山西省武乡县王家峪煤矿煤与瓦斯突出危险性评估报告2014118

1、山西王家峪煤业有限公司山西王家峪煤业有限公司15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告中中国国矿矿业业大大学学二二一一四四年一月年一月密级项目编号报告名称：报告名称：山西王家峪煤业有限公司15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告项目完成单位项目完成单位：中国矿业大学项目负责人项目负责人： 黄 金 中国矿业大学 讲 师工作人员工作人员：范 军 中国矿业大学 讲 师谢冰冰 中国矿业大学 研究生张淦星 中国矿业大学 研究生人员分工人员分工姓 名职 称工作内容签字范 军讲 师现场勘查、方案制定、资料收集、报告审核黄 金讲 师现场勘查、方案制定、采样、报告编写山西王家峪煤业有限

2、公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学I前前 言言煤与瓦斯突出是煤矿井下采煤过程中发生的一种煤与瓦斯的突然运动。这是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象。它能在很短的时间（几秒钟到几分钟）内，使采掘工作面的煤壁遭到破坏，并从煤壁内部突然向巷道或采掘空间喷出大量的煤和瓦斯，充填巷道，在煤体中形成某种特殊形状的孔洞，喷出煤和瓦斯时伴随着强大的冲击力，能摧毁巷道设施，破坏通风系统甚至使风流逆转，并可能造成瓦斯窒息、爆炸和煤流埋人等事故。煤与瓦斯突出是威胁煤矿尤其是开采深度较大的矿井安全的重要灾害之一，近年来随着我国矿井开采深度的加大，我国成为煤与瓦斯突出事故多发的国家。因此做好煤

3、与瓦斯突出评估、鉴定工作，对规范矿井生产，保证生产安全有着十分重要的意义。根据防治煤与瓦斯突出规定第九条，新建矿井在可行性研究阶段，应当对矿井内采掘工程中可能揭露的所有平均厚度在 0.3m 以上的煤层进行突出危险性评估。评估结果作为矿井立项、初步设计和指导建井期间揭煤作业的依据。山西王家峪煤业有限公司(以下简称王家峪煤矿)位于山西省武乡县城东南部王家峪村北，行政区划属武乡县韩北乡管辖。地理坐标为东经：11304131130539，北纬：364357364513。2009 年 9 月 14 日，山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室以晋煤重组办发200949 号文件下达关于长治市武乡县煤矿企

4、业兼并重组整合方案（部分）的批复意见，同意长治市人民政府和山西煤炭运销集团有限公司、山西潞安矿业集团有限责任公司提出的长治市武乡县煤矿企业兼并重组整合方案 。根据该兼并重组整合方案，批准由原山西省武乡县王家峪煤矿和武乡县韩北乡杲烟垴煤矿重组整合为一个煤矿，矿名暂确定为山西王家峪煤业有限公司。重组整合主体企业为山西王家峪煤业（集团）有限公司。山西省国土资源厅 2012 年 11 月 19 日为山西王家峪煤业有限公司颁发采矿许可证(证号为 C1400002009111220045581)，有效期至 2014 年 11 月 19 日，批准开采 215 号煤层，开采深度由 945m 至 440m 标高

5、，井田面积11.9831km2，生产规模为 1.20Mt/a。根据防治煤与瓦斯突出规定第九条，需要对矿井的突出危险性进行评估，受山西王家峪煤业有限公司委托，中国矿业大学承担了王家峪煤矿 15 号煤山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学II层的煤与瓦斯突出危险性评估任务。此次评估的范围为王家峪煤矿矿界范围内+520m 标高以上的 15 号煤层。评估的主要依据为：1、 煤矿安全规程 ，国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局，2012 年。2、 防治煤与瓦斯突出规定 ，国家安全生产监督管理总局 19 号令，2009年。3、 煤与瓦斯突出矿井鉴定规范 （AQ

6、1024-2006） ，国家安全生产监督管理总局，2006 年。4、 煤的瓦斯放散初速度指标(p)测定方法 （AQ1080-2009） ，国家安全生产监督管理总局，2010 年。5、 关于进一步加强煤矿建设项目安全管理的通知 ，发改能源2010709号。6、 关于进一步加强煤与瓦斯突出防治工作的通知 ，国家安全监管总局，国家煤矿安监局，安监总煤装2010154 号。7、山西省煤炭工业厅综合测试中心 2013 年 8 月提交的山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层瓦斯赋存参数测定报告 。8、河南理工大学 2011 年 1 月提交的山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层改扩建矿井瓦斯涌出量预测 。9、

