层中抽出并通过管道输送到地面或者其他安全地方。我国 1990 年到 2000 年一次死亡 3 人以上重大瓦斯事故所占比例逐年上升，最高达到 45.61%，199

11、6 年以后一直保持在 40%以上，瓦斯事故是我国煤矿安全事故居高不下的主要矛盾，因此有效进行瓦斯抽采是解决我国煤矿安全问题的关键。瓦斯抽采具有如下几个方面的作用：通过抽采可降低矿井瓦斯涌出量和回采空间中的瓦斯浓度，从而达到矿井安全生产的目的；防治煤与瓦斯突出，减少矿井伤亡事故及重大恶性事故的发生；瓦斯是一种优质资源，对煤矿瓦斯进行合理的抽采并加以利用，可以给煤矿带来可观的经济效益。最重要的是本次设计对我科研工作能力的培养和提高有重大的意义：（1）根据 xx 的实际生产情况，使我深入认识矿井各个生产系统和各个生产环节之间的相互联系和制约关系，运用矿井灾害防治理论与技术和专业课知识分析和解决突出危

12、险问题的能力。（2）在毕业设计中，坚持独立思考，努力钻研，培养进行创造性工作的能力。（3）运用毕业实习收集的资料，结合国家发展煤炭工业的方针政策、规程和制度，培养自己运用科技资料和生产技术经验的能力。（4）进一步训练撰写技术文件和绘制工程图鉴的基本技能。（5）了解国家有关法律、法规、技术标准。本设计通过对 xx 的瓦斯抽采系统的设计，使得该矿瓦斯抽采达到预期目的。1.2 国内外瓦斯抽采研究现状国内外瓦斯抽采研究现状河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计2瓦斯抽采工作历史悠久，据资料记载，早在 1703 年，英国 Whitehaven 煤矿 Saltom 竖井掘至 76.8m 深，遇到

13、一层厚 0.61m 的煤时，有瓦斯涌出，当时人们用直径 50mm 管密闭后，将瓦斯引致井外，以供当地一位学者的试验使用。原苏联在帝俄时期，大约 1907 年在尤索克夫的中央井田内把莫梁宁诺夫层的临近大量喷出的瓦斯进行引排，10 年内依靠自然的压力，每日涌出的瓦斯量达 4000m3；马克耶夫救护站的工作人员也曾于 1912 年在伊万矿井中设法引排大量喷出的瓦斯。1923 年日本在夕张煤矿的最上部坑道密闭中，接管将瓦斯排至地面；1934 年新幌内煤矿开始第一次抽采密闭瓦斯，用粘土封闭该矿的四号煤层采空区，抽出瓦斯浓度为 60%70%，抽采量 1525m3/min，供发电厂锅炉用。德国鲁尔煤田 Ma

14、nsfeld 煤矿 Rotterbank 第一层向顶板打直径为280mm 钻孔贯穿各层时，有高压瓦斯喷出；当时 Sehrodter 博士决定排放瓦斯，向孔内扦入套管，用水泥砂浆封孔，联管直径为 80mm，瓦斯排放量达16000m3/d，而后发现，上部瓦斯排放与下部工作面开采有关，随即跟着工作面前向打钻，正式抽采煤层中瓦斯，从 1943 年 3 月 1 号到 1944 年 10 月 20 号，共抽采瓦斯 5.60106m3，这种抽采方法在二次世界大战末期中断；后来又在本煤层顶板巷道排放瓦斯，这一方法也取得成功。但是，世界各国正规的抽采瓦斯工作是 40 年代末至 50 年代初开始的；随后，抽采方法

15、不断增加，瓦斯抽采技术也逐渐提高，抽采规模日益扩大。我国最早记载煤矿排放瓦斯是在宋应星所著天工开物中。当时，记载了利用竹管引排煤矿瓦斯的方法。1938 年抚顺龙凤矿进行了具有工业规模的机械抽采瓦斯试验。1940 年，该矿在地面建立了一座 100m3的出瓦斯罐，用瓦斯泵将采空区的瓦斯经管路抽到管内，供当地居民使用。当时，抽出的混合气体流量约 10m3/min，甲烷浓度为 30%40%。19511954 年，该矿又先后试验成功了利用煤层巷道和钻孔预抽每次瓦斯的方法，尤其是钻孔预抽煤层瓦斯的方法，为大规模抽煤层瓦斯开创了新的技术途径。随后，1957 年，阳泉矿务局四矿又试验成功了采用穿层钻孔抽采上邻

