新安煤矿煤层瓦斯抽采设计概述

1、课 程 设 计题 目 新安煤矿煤层瓦斯抽采设计院(系)别 安全工程学院 专业班级 地质工程13-1班 姓 名 张恩龙 指导教师 张强 2016 年 12 月 26 日目 录1 矿井概况11.1 井田概况11.1.1 交通位置11.1.2 主要河流湖泊水库沟塘的分布及地震史11.1.3 气候11.1.4 附近工矿农业概况及原料供应情况21.1.5 煤田开发历史及近况21.1.6 水电的供给情况21.2 井田地质特征31.2.1 矿区内的地层情况31.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造31.2.3 岩石性质及厚度特征41.3 井田水文地质情况41.3.1水文地质条件41.3.2 充水性因素和矿

2、井涌水量51.3.3 煤尘及煤的自燃性51.4 矿井开拓及开采概况61.4.1 井田境界61.4.2 巷道布置61.4.3 井田储量61.4.4 开采顺序71.4.5 开采概况71.4.6 矿井生产能力71.4.7 矿井设计服务年限81.5 矿井通风系统概况81.5.1 矿井瓦斯等级81.5.2 原有通风系统简述81.5.3 主扇情况81.5.4 矿井通风阻力测定情况91.5.5 矿井风量情况101.5.6 矿井风量调节的方法与措施102 矿井瓦斯赋存情况102.1 煤层瓦斯基本参数102.1.1 煤层瓦斯压力102.1.2 煤层瓦斯含量102.1.3 煤层透气性系数112.1.4 百米钻孔初

3、始瓦斯流量及其衰减系数112.1.5 采区位置范围112.2 矿井瓦斯储量计算122.3 矿井瓦斯可抽采量及抽采期132.3.1 瓦斯抽采率132.3.2 矿井瓦斯可抽量152.3.3 矿井瓦斯可抽期163瓦斯抽采的必要性和可行性论证173.1 瓦斯抽采的必要性173.1.1 瓦斯涌出量预测方法183.1.2 瓦斯涌出量计算183.1.3 瓦斯抽采必要性判断193.2瓦斯抽采的可行性204矿井抽采瓦斯方法214.1 选择抽采瓦斯方法的原则214.1.1 煤层瓦斯抽采工艺214.1.2 抽采方法选择原则234.2 矿井瓦斯来源分析234.2.1矿井瓦斯来源234.2.2 矿井瓦斯涌出构成234.

4、3 抽采方法选择234.3.1 抽采方法分类234.3.2 抽采方法选择原则244.3.3 抽采方法选择244.4 开采层回采工作面抽采设计254.4.1 方案一钻孔及钻场布置254.5 掘进工作面钻孔钻场布置284.5.1 掘进工作面的抽采方法254.5.2 掘进工作面钻孔及钻场布置254.6 采空区钻孔钻场布置264.7 邻近层钻孔钻场布置284.7.1 邻近层的抽采方法284.7.2 邻近层的钻孔钻场布置294.8 封孔314.8.1 封孔方法324.8.2 封孔长度及材料334.8.3 封孔工艺351 矿井概况及安全条件1.1 矿井概况1.1.1 交通位置新安矿位于黑龙江省友谊县境内，

5、西距双鸭山市65公里，南距七星矿15公里，北有富前铁路的红兴隆车站，铁路经由双鸭山和福利至佳木斯，可通全国各地，公路可通往宝清、福利和双鸭山，区内交通方便。坐标为：东经131°5345131°7,北纬46°746°9。交通位置图见图1-1。图1-1新安矿交通位置图1.1.2 主要河流湖泊水库沟塘的分布及地震史 七台河支流挠力河位于本区南部山区，为倭肯河支流，河宽10m左右，水深0.70m左右，平常期流量为0.51.5m³/s，水期流量为10200m³/s，属季节性河流，该河位于本区西部，泾流方向由南向北，垂直煤系地层走向，基本切割本矿

6、区全部煤系地层，对矿区的开发有一定的影响。在其北部具有湿地，中部各地区有大小不一的小型未知名湖泊11个。 2010年3月10日18时54分，双鸭山市友谊县凤岗镇发生里氏4.6级有感地震。本区地震强度为级。1.1.3 气候本区属于大陆性气候，湿差变化较大，历年最低温度达到零下39，历年最高温度达到零上38。雨季为七、八、九三个月份，年平均降雨量为452737 mm，最大降雨量为737 mm。年十一月份结冻到次年四月解冻。最大结冻深度为2.0 m左右，平均积雪为100 mm。该区内的全年最大频率的风向定西北风，最大风速为25 m/s。1.1.4 附近工矿农业概况及原料供应情况友谊县自然资源丰富，土