7、现场收集的矿井资料。本报告可作为矿井技改、初步设计、安全专篇的依据，但不能作为煤矿所含煤层的突出鉴定报告使用，矿井在今后技建期间揭煤作业时必须委托具有煤与瓦斯突出危险性鉴定资质的单位对矿井各煤层进行突出危险性鉴定。在本评估报告完成过程中，山西王家峪煤业有限公司等单位的有关领导和工程技术人员给予了大力的支持与帮助，在此谨向他们致以诚挚的谢意。山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学III目目 录录前前 言言I第一章第一章矿井简介矿井简介1第一节井田概况 1第二节地质特征 4第三节开采技术条件 8第四节井田开拓 10第二章第二章突出危险性评估的背景、方法及对象突

8、出危险性评估的背景、方法及对象12第一节突出危险性评估的背景 12第二节突出危险性评估的方法 13第三节突出危险性评估的对象 14第三章第三章煤与瓦斯突出相关基础参数测定煤与瓦斯突出相关基础参数测定15第一节煤样气体组分测定 15第二节煤层瓦斯压力测定 17第三节煤层瓦斯含量测定 21第四节煤体的坚固系数测定 24第五节瓦斯放散初速度P测定27第六节煤的破坏类型分析 29第四章第四章煤与瓦斯突出危险性评估煤与瓦斯突出危险性评估31第一节瓦斯地质法评估各煤层煤与瓦斯突出危险性 31第二节单项指标法评估各煤层煤与瓦斯突出危险性 34第三节评估结论 35第五章第五章结论与建议结论与建议36附附 录录

9、37附录一 采矿许可证37附录二 委托书39附录三 动力现象证明40山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学1第一章第一章矿井简介矿井简介第一节第一节井田概况井田概况一、交通位置一、交通位置山西王家峪煤业有限公司(以下简称王家峪煤矿)位于山西省武乡县城东南部王家峪村北，行政区划属武乡县韩北乡管辖。地理坐标为东经：11304131130539，北纬：364357364513。山西省国土资源厅 2012 年 11 月 19 日为王家峪煤业有限公司颁发采矿许可证(证号为 C1400002009111220045581)，有效期至 2014 年 11 月 19 日，

10、批准开采 215 号煤层，开采深度由 945m 至 440m 标高，井田面积 11.9831km2，生产规模为 1.20Mt/a。井田范围由 11 个拐点圈定，井田边界坐标见表 1-1-1 所示。井田西北方向直距武乡县城 32km，井田北部有左(权)武(乡)公路和武(乡)墨(镫)铁路通过，并在王家峪村北设有装煤站。由井田向西至武乡县城可至太(原)长(治)高速公路武乡出口，可至太(原)焦(作)铁路武乡站，向东至墨镫可与阳(泉)长(治)公路相接，另可至阳(泉)涉(县)铁路线上的集运站，交通运输条件便利，见图 1-1-1 所示。表表 1-1-1 矿界拐点坐标表矿界拐点坐标表1954 年北京坐标系(6

11、带)80 年西安坐标系(6带)序号XYXY14074975.0019690780.004074926.6619690711.3424074225.0019690840.004074176.6519690771.3434074115.0019691420.004074066.6519691351.3444073600.0019691000.004073551.6519690931.3454072630.0019688400.004072581.6319688331.3364071195.0019689300.004071146.6319689231.3574071195.0019688810.0

12、04071146.6319688741.3484069050.0019687000.004069001.6119686931.3494068940.0019686280.004068891.6019686211.34104069850.0019684925.004069801.6019684856.33山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学2114072340.0019686820.004072291.6219686751.33图图 1-1-1 交通位置图交通位置图二、矿区自然地理二、矿区自然地理井田位于太行山西侧山前地带长治盆地的北部，属中低山丘陵区，区

13、内大部被第四系黄土覆盖，形成众多的黄土陡坡，冲沟比较发育，西北部和北部为开阔的洪水河河床。井田内地势总体为东北高西南低，最高点位于井田东北部山梁，海拔 1140.0m，最低点处于井田西南部沟谷，海拔 919.0m，最大相对高差 221.0m。本区属海河流域漳河水系，井田和附近主要河流为洪水河，于井田北部边山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学3界附近由东北向西南流过，至西南西营镇汇入浊漳河北源河。洪水河常年流水，为本区主要河流，属海河流域漳河水系浊漳河支流。另外，在井田南部还发育一条季节性河流下合河，沿井田南部边界附近流过，向西南汇入洪水河。下合河平时水量