16、近层卸压瓦斯。自此，我国煤矿瓦斯抽采工作有了迅速的发展，其发展速度和规模可从抽采矿井数及年抽采瓦斯量中得到反映：50 年代，我国主要有抚顺、阳泉、天府、北票等矿区的 6 对矿井抽采瓦斯，年抽采量仅有 60106m3；60 年代，中梁山、焦作、淮南、南桐、松藻、包头等矿区也进行了瓦斯抽采，抽采矿井数量增至 20 对，年抽采量约河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计3160106m3；70 年代，抽采矿井数增至 80 对，年抽采量达 248106m3；80 年代，抽采矿井数增至 111 对，年抽采量达 380106m3；到了 90 年代，年抽采量达到了 500106m3；从中可以看出，我

17、国瓦斯抽采工作经过 40 多年的发展，有了长足的进步，到 1993 年底共有 42 个矿务局，117 对矿井进行了瓦斯抽采。国外有些国家达到较高的矿井瓦斯抽采率，有些国家达到了较高的相对瓦斯抽采量，有些国家则在这两个方面具有较好的效果。瓦斯抽采技术达到了较高的水平，抽采瓦斯不仅在煤矿中得到较普遍的应用，而且取得了较好的效果。一般认为，他们的主要经验是，在抽采瓦斯矿井中，尽可能地设法多抽采瓦斯，不断扩大瓦斯抽采的范围，包括本煤层抽采、邻近层抽采、采空区抽采、围岩抽采等；同时不断改进和提高抽采工艺、系统及设备。尤其是在全矿井或高瓦斯煤层的高产工作面都采用了综合抽采瓦斯的方法，这也是抽采瓦斯的发展趋

18、势。我国煤矿瓦斯抽采方面和国外相比，还存在着较大的差距，这种差距集中方反映在：（1）抽采瓦斯总量少；（2）矿井瓦斯抽采率低；（3）吨煤瓦斯抽采量（相对瓦斯抽采量）少，吨煤钻孔量少；（4）综合抽采工作不足，装备和管理水平有待加强和提高。1.3 设计内容设计内容设计内容包括以下几个部分：（1）近几年的煤矿瓦斯抽采概况，国内外的瓦斯抽采方法的发展与现状，瓦斯抽采方法的发展趋势。（2）矿井概况及井田地质特征，开采煤层和煤质的情况、矿井开拓方式和开采方法的布置、瓦斯的基础参数。（3）抽采方法的选择依据，抽采瓦斯量预计。（4）抽采系统和抽采设备的选型，抽采管路的直径、阻力计算，抽采泵的流量和压力计算；抽采

19、管路附属设备的的确定。（5）制定安全技术措施。河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计4河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计5第二章第二章 矿井概况矿井概况2.1 井田概况井田概况2.1.1 位置、交通与范围位置、交通与范围xx 位于 xx 市东北部约 20 公里，隶属 x 市管辖，地理座标：东经 1图 2-1 xx 矿交通位置示意图Fig. 2-1 Schematic diagram of traffic position in xxmine 区内有煤矿专用铁路，南距新（乡）焦（作）铁路待王车站 4 公里，东连京广线，西接焦枝线。二级公路及乡村油路相互连通。交通极为方便。

20、见 xx矿交通位置示意图（图 2-1） 。井田范围：由 1999 年河南省地质矿产厅颁发的采矿许可证中核定的 19 个拐点坐标圈定。采矿证编号为 4100009941607，拐点坐标列下，当时批准的开采深度为 20-500m 标高。井田走向长 4.37.5km，倾向宽 0.98.1km，面积约14.8733km2。表 2-1 xx 矿区范围拐点坐标Tab. 2-1 Inflection point coordinates of Yanmazhuang mine area 坐标坐标点号XY点号XY13907743384439231139051293844010223905725384461201

21、23905255384403883390356038444220133905410384403004390381738440209143905925384418185390434538440069扣除以下 5 点控制范围639043023843989713905372384406217390440038439839239054033844060083904369384397123390526138440400河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计6939045343843961443905198384404431039048403844018553905242384405032.1.