7、地肥沃，雨量充沛，耕地集中连片，是较好的产粮区。全县现有耕地9.2万公顷、林地1.8万公顷、水面0.6万公顷、苇塘0.5万公顷。盛产大豆、小麦、水稻、玉米、甜菜、西瓜等，尤其是大豆、小麦蜚声中外。林地主要生长松、黄玻萝、白桦、水曲柳以及杨、柞、椴等杂木树种。山林产品主要有蚕、黑木耳、猴头、杂蘑、蕨菜、黄花菜以及山葡萄等。药材有人参、黄芩、甘草、防风等。矿产资源主要有原煤、石油、石灰石、建筑用砂石、汉白玉等10多种。原煤储量达1亿吨，石灰石、汉白玉品位高，储量丰富，具有开采价值。野生动物有国家一、二类保护动物梅花鹿、卧龙；黑熊、马鹿、雪兔、天鹅、鸳鸯、狍子以及山鸡、田鸡、沙半鸡、狼、林蛙、黄鼬等

8、十几种。附近有七星煤矿、东山煤矿、双阳煤矿、桃山煤矿等。该地区水资源和农业资源供应较为充足。1.1.5 煤天开发历史及近况2007年省批复核定能力210万t/a，在2008年同时又重新申报核定能力为240万t/a。截至2006年末矿井剩余工业储量19819.3万t，可采储量11116万t，尚余服务年限为37.8年（按年生产能力210万t/a、储量备用系数取1.4计算）。截止2013年底矿井剩余可采储量9864.5万t，剩余服务年限28年。经过地质补勘探调查，煤层厚度稳定，质量好，具有较好的开发前景。1.1.6 水电的供给情况七星河乌苏里江左岸二级支流。位于黑龙江省东部。发源于岚棒山南侧，流经宝

9、清、双鸭山、友谊、富锦4市县交界，在大王家附近注入挠力河。全长189公里，河宽1050米，水深1.22.0米。每年11月中旬至次年4月上旬为结冰期。两岸地势平坦低洼，多沼泽，河道排泄能力较低，遇多雨年易形成洪涝灾害。流域总面积3985平方公里。中下游为三江平原腹地，多沼泽湿地。属季节性河流，该河位于本区西部，泾流方向由南向北，本区内第四系地层广泛分布，地下含水量极其丰富，水源充足。供水水源来自于倭肯河附近的五个水源井和桃山水库净化水，水量满足生产需要。友谊县电业局：拥有66kV变电所5座，主变容量90000KVA。66KV输变电线路5条，亘长86.798km；10kV线路32条，亘长1302.

10、989；6KV线路3条，亘长85.434km。10kV配电变压器2887台，总容量190.186MVA；6kV配电变压器112台，总容量11.932MVA。担负着友谊地区11个乡镇的工农业生产生活用电，共拥有客户42717户，电力满足生产需要。1.2 井田地质特征1.2.1 矿区内地层情况 本区地层发育不全，有远古界麻山群，中生界上侏罗统鸡西群及新生界第三系和第四系，其中以中生界地层最为发育，该区地质构造比较复杂，区域内部有两个正断层，同一大断层往往浅部落差大，深部落差小以至于尖灭，煤系地层为下白垩统系，均为第四系或第三系所覆盖 ，地层有：麻山群、下白垩统系中城子河组、穆棱组，第三系、第四系。

11、该区地层走向近东西，东部转为南北，倾向南，倾角5°10°，该区煤层以结构简单之中厚煤层为主。主要煤层以城子河组中段发育最佳，城子河组含煤59层，其中发育煤层为5、6、8上、8、9、10上、10、10下、11、12、13上、13、15、16、17上、21、22共计17层，总厚度为21.59 m，含煤系数：0.0431。本区均属薄煤层，除8、9、10号煤层为复合煤层外，其余为结构简单之煤层，煤层以中东部较西部，南部较北部发育为佳，多数煤层沿走向厚度变化不均，沿倾向由北向南有增厚之势。本井田已查明可采煤层及局部可采煤层17层，各煤层顶板多数为粉细砂岩，少数为中砂岩。多数煤层没有伪

12、顶、伪底，个别有伪顶的，其伪顶分岩性为粉砂岩，厚度在1.0 m左右，各煤层顶底板平整，只有局部凸凹不平，顶板较完整，裂隙不发育，煤层赋存较稳定，较稳定的煤层储量占总储量的60%，煤层倾角一般在1025度之间，故将其地质条件定为II类。1.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造双鸭山煤田走向为东西，新安煤矿位于双鸭山煤田东部，兴隆凸起东部边缘上与南部弧形压性断裂有关的煤盆地，盆地由基底和盖层两个截然不同的构造层组成，以褶曲为主，断裂次之，伴随大量中基性岩浆岩侵入的构造特点2。由陡发向斜、保安背斜及向阳向斜组成不对称煤盆地，而新安向斜则为双鸭山煤田北部隆凸起，南侧由于断裂而保存下来的单斜构造，东侧