14、很小，旱季干涸无水，雨季汇集洪水，沿沟排泄，水量随季节变化。山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学4第二节第二节地质特征地质特征一、矿区地层一、矿区地层本井田位于襄垣矿区北部，井田内大全部为第四系覆盖，仅井田西部有P2s 基岩零星出露，现根据钻孔揭露及区域资料，将井田地层由老至新叙述如下：（一）奥陶系中统（O2）1、上马家沟组（O2s）区域厚度为 170300m，平均 230m。岩性主要为灰色中厚层状石灰岩，夹泥灰岩及白云质灰岩。2、峰峰组（O2f）据钻孔揭露厚度为 100m 左右。岩性下部为深灰色中厚层状石灰岩、泥灰岩、浅灰色白云质灰岩，具方解石脉，溶洞

15、发育。底部含薄层状及脉状石膏；中部为深灰色角砾状灰岩、石灰岩及浅灰色白云质灰岩，并呈互层状。其下部见少量溶洞；上部为深灰色石灰岩，呈中厚层状，致密、隐晶质，局部为细粗晶质，具方解石脉。间夹深灰色泥岩及浅灰色白云质灰岩。（二）石炭系中统本溪组（C2b）平行不整合于下伏奥陶系灰岩侵蚀面上，为一套海陆交互相沉积。岩性为灰深灰色铝土质泥岩、粘土质泥岩及砂质泥岩，含鲕粒。底部一般具一层铁质粉砂岩或铁质泥岩（即山西式铁矿层位） ，含菱、黄铁矿结核或透镜体，极不稳定，含植物根茎化石。地层厚10.8631.06m，平均厚 22.18m。（三）石炭系上统太原组（C3t）为一套海陆交互相含煤沉积，是井田内主要含煤

16、地层之一。主要由深灰灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层及石灰岩组成。其中发育有煤层10 层，以下部煤层发育较好；石灰岩、泥灰岩 56 层，以下部灰岩稳定且厚度较大。全组厚度 80.54106.10m,平均 93.62m。底部以 K1砂岩与下伏地层整合接触。按岩性组合特征一般可分为三段：1、下段 K1砂岩底至 K2灰岩底。厚 15.2826.55m,平均 20.43m。以深灰灰黑色泥岩为主，夹粘土质泥岩、钙质泥岩、泥灰岩，局部夹粉砂岩。底部为灰色细粒砂岩（K1） ，常相变为粉砂岩或砂质泥岩。含煤 2 层，即 14、15 号煤层，其中 15 号为全区稳定可采煤层，14 号为不稳定零星可采煤层

17、。2、中段由 K2灰岩底至 K4灰岩顶。厚 28.6940.32m，平均 35.58m。为深山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学5灰灰黑色泥岩、砂质泥岩，夹细粒砂岩、粉砂岩，有灰深灰色灰岩、泥灰岩 34 层，含煤 3 层（13、12、11） ，均不可采。3、上段 K4灰岩顶至 K7砂岩底。厚 31.3942.75m，平均 37.61m。为深灰灰黑色泥岩、砂质泥岩夹粉砂岩及细粒砂岩，发育石灰岩 12 层，含煤层4 层（9、8、7、6） ，均为不稳定不可采煤层。（四）二叠系下统山西组（P1s）为一套以过渡相为主的陆源碎屑沉积，为井田主要含煤地层之一。岩性主要

18、由砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成。一般含煤 15 层。地层厚度76.10101.16m，平均 85.05m，以底部 K7砂岩与下伏地层呈整合接触。与下伏太原组地层相比，本组以色浅、含砂成分较高，交错层里发育、生物扰动构造多，植物化石丰富为特点。下部为灰黑色泥岩、砂质泥岩夹灰色薄层状细粒砂岩，含菱铁质结核。底部为灰色细粒砂岩（K7） ，局部为中粒砂岩或粉砂岩。赋存有 3、3下、4 号煤层，其中 3 号为可采煤层。上部以浅灰色细粒砂岩、深灰灰黑色砂质泥岩、泥岩为主。局部见粉砂岩及中粗粒砂岩。含少量菱铁质鲕粒，夹 1、2 号薄煤层，其中 2 号局部可采。（五）二叠系下统下石盒子组（P1x）为