22、2 自然地理自然地理（1）地形地貌xx 属太行山山前平原和冲积、洪积扇的边缘地带。地势平坦。海拔83123m，一般在 100m 左右。全区地势北西高，南东低，最大坡度225。由于浅部煤层开采后地面塌陷，而局部形成低洼带。（2）水系该区属海河流域卫河水系，东部有石门河，西部有山门河，均发源于太行山。且为间歇性河流。据近年资料表明，除雨季外，平时河床干枯。河流上游建了不少中、小型水库，已无洪泛危害。（3）气象该区属大陆性半干燥气候，夏季炎热，冬季寒冷，四季分明，最低气温-19.9（1971 年） ，最高气温 43.3（1966 年） ，降雨多集中在 79 月份，年降雨量 333.3908.7mm，

23、平均 624.9mm，日最大降雨量达 151.8mm（63 年 8 月 8日） ，年蒸发量为 1393.62313mm，平均 2022.3mm，蒸发量大于降雨量。（4）地震据焦作市地震办公室汇集的资料，自 1038 年1978 年 6 月，发生的较大地震且对焦作有影响的共有 35 次，该区地震基本烈度为 7 度。（5）区内及周边煤矿简况xx 煤矿xx 煤矿位于 xx 矿区内北西部边缘，属该矿一水平地段，其范围由前面表2-1 需扣除的 5 个拐点坐标圈定。该矿 1994 年建井，2003 年停产，现已采空。因 xx 矿一水平基本采空，故其对矿井以后生产无甚影响。九里山煤矿位于 xx 矿东边，与矿

24、接壤。1972 年 7 月建井，1983 年投产，设计能力为90 万 t/年，现实际生产能力为 90 万 t/年。1988 年矿井涌水量 89m3/min，含水系数 73.40m3/T。1982 年以来突水 24以上次。涌水量 0.2553.76 m3/min ，大于 3.5 m3/min 的突水有次。河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计7该矿与 xx 矿之间留设了约 80m 宽的煤柱，一般不会对矿生产造成不利影响。xx 矿位于 xx 矿东邻，面积约 3.6km2，1958 年 10 月 1 日建成投产，原设计生产能力为 30 万 t，1997 年核定生产能力为 21 万 t，20

25、04 年核定生产能力为 16万 t。该矿水文地质条件复杂，矿井涌水量为 4050m3/min，自建井以来，共发生几十次突水。该矿与 xx 矿水力联系密切，如果 xx 矿发生突出水水位上升，则该矿涌水量将有明显增加。该矿属于煤与瓦斯突出矿井。该矿与 xx 矿之间留设了约 80m 宽的煤柱，一般不会对 xx 矿生产造成不利影响，但对 xx 矿水文地质条件有一定的影响，应当重视。2.1.3 煤尘爆炸和煤的自煤尘爆炸和煤的自燃倾向性燃倾向性（1）煤尘爆炸二1煤层以块煤为主，煤尘量较小，2002、2003、2005 年该矿对二1煤层取样进行了煤尘爆炸性鉴定，该矿二1煤层无煤尘爆炸危险性。结果见表 2-2

26、。（2）煤的自燃倾向性在钻探过程中对 9-13 孔取样进行煤的自燃倾向性测试，该矿二1煤层取样进行了自燃倾向性鉴定，结果见表 2-2。自投产以来，从未发生煤的自燃，因此，该矿二1煤层属不易自燃发火煤层。表 2-2 煤尘爆炸性及自燃倾向性鉴定结果Tab. 2-2 Identification results of coal-dust explosive and spontaneous combustion tendency煤尘爆炸性燃点（）采样地点、时间样品编号爆炸性指数（%）结论原样氧化还原自燃倾向性9-13 分1无爆炸危险性387383402不易自燃9-13 分9无爆炸危险性不易自燃1989

27、 年 9 月9-13 分10无爆炸危险性392389400不易自燃2002 年 8 月二1煤层7.54无爆炸危险性不易自燃河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计82003 年 8 月二1煤层7.54无爆炸危险性不易自燃200 年 12 月二1煤层无爆炸危险性不易自燃2.2 井田地质特征井田地质特征2.2.1 地质构造地质构造 地层xx 矿区为第三、四系全掩盖区，据区内钻孔揭露，地层由老至新为：奥陶系中统马家沟组，石炭系中统本溪组，上统太原组，二迭系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组下段、中段及第三、四系。 构造（1）区域构造焦作煤田位于太行山隆起带南端

28、，地层走向 NENNE，倾向 SE，倾角 414，为单斜构造，区域构造以断裂为主，褶曲不甚发育。该区主要发育有东西、北东、北西向、三组断裂。其中，东西向的凤凰岭断层规模大，把焦作煤田分割为焦南、焦北两大部分；北东向断层最发育，破坏了各井田的连续性，分别切割为大小不等的井田断块；北西向断层不发育，常以中小断层出现。各井田构造均为次一级断裂组成，并受区域主干断裂的严格控制。由于各井田所处区域断层的部位不同，其断层走向、发育程度等各有差异。表 2-3 区域断层一览表Tab. 2-3 Regional fault list断层名称性质走向倾向延伸长度一般落差（m）备 注朱村断层正NWWSW24 公里2