13、由于断裂而保存下来的煤盆地，地层走向受基盘控制，多为NE及NNE向，倾向S，一般倾角为10°12°。断层呈群组出现，破碎带宽，涉及面较广，H>25M的有12条，同一断层浅部落差大，而深部落差减小或尖灭，岩浆岩主要由西向东侵入。1.2.3 煤层与煤质1.2.3 岩石性质和厚度特征本井田已查明可采煤层及局部可采煤层17层，各煤层顶板多数为粉细砂岩，少数为中砂岩。多数煤层没有伪顶、伪底，个别有伪顶的，其伪顶分岩性为粉砂岩，厚度在1.0 m左右，各煤层顶底板平整，只有局部凸凹不平，顶板较完整，裂隙不发育，煤层赋存较稳定，较稳定的煤层储量占总储量的60%，煤层倾角一般在1025

14、度之间，故将其地质条件定为II类。新安矿井田含煤地层，由煤层、煤质页岩、黑色泥岩、油页岩及粉砂岩组成，煤层编号自上而下为20#煤层和21#煤层。20#煤层厚度1.3m，21#煤厚1.85 m。煤层全区发育，结构简单。1.3 井田水文地质情况1.3.1 水文地质条件井田地表为第四系含水砂层，砂层下面有基岩裂隙含水层和构造隙含水层，矿井的主要补给源有：西侧河流补给、西侧和南侧下水径流补给以及大气降水补给和人工排水沟补给。第四系冲积砂砾潜水层：该含水层为本区主要含水层，直接覆盖于煤系地层之上，层间无隔水层。该含水层南北长5.6 km，总面积为14 k砂层厚度由东北向西南2560 m逐渐加厚，平均厚度

15、为45 m，原始潜水位埋深0.362.05 m，原始地下水静储量为1.29亿m³，砂层透气性系数为3441 m，给水度为0.18。基岩裂隙含水层：分为煤系列化层风化带含水层和煤层层间裂隙含水层1。煤层裂隙在第四系层下约20 m以上为强风化带，第四系下约60 m以上为弱风化带，风化裂隙带导水性强，得到砂层水的直接补给，属风化裂隙潜水，层间裂隙在第四纪层下40100 m煤层底板比较发育在100200 m深度局部发育层间裂隙承压水。侏罗系含水带，在垂深160 m以下为主要含水带，为孔隙、裂隙含水带，二者之间无明显隔水层存在，而有缓慢的水力联系。第四系：第四系含水层与地表有直接水力联系，七星

16、河与第四系孔隙水随季节变化的不同相互补给，侏罗系与第四系有微弱的水力联系。本区有2.118.45 m粘土覆盖，东部煤层露头外侏罗系上复粘土灭尘。第三系与第四系和第三系与失罗系有明显的水力联系。因此河水、第四系水将通过第三系补给予侏罗系成为井田充水主要因素之一。矿井最大涌水量为1022 m³/h，正常涌水量700 m³/h。采区内直接充水含水层主要由侏罗系粗砂岩及砂砾岩微弱的裂隙孔隙承压含水层所组成，虽然粗砂岩疏软多裂隙，但单位涌水量均小于0.0043L/sm，而且煤层顶部有较厚的油页岩、泥岩，含水层间发育着具有良好隔水性能的泥岩、粉砂岩层，所以与地表水以及各主要含水层间无水

17、力联系，故将该井田水文地质条件划分为简单的二类一型。1.3.2 水充水性因数和矿井涌水量井田地表为第四系含水砂层，砂层下面有基岩裂隙含水层和构造隙含水层，矿井的主要补给源有：西侧河流补给、西侧和南侧下水径流补给以及大气降水补给和人工排水沟补给。 矿井最大涌水量为1022 m³/h，正常涌水量700 m³/h。1.3.3 煤尘及煤的自然性新安矿井田内的两个可采煤层最小厚度1.10m，厚度最大2.08m，煤层平均倾角12°，煤层节理不发育，挥发分含量为35%，有助于煤层气的产生和贮存。经试验测定，20#煤层和21#煤层密度分别为1.35×10³t/

18、m3和1.39×10³t/m3，煤炭自然发火期最短20天，煤尘爆炸指数为46.37%。具体参数见表1-1。表1-1煤层结构与特征表Tab.1-1 Coal layer structure and features table 项目单位指标备注煤层厚度最大-最小/m 5.76-0.15煤层倾角最大-最小/° 513 煤层硬度t3.0煤层层理发育程度发育煤层节理发育程度不发育煤质灰分Ag %13.27挥发分 Vr %35.67容重 t/m31.35（1.39）×103含硫量 %2.22胶质层厚度Y值0-7自然发火期月1-3最短20天绝对瓦斯涌出量m3/min