19、一套河流相沉积岩系。主要由砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、铝质泥岩组成。地层厚 116.88177.51m，平均 142.64m。以 K8砂岩与下伏地层呈整合接触。可见水平层理、缓波状层理、斜层理。泥岩中常含大量鲕粒。顶部为灰、绿灰、紫红色含铝质泥岩，俗称“桃花泥岩”，以富含菱铁质鲕粒为特征，是良好的辅助标志层。（六）二叠系上统上石盒子组（P2s）在井田西部有大片出露，井田内最大残留厚度为 170.76m，均为中下段地层，以灰绿色、紫红色砂质泥质、泥岩为主，夹灰灰绿色中厚层状细、中、粗粒砂岩。上部泥岩中含少量铝质，局部含菱铁质鲕粒和结核。砂岩具斜层理，交错层理，分选性差。（七）第四系（Q）区内广泛分布

20、，厚度 091.03m，平均 29.41m，主要中上更新统黄土层,厚度 070m，上部为棕黄色，灰黄色亚砂土；下部为浅红色、棕红色亚粘土、粘土、含较多钙质结核。在北部洪水河河床分布有全新统冲积层，岩性为砂土、砂、砾石及卵石层，厚度 020m。二、构造二、构造山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学6受区域构造影响，本井田总体为一走向北东、向北西倾斜的单斜构造，地层倾角 211。井田西北部地层稍陡，倾角 911左右，东南部较平缓，倾角 26左右。另据该矿井下开采揭露，在井田东南部井下巷道中发现 8 个陷落柱。陷落柱水平断层呈椭圆形和近圆形，最大长轴直径 270

21、m，最小直径 45m，陷落柱内岩块杂乱堆积，挤压紧密，不渗水，陷壁角 7左右，围岩与陷落柱界限清晰，极易辨别。井田内未发现断层构造，也没有岩浆岩侵入体。综上所述，井田构造属简单类。三、岩浆活动及变质作用三、岩浆活动及变质作用王家峪煤矿矿区范围内未发现有岩浆岩侵入。四、煤层及煤质四、煤层及煤质（一）含煤性本井田含煤地层为山西组和太原组，现将各煤层自上而下分述如下：山西组含煤五层，由上而下为 1、2、3、3下、4 号，2、3 号煤层分别属不稳定和较稳定局部可采煤层。1、3下、4 号煤为不稳定、不可采煤层，局部相变为炭质泥岩。本组地层平均厚度 85.05m，煤层总厚 1.97m，含煤系数为2.3%。

22、太原组含煤 9 层，由上而下分别为 6、7、8、9、11、12、13、14、15 号。15 号为全区稳定可采煤层，7、12、14 号煤层为不稳定零星可采煤层。6、8、9 号煤层属全区不稳定的不可采煤层。本组地层平均厚度 93.62m，煤层总厚 7.5m，含煤系数为 8.1%。（二）可采煤层本区可采煤层为 2、3、15 号煤，具体情况分述如下：表表 1-2-1 可采煤层特征表可采煤层特征表顶底板岩性煤层煤层厚（m）层间距（m）结构夹矸层数稳定性可采性顶板底板20.30-1.250.70简单0不稳定局部可采泥岩砂岩砂质泥岩泥岩砂质泥岩3.70-25.312.4230.40-1.570.8311.6

23、2-128.40简单0-1较稳定大部可采泥岩砂 岩砂质泥岩泥岩砂质泥岩山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学7153.05-4.363.57119.60较简单1-2稳定全区可采泥岩砂质泥岩泥岩粉砂 岩细砂岩1、2 号煤层：位于山西组的中部，上距 K8砂岩约 31.00m，煤层厚度为0.301.25m。平均 0.70m。不含夹矸，结构简单，属不稳定局部可采煤层。可采地段为井田南部 504、505、513 号孔处和 509、510、512 号孔附近。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩或细砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。井田内该煤层可采范围不大，已基本被小窑开采破坏。2、3