29、000董村断层正80100N30 公里1000马坊泉断层正60NW25 公里200南张门断层正7090NW30 公里400700平陵断层正90120NW20 公里5001000百泉断层正3640NW20 公里300500河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计9峪河断层正100SW30 公里200500凤凰岭断层正EWS50 公里100400九里山断层正4560SW50 公里300600方庄断层正N30WSW10 公里120 两条平行 断层地堑山 西 省平 陵 断 层朱 村垟 南 向 斜断 层朱村矿焦作矿中马村冯营方庄韩王演马庄九里山古汉山太 行背 斜山董 村 断 层太 行 山背 斜九

30、 里山 断 层岭 断 层凤 凰西 仓 上断 层峪 河 口 断 层博爱武陟新乡市辉县修武获嘉武 陟 背 斜耿 黄 断 层南程村赵固PP-TP-TPPPPPOOOCCCCCCC褶皱断层薄壁薄壁层断马坊泉断 层 方庄断层PN010km图 2-2 xx 矿区构造纲要图Fig. 2-2 Tectonic outline map of Jiaozuo mining area（2）井田构造河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计10村庄演马庄井田边界王 母 泉 断 层N演马庄后夏庄演马九里山矿王母泉邓庄演马矿马坊泉断层凤凰岭断层正断层图 例图 2-3 焦作 xx 构造纲要图Fig. 2-3 Tect

31、onic outline map of Yan mazhuang mine fieldxx 位于焦作煤田中部，具体构造位置处于九里山、凤凰岭、方庄三条断层所形成的（韩王演马九里山等三井田）三角状断块中部，地层走向 N5070E，倾向 SE，倾角 414，一般 9左右，为单斜构造。区内构造以断裂为主，褶曲仅有宽缓褶曲或波状起伏现象出现。井田内无岩浆岩发育。井田内断裂全为正断层，走向多为 NENEE，倾向 SESEE，倾角一般为6070。规模以小型断层为主，多分布于井田东部。据钻孔及矿井开采资料，全区共发现断层 156 条。其中，落差大于 100m 的断层 3 条，均在井田南部边界附近，且西部落差

32、大，往东逐渐变小；50100m 的断层 2 条；2050m 的断层 5 条；520m 的断层 22 条；小于 5m 的断层 117 条，见表 2-4。该区断裂处在断块的不同部位，表现了明显的规律性，并严格受到区域构造的控制，纵观全区，共发育三组不同方向的断裂，即：北东、东西和北西向，浅部构造简单，深部和东部相对较复杂，西部由于受九里山断层和凤凰岭断层不同方向的构造作用，其构造，水文地质，瓦斯等地质条件的复杂程度表现的更为突出，并给矿井生产带来较大困难，该区断裂主要受凤凰断层的控制。表 2-4 井田断层情况统计表Tab. 2-4 Statistical table of mine field f

33、ault situation河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计11落差（m） 条数代 号1003F212、F216、F21851002F217、捉130503F204、F209、F21020303F3、F219、F0710209F1、F3-1、F3-2、F39、F75、F102、F137、F213、西三151013F2、F4、F35、F57、F97、F126、F148、F204-1、F207、F208、F214、F215、F220、359F11、F66、F99、F100、F139、F140、F143、F150、F1531.5339F3-3、F3-5、F4-2、F4-4、F6、F7

34、、F15、F16、F17、F19、F26、F33、F36、F47、F48 、F49、F51、F52、F53、F64、F65、F67、F70、F77、F80、F85、F94、F95、F96、F101、F102-5、F106、F110、F111、F119、F122、F128、F146、F1471.575F1-1、F1-2、F3-4、F4-1、F4-3、F4-5、F5、F8、F9、F10、F11-1、F11-2、F12、F13、F14、F18、F20、F21、F22、F23、F24、F25、F27、F28、F29、F30、F31、F32、F34、F37、F40、F42、F43、F44、F45、F45

35、-1、F50、F55、F58、F59、F62、F63、F68、F69、F71、F74、F76、F81、F82、F84、F89、F91、F92、F93、F102-1、F102-2、F102-3、F102-4、F107、F108、F109、F112、F114、F115、F116、F118、F120、F123、F127、F128-1、F141、F142、F144、西三3、西三4合计1562.2.2 含煤地层及煤层含煤地层及煤层 煤层含煤性区内主要含煤地层为太原组和山西组，总厚 177.59m，共含煤 11 层，煤层平均总厚 11.00m，含煤系数 6.19%，可采煤层 2 层，平均厚