19、4.8煤尘爆炸指数%46.371.4 矿井开拓和开采概况1.4.1 井田境界 本井田东以元古麻山群为界，西以中生界上侏罗统鸡西群为界，北以下白垩统系中城子河组为界，南以穆棱组为界。井田东西长约2.7km，南北长约1.2km，井田面积3.2454km²，生产规模为0.21Mt/a。1.4.2 巷道布置矿井主采煤层为21#煤层，邻近层为20#煤层。水平西掘进面开口点在+400水平西运输巷，距+400水平主石门与+400东运输巷交叉全站仪B1点55米。施工时先掘石门段，方位角3150，坡度为3，直到见21煤层，倾向长度约为81米。方位角为煤层走向，坡度为3，长度为530米，施工时要严格按设

20、计施工。 1.4.3 井田储量表1-2 可采煤层一览表煤层煤层厚度（M）煤层间距（M）煤层倾角煤层结构稳定程度可采性顶板岩性底板岩性最大最小平均最大最小平均50.800.65/简单不稳定局部粉砂岩中砂岩61.9501.1034.620.1278-45简单不稳定局部中砂岩粉砂岩8上2.600.201.45462133.88-45简单不稳定局部中砂岩粉砂岩85.350.202.00340228-49复较稳定大部分中粗砂岩细砂岩93.500.154.50252208-48复较稳定大部分中细砂岩、粉砂岩凝灰质粉砂岩10上3.2501.5020.73178-46简单较稳定大部分中砂岩中砂岩10

21、5.760.454.036.250.74.57-44复较稳定大部分中粗砂岩细砂岩10下1.2000.859.80.75.56-15简单较稳定局部粉砂岩、炭粉砂岩中砂岩10下12.0501.508347-43简单不稳定局部含炭泥岩及粉砂岩中砂岩122.2001.154617308-45简单较稳定局部细砂岩,粉砂岩细砂岩13上1.2500.6550.628348-40简单较稳定局部粉砂岩粉砂岩132.2001.14015598-40简单较稳定局部细砂岩砂质互层150.8000.6528.416.3522/简单较稳定局部细砂岩细砂岩162.4000.9514.69.3128-44复较稳定局部粉砂岩粉

22、砂岩17上1.1000.7015.67.1511/简单较稳定局部细砂岩为主细砂岩202.081.621.3067415427-33简单较稳定局部粉砂岩细砂岩211.501.101.8556.413.3408-12简单较稳定局部粉砂岩粉砂岩储量计算公式Q=SMd t/m³ m新安煤矿井田工业储量为19.8193Mt，可采储量为11.1116Mt1.4.4 开采顺序逐层开采，新安煤矿的采取上行式开采顺序先采20#煤层再采21#煤层。1.4.5 开采概况新安一矿设计生产能0.21Mt/a，设计服务年限为90年。新安矿工业广场布置在井田的储量中心，且地势比较平坦处。煤层埋藏最深为-550m，

23、所以井田采用立井开拓，井筒数目为主井、副井、风井三个井筒，井筒标高+80米。新安煤矿采用单一走向长壁后退式采煤方法，矿井的通风方式采用中央并列式通风，风井设在井田范围内，由副井入风，主井辅助入风。经井底车场里至各同回风地点后，乏风有风井排出地面。采区采用抽出式，回风由采区主要扇风机排出地面，经计算工作面供风量为1500 m³/min。井底车场采用立式车场，井田划分为3个阶段，1个开采水平，5个采区，采区分别为E1、E2、E3、W1和W2，首先进行W1采区的煤炭开采，因而本设计针对W1采区的工作面进行瓦斯抽采设计。由于煤层倾角较小，所以采用帯区开采。运输大巷和回风大巷均布置在岩层中，维

24、护方便，带区工作面长度800m，日生产量为1500t，日推进量5.04m，运输方式采用皮带运输。1.4.6 矿井生产能力2007年省批复核定能力210万t/a，在2008年同时又重新申报核定能力为240万t/a。1.4.7 矿井设计和服务年限 截至2006年末矿井剩余工业储量19819.3万t，可采储量11116万t，尚余服务年限为37.8年（按年生产能力210万t/a、储量备用系数取1.4计算）。截止2013年底矿井剩余可采储量9864.5万t，剩余服务年限28年。经过地质补勘探调查，煤层厚度稳定，质量好，具有较好的开发前景。1.5 矿井通风系统概况1.5.1 矿井瓦斯等级新安煤矿在2006

25、年前属于低瓦斯矿井，在2006年正式被定为高管矿井。在2007年矿井瓦斯鉴定结果为：矿井绝对瓦斯涌出量：16.33 m³/min；矿井相对瓦斯涌出量：15 m³/t。1.5.2 原有通风系统简述采区为中央并列抽出式，由副井入风，主井辅助入风。经井底车场里至各同回风地点后，乏风有风井排出地面。采区采用抽出式，回风由采区主要扇风机排出地面，经计算工作面供风量为1500 m³/min。根据：（1）应有利于加快矿井建设速度，技术经济合理，生产安全。（2）必须符合煤矿安全规程和煤炭工业设计规范有关规定。（3）通风系统简单、风流稳定、易于管理。（4）通风费用少，后期通风合理。

26、1.5.3 主扇情况工作主扇与备扇有关参数如表1-3所示：表1-3 工作主扇与备扇参数表型号风量（m3/min）全压（Pa）静压（Pa）转速（r/min）电机功率(kw)主扇BDK-8-No2882653042707145018.5备扇BDK-8-No2882652946707145018.51.5.4 矿井通风阻力和测定情况矿井通风阻力的大小是选择通风设备的主要依据，所以，在选择矿井主要通风机之前，必须首先计算通风总阻力。按照经过巷道时产生阻力的方式不同，可分摩擦阻力和局部阻力。摩擦阻力一般占通风阻力的90%左右，它是矿井通风设计选择主要通风机的主要参数。1）计算公式：h阻=h摩+h局（1）

27、 通风阻力公式：R局部风阻，Ns²/m8；Q风量m³/s。（2） 风速公式：Q风量，m³/s；S井巷断面积，m²。（3） 风速阻力公式：摩擦阻力系数 巷道长度，m；巷道断面面积，m²。（4） 巷道断面周长公式： U井巷断面周长，m； C断面形状系数：梯形4.16；半圆拱3.90；S井巷断面积，m²。 2）矿井通风阻力容易时期最大风路的阻力计算H阻小 = 653.95PaH阻大 = 1113.47 Pa1.5.5 矿井风量情况采区采用抽出式，回风由采区主要扇风机排出地面，经计算工作面供风量为1500 m³/min。1.5.6

28、矿井风量调节的方法和措施当矿井总风量确定后，首先按照采区布置图给各回采工作面、掘进面、硐室分配用风量；从总风量中减去各回采工作面、掘进面、硐室用的风量，余下的风量按采区产量、采掘面数目、硐室数目等分配到各采区。再按一定比例将这部分风量分配到其他用风点。用于维护巷道和保证行人安全。2 矿井瓦斯赋存情况2.1 煤层瓦斯基本参数煤层瓦斯基本参数包括：瓦斯风化带深度、煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤的残存瓦斯含量、煤的孔隙率、瓦斯含量分布梯度、煤层透气性系数、抽采钻孔影响半径、百米钻孔瓦斯流量及其衰减系数等6。对于以上参数的确定，根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽采规范第5.2.2条规定：新建矿井瓦斯

29、抽采工程设计应以批准的精查地质报告为依据，并参照邻近或条件类似生产矿井的瓦斯资料；改(扩)建及生产矿井应以本矿地质、瓦斯资料为依据。2.1.1 煤层瓦斯压力 20#煤层的瓦斯压力为0.27MPa，21#煤层的瓦斯压力为0.29MPa、20#煤层瓦斯含量9.65 m³/t，21#煤层瓦斯含量10.17 m³/t。2.1.2 煤层瓦斯含量 20#煤层瓦斯含量9.65 m³/t，21#煤层瓦斯含量10.17 m³/t。2.1.3煤层渗透气性系数新安煤矿20#煤层透气性系数为4.79 m²/MPa²·d，21#煤层透气性系数为5.4

30、2 m²/MPa²·d。2.1.4 百米钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数 钻孔瓦斯流量衰减系数为20=0.049d-1。21=0.062d-12.1.5采区位置范围煤层的直接顶板主要由黑褐色油页岩组成。结构致密、细腻、无裂隙，厚度一般在1030米之间，平均20米左右。煤层直接底板主要由灰黑色泥岩和灰白色粉、细砂岩所组成。结构较细致，质软。其厚度变化西南薄56米，东北厚约10米以上，一般510米左右。围岩瓦斯储量系数取定为0.08。2.2矿井瓦斯储量计算根据MT5018-96矿井瓦斯抽采工程设计规范第3.0.1条规定，矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采动影响后

31、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： (2-1)式中，W矿井瓦斯储量，Mm3； W1可采煤层的瓦斯储量，Mm3； W2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，Mm3； W3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3。（1）可采煤层的瓦斯储量W1 (2-2)式中，A1i矿井可采煤层i的地质储量，Mt 公式： 本设计采区面积为1.18km²，采区内包含二层煤，其中20#煤层煤厚1.3m，21#煤层煤厚1.85 m，平均煤厚1.5m，容重取1.38，煤层平均倾角12°。 20#煤层储量=（采区面积×煤厚×容

32、重）/cos12°=2.0709/0.978=2.11Mt 21#煤层储量=（采区面积×煤厚×容重）/cos12°=3.03/0.978=3.10Mt 采区工业储量= 2.11+3.10=5.21 Mt X1i矿井可采煤层i的瓦斯含量，m3/t， 20#煤层X20=9.65 m³/t，21#煤层X21=10.17m³/t Mm³（2）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W2 (2-3)式中，A2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量，Mt； X2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的