36、7.78m，可采含煤系数 4.38%。有关情况参见表 2-5。 表 2-5 主要含煤地层含煤性统计表河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计12Tab. 2-5 Statistical table of main coal-bearing formation contains 可采煤层（1）二1煤层概况二1煤层为该区主要可采煤层，现正开采。赋存于山西组底部，煤层厚1.7010.60m，平均 6.58m，属厚煤层。煤厚变化不大，薄煤带 1.70m，其它煤厚度均在 6.00m 左右变化。煤层赋存良好，无分叉尖灭现象，仅局部含有 1 层泥岩或砂岩夹矸，夹矸厚度 0.100.70

37、m。二水平煤层厚 2.1610.65m，平均 6.68m，仅有 3 孔含夹矸，厚0.050.30m，煤层直接顶板大部为砂质泥岩和泥岩，厚度一般 3m 左右。少数钻孔为细中粒砂岩（大占砂岩） ，厚度一般 18m 左右。仅局部有小面积炭质河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计13泥岩伪顶，直接底板为泥岩，砂质泥岩和粉砂岩。煤层厚度变化情况通过对二水平及以深的 83 孔见煤点统计，2 孔断失，2 孔未达层位，其余79 孔见煤点煤厚在 5.008.00m 的 67 孔，占 86%，在 34m 占 3%，在 810m占 10%，2m 和10m 的占 1%，见图 2-4。图 2-4 二1煤层厚度

38、频率直方图Fig. 2-4 B1 coal thickness frequency histogram图 2-5 二1煤层等厚线示意图Fig. 2-5 Thickness lines scheme of B1 coal seam纵观全区，煤层厚度变化不大，大于 6m 或小于 6m 的煤层厚度呈北西南河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计14东向波状展布。从走向上看，煤层厚度也无明显的变化趋势。倾向上煤厚变化趋势也不明显。此外，煤层顶板稳定且平整，底板在局部有隆起现象，但范围不大，工作面褶曲不发育，但煤层在倾向上有小型的宽缓波状起伏，据此分析，煤厚小幅度变化主要是受煤层基底小型隆起所致

39、。煤层稳定性图 2-6 二1煤层-160m 左右走向剖面示意图Fig. 2-6 B1 coal seam-160 meters to profile scheme该区煤层厚度在走向和倾向上变化不大，一般在 58m 之间，可采性指数为 100%，变异系数在 20.8 以下，二水平及以深，煤厚 1.7010.65m，平均6.58m，属稳定煤层。（2）一2煤层赋存于太原组底部，直接顶板为 L2石灰岩，其厚度稳定，全区发育，大部可采，底板为黑色泥岩或铝质泥岩，且多含黄铁矿结核。一2煤层上距二1煤层 63.6075.70m，一般 17m 左右。全区一2煤层厚度 0.702.47m，平均1.20m。煤层中

40、部普遍发育 1 层泥岩质或炭质泥岩夹矸，厚度 0.100.50m，一般 0.30m 左右（图 2-7） 。xx 矿施工的 3 孔均达可采厚度，据他们统计，一2煤层可采性指数为 76.4%，变异系数 47.7%，故一2煤层为层位稳定、大部可采之薄中厚煤层，应属较稳定煤层。河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计15图 2-7 一2煤层走向剖面示意图Fig. 2-7 A2 coal seam to profile schemes（3）一6煤层赋存于太原组中部 L6灰岩之下，上距二1煤层 43m 左右，一般发育 2 层薄煤，该煤层层位较稳定，普遍发育，时有尖灭，分叉合并现象，煤与煤间距一般在

41、 4m 左右，煤平均厚 0.56m，煤平均厚 0.58m，两层煤总厚 01.22m，一般 0.90m，仅有 11-4 孔见到 1.22m 的可采见煤点，其余均不可采。 煤质（1）物理性质二1煤层为灰黑色，条带状结构，层状构造，上部以块状为主、具贝壳状断口，似金属光泽，局部为粒状，下部则多为粉状，鳞片状。真密度（TRD）1.60，视密度（ARD）1.47，孔隙率 8.12%。一2煤层为灰黑色，以块状为主，内生裂隙发育，贝壳状断口，似金属光泽，下部含较多的黄铁矿，真密度 1.68、视密度 1.49，孔裂隙 11.31%。（2）煤岩特征宏观煤岩特征二1煤层以亮煤为主，次为暗煤和镜煤，煤

42、层中部可见一薄层具纤维状结构，疏松多孔，光泽较弱丝炭，厚度（0.10m） ，属光亮半亮型煤。一2煤层煤岩组分和二1煤层相似，属半亮光亮型煤。显微煤岩特征二1煤镜质组具明显的各向异性，基质镜质体、团块镜质体在正交偏光下河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计16呈花纹状、云雾状消光，呈似条带状分布，均质镜质体无花纹状消光特征。镜下可见类似焦炭中各向异性的中间相小球体，呈细小团块或条带状。一2煤微观特征大致与二1煤层相同，镜质组亦具明显的各向异性，均质镜质体表现较弱，基质镜质体、团块镜质体组分则出现明显的各向异性，在正交偏光下呈现花纹状消光、十字消光的小球体。二1、一2煤无机组分均以粘土矿

43、物为主，一般呈细分散状，零星粒状、条带状顺层分布，方解石多呈脉状或充填在丝质体胞腔中，菱铁矿仅偶见及，黄铁矿含量较高为一2煤层的明显特征，多以菱状、花朵状或条带状等形态出现，有的则呈单晶粒状，二1、一2煤显微煤岩鉴定结果见表 2-5。表 2-6 显微煤岩鉴定成果表Tab. 2-6 Results table of microscopic petrographical appraisal 无机组分（%）煤层有机组分（%）粘土类硫化物类碳酸盐类其它镜煤反射率R0max(%)二189.291.590.7(3)(3)微量0.10.1(3)1.22.01.7(3)微量3.633.953

44、.77(3)一289.291.97.0(3)(3)(3)微量3.954.084.02(3)2.2.3 井田水文地质井田水文地质 区域水文地质概况焦作煤田地处太行山复背斜隆起带南段东翼，山前倾斜平原地带，地层走向 N60E，倾向 SE，倾角 812，呈地堑、地垒、掀斜断块等组合形式，以断裂构造为主。区内寒武系、奥陶系灰岩中岩溶裂隙发育，为地下水提供了良好的储水空间和迳流通道。另外，在断裂带附近岩溶裂隙相对发育，常常形成强富水、导水带，成为焦作煤田内诸矿区、勘查区的补给边界。 矿井水文地质特征（1）地表水文特征矿区

45、内无大的河流和水体。东部石门河、西部山门河均为间歇性河流。除雨季外，平时干枯无水。但河床下及其附近有大量砾石层，形成地表水与大气降水补给地下水的良好通道。河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计17（2）含水层（组）根据岩性、水力性质、空隙特征和富水程度，区内含水层（组）自下而上有： 1）新生界砂砾石含水组第三、四系地层中夹含水砂砾石 17 层，总厚 4.2352.5m。上部潜水含水层埋深 1830m，最大厚度 20m 左右，水位标高+31m 左右，单位涌水量4385L/sm，井简开挖时最大涌水量 11.7m3/min；下部 40m 以下为承压水含水层，含水丰富，尤以“底砾岩”含水性最

46、强，水位标高+80m 左右，单位涌水量 3.71L/sm，井筒最大涌水量 4m3/min，渗透系数 9.20m/d，为 HCO3CaMg型水。是下伏含水层主要补给源之一。2）二迭系砂岩裂隙含水层由二叠系地层中的砂岩组成。有意义的含水层主要有基岩风化带裂隙含水层和大占砂岩裂隙含水层，现分别叙述如下：基岩风化带裂隙含水层基岩风化带裂隙发育，平均厚度 20m 左右，为裂隙承压水，单位涌水量0.020.3L/sm，渗透系数 0.72m/d，含水性弱。大占砂岩裂隙含水层位于二1煤顶板上导水裂隙带内。最大厚度 61.27m，平均 20m，单位涌水量 0.010.17L/sm，平均 0.05L/sm，含水性

47、较弱，为 HCO3CaMg 型水。（3）石炭系灰岩岩溶裂隙含水组石炭系含灰岩 8 层，总厚一般 2035m。其中 L8、L2两层灰岩分布较稳定，富水性强，现分述如下：L8灰岩含水层上距二1煤 14.1723.90m，一般 1820m，平均 18.56m，为二1煤底板直接充水含水层。厚 810m，岩溶裂隙发育，如井下西翼西底板回风巷380m 长，揭露溶洞 44 个、34 勘探线间有 20 个钻孔见岩溶。据钻孔和井下揭露，溶洞多发育在静水位活动带和断裂破碎带附近，直径 0.22.67m，洞内无充填物，尤以标高+10-10m 和+45+65m 之间最甚，富水性中等偏强，但差异性较大。发育程度随深度增