33、瓦斯含量，m3/t； 受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量主要是保护煤柱，回采率为5%，根据资料显示，该采区不可采资源量为：W2=W20=2.11Mt×9.65m³/t×5%×2=2.03615Mm3 （3）受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量W3 (2-4)式中，K围岩瓦斯储量系数，取0.08。综上Mm³按上式计算得出煤层的瓦斯储量及可抽量，数据记录见表2-1所示。表2-1 20#、21#,煤层瓦斯储量及可抽量计算结果汇总煤层工业储量/Mt设计资源储量/Mt可采储量/Mt瓦斯储量 /Mm³20#2.111.8

34、992.1120.361521#3.102.793.1031.5272.3 瓦斯可抽采量和抽采期2.3.1矿井瓦斯抽采率根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.3条规定：设计瓦斯抽采率，可根据煤层瓦斯抽采难易程度、瓦斯涌出情况、采用的瓦斯抽采方法等因素综合确定，也可按邻近生产矿井或条件类似矿井数值选取；并应符合国家现行标准煤矿瓦斯抽采基本指标AQ 1027的有关规定，同时应满足采、掘工作面的通风要求。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第8.6.3条规定：瓦斯抽出率：预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；邻近层卸压瓦斯抽放的矿井

35、：矿井抽出率应不小于35%，回采工作面抽出率应不小于45%；采用综合抽放方法的矿井：矿井抽出率应不小于30%；煤与瓦斯突出矿井：预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74 MPa以下。对于设计来说，瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求，也可以参照AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标第4.2条进行选取。工作面回采期间，在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置，每周测定工作面瓦斯抽采量（含移动抽采）。每月底按式（2-8）计算工作面月平均瓦斯抽采率。 （1）工作面可以供给的风量 (2-5)式中，工作面可以供给的风量，m3/min； 最小控

36、顶距，m；取3m采高，1.5m； 有效断面系数；取0.6 规程允许最高风速，4。（2）通风方法可以解决的瓦斯含量 (2-6)式中，工作面可以供给的风量m3/min； 规程允许最高瓦斯浓度，1%； 工作面日产量，t/日；(倾斜长×煤厚×日推进量×容重) 瓦斯涌出不均匀系数，取1.6； 残余瓦斯量，m3/t； （3）工作面所需风量的计算=100 (2-7)式中，绝对瓦斯涌出量，m3/min； 工作面瓦斯涌出不均衡系数，=1.6。 (2-8)式中：工作面月平均瓦斯抽采率，%；回采期间，工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min；m³/min工作面月平均风排瓦斯量，m

37、3/min经实际地质测量数据得到m³/min m³/min=100×0.768m3/min/（0.768·m3/min+1.31m3/min）=36.9%2.3.2矿井瓦斯可抽量根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.2条规定可按下列公式计算：WcW·K （2-9）KK1·K 2·K 3 （2-10）K1K4（My-Mc）/ My （2-11）式中 Wc可抽瓦斯量（Mm3 ）； K可抽系数； K1瓦斯涌出程度系数； K2负压抽采时的抽采作用系数，可取1.2； K3矿井瓦斯抽采率（%）。按目前我国的抽采技术

38、水平，预抽煤层瓦斯时，可取25%35%；抽采上下邻近层瓦斯时，可取35%45%； K4煤层瓦斯排放率，可根据 矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018-2006）中的规定选取；当采高小于4.5m时，Ki按式（4-5）计算或按图4.1选取。 （2-12）式中：hi第i邻近层与开采层垂直距离，m； hp受采动影响顶底板岩层形成贯穿裂隙，邻近层向工作面释放卸压瓦斯的岩层破坏范围，m。 经实际地质测量数据得知 ： K1 = 1.3= 1/0.95=1.05 K3=0.47KK1·K 2·K 3 =1.3×1.05×0.47=0.64155所以，可抽瓦斯量：20#煤层

39、：Wc=9.65×0.64155=6.19Mm3 21#煤层：Wc=10.17×0.64155=6.52Mm32.3.3矿井瓦斯可抽期根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.4条及AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第5.3.5都规定：矿井或水平的抽放年限应与其抽放瓦斯区域的开采年限相适应。矿井设计瓦斯年抽采量可按下式计算：QN=6415.5×365×Q/1000000 （2-13）式中：QN矿井设计瓦斯年抽采量（Mm3）；Q矿井设计瓦斯抽采规模（m3/min）。 QN=6415.5×365×1.08/10000

40、00 = 2.52899Mm3则可抽期:20#煤层: T=6.19/2.52899=2.45年 21#煤层: T=6.52/2.52899=2.58年3 瓦斯抽采的必要性和可行性论证3.1 瓦斯可抽采的必要性根据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：（1）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。（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