48、加而有所减弱。据钻孔注水试验和井下突水点反求，单位涌水量 0.003455.4L/sm，平均 1.32L/sm，渗透系数河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计188.1739.9m/d、平均 23.05m/d，导水系数 70.18321.3m2/d，平均197.09m2/d。水化学类型为 HCO3CaMg 水。L2灰岩含水层厚 4.8214.34m，一般 911m，平均 10.81m，一般上距二1煤层7080m、平均 73.58m；下距 O2灰岩 11.7237.52m，一般约 20m，平均21.24m；是二1煤底板间接充水含水层。岩溶裂隙发育规律除 L8灰岩相似外，还常在断裂破碎带

49、内形成蜂窝状溶孔及溶洞较大之特点，如 5-2 孔、注 6 孔所遇溶洞高度分别达 7.95m 和 8.03m。据钻孔注水试验，单位涌水量1.817.15L/sm，渗透系数 520m/d。含富水性强，与 O2炭岩含水层联系密切。（4）奥陶系灰岩 O2岩溶裂隙含水层O2灰岩厚约 400m，一般上距二1煤层 100m 左右、平均 105.53m。岩溶裂隙发育，富水性强，水头高、水压大之特征，是威胁矿井安全的主要含水层。根据岩性特征、富水程度和对二1煤层开采影响，可分为上下两段：上段 O22-2+O23厚 220m，单位涌水量 1.137.9L/sm；下段 O21-2厚 7080m、单位涌水量 0.51

50、.0L/sm，两段之间被厚 5060m 灰色角砾状泥灰岩隔断。矿区内具有统一地下水位。因该区内存在数层厚度较大的隔水层，在天然状态下以上各含水层之间多无水力联系。受采矿影响，隔水层性能遭到破坏时，可导致各含水层之间发生密切联系。2.3 矿井开拓、开采概况矿井开拓、开采概况2.3.1 矿井开拓矿井开拓矿井开拓方式为立井多水平上下山开拓。矿井总体布置分两个水平开拓，即一水平和二水平。主要生产地区为二水平，现有三个采区生产，即二二采区、二五采区、二七采区。矿井分水平布置运输大巷，采区上、下山连接，一水平大巷标高-75m，二水平大巷标高-200m，每个采区有三条上（下）山，即胶带运输上（下）山、轨道运

51、输上（下）山和回风运输上（下）山，均布置在煤层顶板岩层内，与煤层法线距离 614m，其中轨道上（下）山和胶带运输上（下）山为进风，回河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计19风上（下）山为专用回风。在矿井上部煤层露头附近布置一条（或两条平行）总回风大巷，贯穿矿井东、西两翼，并通过风井联络巷与风井相连，用于矿井回风。2.3.2 矿井开采矿井开采xx 现开采二1煤层，原设计生产能力 45 万 t，2005 年核定生产能力为 100万 t，现实际生产能力 90 万 t。xx 矿主、副井均为竖井，井筒直径均为 6m，主井深 218m，副井深189m，座落在二1煤顶板大占砂岩中。主井坐标：X=

52、3904710.35，Y=38441369.87；副井坐标：X=3904667.01，Y=38441312.13。目前，一水平已基本采完。一水平面积约 3.69 km2，探明储量 3833.7 万t。平均煤厚 6.60m，煤层稳定；二水平现主要 22 采区、25 采区和 27 采区等开采。该矿采用走向长壁倾斜分层法开采，全部冒落法顶板管理，冒落带高度一般 5m 左右。前期巷道位于二1煤层底板砂质泥岩，后期位于二1煤层顶板大占砂岩。2.4 矿井通风系统概况矿井通风系统概况矿井为中央边界与两翼对角式混合通风，采用抽出式通风法，主、副井和东四斜井进风、东西井回风，东风井安装两台 BDK-8-N028

53、 型对旋式通风机，一台运转，一台备用，该井风机各配备 YBF630-8 型 400KW 电动机，1#、2#风机风叶安装角度均为+6，单级运转；工作风量为 6175m3/min；西风井安装两台 2K58-N024 型 800KW 同步电动机，一台运转，一台备用，该井 1#、2#风机风叶安装角度分别为 35、40。工作风量为 5710m3/min，负压 2254Pa。目前，矿井进风总量为 14711m3/min，总回风量为 15260m3/min。其中东风井进风量为 7705m3/min，瓦斯浓度 0.22%；西风井进风量为 7248m3/min，瓦斯浓度 0.20%；矿井有效风量为 13559m