41、/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。（3） 开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。 下面从三个方面来分析板石煤矿瓦斯抽采的必要性。3.1.1瓦斯涌出量预测方法 根据安全生产行业标准矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018-2006），采用分源预测法对岚县正利煤业矿井瓦斯涌出量进行预测。分源预测法的技术原理是：根据煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出的源汇关系，利用瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律并结合煤层的赋存条件和开采技术条件，通过对回采工作面和掘进工作

42、面瓦斯涌出量的计算，达到预测采区和矿井瓦斯涌出量的目的。从目前的研究现状来看，矿井瓦斯涌出量预测方法可分为三大类：其一是建立在数理统计规律基础上的统计预测法，该方法是依据矿井瓦斯涌出量与开采深度等参数之间的统计规律，外推到预测区域中的瓦斯涌出量；其二是根据煤层瓦斯含量进行预测的分源预测法，通过计算井下各瓦斯涌出源的涌出量，得到矿井或某一区域的相对瓦斯涌出量；其三是在地质量化的基础上应用指数预测的方法来预测瓦斯涌出量，即地质量化指数预测法。 1）统计预测法： 统计预测法是国内外有关矿井长期以来普遍采用的矿井瓦斯涌出量预测方法，该方法的基本原理是：根据矿井已采区域历年测定的相对瓦斯涌出量及相应的开

43、采深度，采用数理统计方法建立二者之间的线性或非线性回归方程，Q=f（H），并通过统计检验，确认回归方程有意义后，用于对深部未采区域的瓦斯涌出量作出预测，而通常采用的瓦斯涌出量梯度a，实际上是瓦斯涌出量Q对开采深度H的回归方程的回归系数。 2）分源预测法： 分源预测法是以煤层瓦斯含量为预测的主要依据，通过对井下各涌出源的瓦斯涌出量计算，进行矿井瓦斯涌出量的预测，理论和实践证明，进行井下煤层开采时，由于受到采掘工作的影响，煤层和围岩中的瓦斯平衡赋存条件受到破坏，处于破坏区内的开采层、围岩、邻近层、采空区中的瓦斯将涌进巷道，构成矿井瓦斯组成的各部分；根据这种情况，分源预测法主要是对井下开采层、围岩、

44、邻近层、采空区中瓦斯涌出量的计算，此外，还包括掘进巷道的瓦斯涌出量，因此，这种预测方法可以概括为：矿井相对瓦斯涌出量等于平均每采一吨煤各瓦斯源涌出分量的总和，即首先应对每一种瓦斯涌出源计算其涌出量，然后求和，由于这种预测法是以煤的瓦斯含量作为计算基础，故又简称其为瓦斯含量法。 3）地质量化指数预测法： 地质量化指数预测法是瓦斯预测的基础和前提，传统的量化方法主要是做各种地质指标的等值线，再人工统计各个预测单元的地质指标，采用指数预测的方法对矿井瓦斯涌出量进行预测，从而实现了地质指标的量化，较好的解决了地质指标量化和瓦斯涌出量的预测问题。目前，国内很多煤矿在计算瓦斯涌出量时，主要是采用分源预测法

45、和统计预测法，本设计中采取分源预测法。3.1.2 瓦斯涌出量计算（1）工作面绝对瓦斯涌出量计算 (3-1)式中，开采煤层涌入工作面的瓦斯量 m3/min； 开采煤层原始煤层瓦斯含量 m3/t； 煤的残余瓦斯含量 m3/t； 煤的容重 =1.35 t/m3 煤层厚度 1.5m； 工作面平均推进速度 4m/d； 工作面长度 1382m； 进、回风巷排放瓦斯带的总宽度m；当煤的挥发分r大于27%时，取=26m。（2） 工作面相对瓦斯涌出量的计算（3） 经实际地质测量数据得出 20# =13m³/t 21#=15m³/t =2m³/t 20=1.3m 21=1.85m =

46、4m/d =1382m =26m 表3-1 各煤层瓦斯绝对涌出量和相对涌出量煤层绝对瓦斯涌出量/m3/min相对瓦斯涌出量/m3/t20#35.6632.3721#61.7555.43 3.1.3 瓦斯抽采的必要性判断1） 从工作面瓦斯涌出量预测结果来看，20#煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量32.37m³/min，21#煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量35.66m³/min，均已超过煤矿安全规程规定回采工作面5m³/min的界限。因此对新安矿来说，为彻底有效地解决瓦斯问题，保证矿井的高效、安全生产，进行瓦斯抽采是非常必要的。采掘工作面是否有必要进行瓦斯抽采的判断标准是：

47、采掘工作面最大供风量小于稀释瓦斯所需要的风量。 2）按前面计算结果，工作面所需风量为3134m3/min，而工作面可以供给的风量只有2160m3/min，通风能力不能满足工作面所需风量的要求，难以保证工作面瓦斯不超限。且由于工作面采用综采，如增加风量，会造成风速过高，工作面煤尘太大，将对工作面作业人员的身体健康构成威胁。因此，从通风能力看矿井已具备建立抽采瓦斯系统的必要条件。3.2 瓦斯抽采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3-2所示。新安煤矿

48、20#、21#煤层瓦斯抽采难易程度评价结果见表3-3。表3-2 煤层瓦斯抽采难易程度分类表 指标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）百米钻孔瓦斯极限抽采量Qj/m3容易抽采可以抽采较难抽采<0.0030.0030.05>0.05>10100.1<0.1144001440028802880表3-3新安煤矿20#、21#煤层瓦斯抽采难易程度评价结果表煤层钻孔瓦斯流量衰减系数(d-1)煤层透气性系数(m2/MPa2·d)煤层抽采难易程度20#0.0214.98可以抽采21#0.0625.42可以抽采从表3-3可以看出，

49、 20#和21#煤层属于可以抽采煤层，具备瓦斯抽采的可行性。4抽采瓦斯方法4.1选择抽采瓦斯方法的原则4.1.1煤矿瓦斯抽采工艺 钻孔施工钻孔封孔瓦斯抽采管路连接瓦斯抽采参数测定钻孔孔口牌板吊挂接入瓦斯抽采分管路抽采主管路瓦斯抽采泵站排入地面大气或专用回风巷中。4.1.2抽采方法的选择原则1煤层瓦斯抽采一般是指利用瓦斯泵或其他抽采设备，抽取煤层中高浓度的瓦斯，并通过与巷道隔离的管网，把抽出的高浓度瓦斯，排至地面或矿井回风巷中。目前认为，煤矿瓦斯抽采不仅是降低矿井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害的重要措施，而且抽出的瓦斯还可以变害为利，作为煤炭的伴生资源加以开发利用。因此，从本世纪50

50、年代起，世界上各主要产煤国对煤矿的瓦斯抽采甚为重视，使瓦斯抽采工作得到了较快的发展。近年来，随着煤矿开采深度增大和开采强度的提高，矿井瓦斯涌出量增大，抽采瓦斯已越来越成为高瓦斯煤层开采的一个必不可少的重要环节，并为煤矿瓦斯利用提供了重要条件。瓦斯抽采一般具有如下几个方面的作用： 1)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。 2)通过抽采，可降低煤层中的瓦斯压力和瓦斯含量，防治煤与瓦斯突出，从而减少矿井伤亡事故及重大恶性事故的发生。3)矿井瓦斯是一种优质燃料，具有商业利用价值。 4)通过抽采和瓦斯利用，可减少瓦斯对大气的污染；因此，瓦斯抽采对环境的保护还

51、有至关重要的作用。2抽采瓦斯是一项集技术、装备和效益于一体的工作。因此，要做好瓦斯抽采工作，应注意如下原则：1)抽采瓦斯应具有明确的目的性，即主要是降低风流中的瓦斯浓度，改善矿井生产的状况，并使通风处于合理和良好的状况；因此应尽可能在瓦斯进入矿井风流之前将它抽采出来。在实际应用中，瓦斯抽采还可以作为一项防治煤与瓦斯突出的措施单独应用。此外抽出的瓦斯又是一种优质能源，只要保持一定的抽采瓦斯量和浓度，则可加以利用，从而形成“以抽促用，以用促抽”的良性循环。2)抽采瓦斯要有针对性，即针对矿井瓦斯来源，采取相应措施进行抽采。目前认为，矿井瓦斯来源主要包括：本煤层瓦斯抽采；邻近层瓦斯涌出；围岩瓦斯涌出和

52、采空区瓦斯涌出。这些瓦斯来源是构成矿井或采区瓦斯涌出量的组成部分，在瓦斯抽采中应根据这些瓦斯来源，并考虑抽采地点时间和空间条件，采取不同的抽采原理和方法，以便进行有效的瓦斯抽采。3)要认真作好抽采设计、施工和管理工作等，以便获得好的瓦斯抽采效果。因此，在设计时，首先应了解清楚矿井地质、煤层赋存及开采等条件，矿井瓦斯方面的有关参数，预测矿井瓦斯涌出量及其组成来源。在此基础上，选择合适抽采方法，确定可靠的抽采规模，设计一套合理的抽采系统。其次，在抽采瓦斯的开始阶段，还应进行必要的有关参数考查测定，以确定合理的抽采工艺和参数；在正常抽采时，要全面加强管理，积累资料，不断总结经验，从而使抽采瓦斯工作得到不断改进和提高。 3抽采瓦斯方法、方式的选择，应根据瓦斯及煤层赋存情况、瓦斯来源、巷道布置方式、矿井开采技术条件、瓦斯基础参数等综合