54、3/min，有效风量率 88.85%，矿井等积孔 5.57m2，矿井外部漏风率 11.15%。矿井采区均有较完善的通风系统，实现了分区通风，采区实现了“两进一回”比较可靠的通风系统，采掘工作面全部实现了独立的进回风系统。并在采掘工作面的进回风巷的进风侧全部建筑了两道坚固的正反向风门，专用回风巷河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计20内未安任何调风设施。二七采区、二五采区、二二采区、二一下山采区、二二下段采区均设置了采区专用回风巷，分别与矿井的东西总回风相连通，形成独立的矿井通风系统。每月对采区专用回风巷、采掘工作面专用回风巷及矿井总回风巷进行一次全面检查，对检查出来的问题立即制定出

55、整改方案和措施，按照“五定”的原则限期进行整改，并由安检科落实整改情况。确保按期处理结束。通风系统合理、稳定、可靠，目前，矿井通风系统不存在不合理因素。河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计21第三章第三章 矿井瓦斯矿井瓦斯现状与抽采设计参数现状与抽采设计参数3.1 矿井瓦斯现状矿井瓦斯现状该矿井按煤矿安全规程的规定于每年 8 月份进行矿井瓦斯等级鉴定工作，20022005 年的瓦斯鉴定结果：矿井绝对瓦斯涌出量26.0546.93m3/min，相对瓦斯涌出量 20.4028.18m3/t，具体结果见表 3-1。表 3-1 20022005 年瓦斯等级鉴定结果Tab. 3-1 Iden

56、tifition of classification of gaseous mine results in 2002-2005瓦斯二氧化碳时间/年绝对涌出量相对涌出量最大相对量鉴定等级绝对涌出量相对涌出量采区最大相对量鉴定等级200235.1623.1333.42突出矿井17.1911.317.48高CO2矿井200326.0520.40116.88突出矿井13.7610.0788.47高CO2矿井200438.5122.47154.28突出矿井15.348.95100.95高CO2矿井200546.9328.1851.1突出矿井13.918.2614.5低CO2矿井2010 年矿井瓦斯等级鉴

57、定结果为：矿井绝对瓦斯涌出量为 43.8m3/min，相对瓦斯涌出量为 20.17m3/min，矿井鉴定为煤与瓦斯突出矿井。3.2 抽采系统选择抽采系统选择 根据矿井瓦斯抽采管理规范第 10 条和煤矿瓦斯抽采规范（AQ10262006）第 4.2 条规定，建立固定瓦斯抽采系统的矿井，应同时具备下列 2 个条件：（1）瓦斯抽采系统的抽采量可稳定在 2m3/min 以上；（2）瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽采服务年限在 5 年以上。根据矿井抽采瓦斯工程设计规范GB504712008 第 3.2.1 条，凡符合下列情况之一，必须建立地面固定瓦斯抽采系统：河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕

58、业设计22（1）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的；（2）瓦斯抽采系统设计抽采量2m3/min（纯量） 。根据河南省煤炭工业管理局文件(豫煤安20071 号） ，高、突矿井以及低瓦斯矿井高瓦斯区域必须健全瓦斯抽采系统，突出矿井和瓦斯绝对涌出量在40m3/min 以上的矿井必须建立地面瓦斯抽采系统。根据 xx 矿瓦斯等级鉴定结果，该井田属于煤与瓦斯突出矿井，二1煤层按突出煤层管理，因此，xx 应选择地面固定瓦斯抽采系统。3.3 矿井瓦斯抽采设计参数矿井瓦斯抽采设计参数3.3.1 矿井瓦斯储量估算矿井瓦斯储量估算根据MT501896 矿井瓦斯抽放工程设计规范第 3.0.1 条规定，矿井瓦斯储量应为矿井可

59、采煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。可按下式计算： (3-1)32lWWWW式中 矿井瓦斯储量，Mm3；W W1可采煤层的瓦斯储量，Mm3； (3-2)ni 11ililXAW式中 Ali矿井可采煤层 i 的地质储量，MtX1i矿井可采煤层 i 的瓦斯含量，m3/t；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，2WMm3； (3-3)n1i2i2i2XAW式中 A2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层地质储量，Mt； X2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含量，m3/t； W3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦

60、斯储量，Mm3，实测或按下式计算：河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计23 (3-4)WK(WW213式中 K围岩瓦斯储量系数，一般取 K0.050.20。采用体积法对 xx 内瓦斯储量进行估算。按照计算块段和参数确定的准则，块段的划分及含气量等参数的选取见图 3-1，资源量计算结果见表 3-2。表 3-2 xx 矿二1煤瓦斯储量计算结果表Tab. 3-2 Gas reserves calculation results of Yanmazhuang mine B1 coal 块段编号面积/km2含量/m3/t煤厚/m密度/t/m3埋藏深度/m围岩瓦斯储量/ Mm3地质储量/Mm3