24、号煤层：位于山西组的中部，上距 2 号煤层约 12.42m，煤层厚度为0.401.57m。平均 0.83m 含 0-1 层夹矸，结构简单，属较稳定大部可采煤层。井田中东部可采，西部不可采。顶板为泥岩、砂质泥岩或中细砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。井田内该煤层已进行少量开采。3、15 号煤层：位于太原组下部，上距 3 号煤层约 119.601m。煤层厚度3.054.36m。平均 3.57m，含 12 层夹矸，结构较简单。全区稳定可采。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为泥岩、粉砂岩、细砂岩。井田内该煤层已进行少量开采。五、煤质五、煤质（一）煤的物理性质和煤岩特征从钻孔煤芯煤样及矿井开采出来的煤样观察，各

25、煤层均属黑色块状粉末状，强玻璃光泽金刚光泽，条痕为灰黑色。宏观煤岩组份以亮煤为主，次为暗煤和镜煤，宏观煤岩类为半亮型煤。内生裂隙较为发育，脆性小。断口呈参差状或阶梯状，比重较大，为变质程度高的贫煤、贫瘦煤及瘦煤。（二）煤的化学性质根据钻孔煤芯煤样和矿井中采出的煤层煤样化验结果如表 1-2-2。表表 1-2-2 煤质特征表煤质特征表 工 业 分 析 %煤原煤浮煤水份 Mad灰份 Ad挥发份 Vdaf煤类工业用途原煤0.53-3.422.0321.96-34.4626.3416.85-27.5520.622浮煤0.70-1.441.025.77-17.1110.1813.19-18.0316.44

26、PMPS3原煤0.33-3.631.6722.28-39.2030.2016.35-24.4619.74PMPS动力用煤和气化用煤山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学8浮煤0.48-1.390.978.30-17.5013.3813.50-17.9216.33原煤0.31-4.241.8020.95-37.6727.8410.17-20.3317.0615浮煤0.52-1.471.045.33-17.6211.3112.97-15.9914.58PM山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学9第三节第三节开采技术条件开采

27、技术条件一、水文地质条件一、水文地质条件井田内水文地质条件简单。井区地貌特征为起伏变化较大的丘陵地区，受水面积较小，不透水层普遍发育，本区地下水以自然降雨及地表径流补给为主，补给条件小于排泄条件，故地下水不甚丰富。井田有 8 个含水层：1.奥陶系石灰岩裂隙含水层；2.上石炭统太原组第一层灰岩含水层（14 号煤层之直接顶板） ；3.K7砂岩含水层（为山西组与太原组之分界层） ；4.山西组 2 号煤之顶部砂岩含水层；5.石盒子组底部与山西组之分界砂岩 K8含水层；6.下石盒子组上段与下段之分界砂岩 K9含水层；7.石盒子组中部砂岩带含水层；8.基岩风化带与第四系冲积层含水层。井田内主要隔水层有本溪

28、组泥质岩隔水层组，岩性主要由泥岩、砂质泥岩、铝质泥岩等泥岩组成，岩性致密，隔水性好，成为阻断奥灰水与煤系地层水力联系的重要隔水层；层间隔水层, 主要为山西组、太原组砂岩和灰岩含水层之间分布的厚度不等的泥岩、砂质泥岩隔水层，它们一般不透水，可起到良好的层间隔水作用。二、其它开采技术条件二、其它开采技术条件（一）瓦斯如表 1-3-1 所示，2006 年瓦斯等级鉴定结果为：绝对瓦斯涌出量 0.56 m3/min ，相对瓦斯涌出量 0.93 m3/t ，属低瓦斯矿井；2007 年瓦斯等级鉴定结果为：绝对瓦斯涌出量 9.82 m3/min，相对瓦斯涌出量 14.7 m3/t ，属高瓦斯矿井；2008 年

29、的瓦斯等级鉴定结果为：绝对瓦斯涌出量 6.19m3/min，相对瓦斯涌出量8.43m3/t，二氧化碳绝对涌出量 1.52m3/min，相对涌出量 2.07m3/t，但依据 2007年瓦斯等级鉴定结果 2008 年仍属高瓦斯矿井。表表 1-3-1 矿井瓦斯等级鉴定结果表矿井瓦斯等级鉴定结果表瓦斯涌出量二氧化碳涌出量年份相对(m3t-1)绝对(m3min-1)等级相对 (m3t-1)绝对(m3min-1)20060.930.56低1.681.02200714.709.82高2.341.6920088.436.19高2.071.52（二）煤尘爆炸性及煤层自燃情况山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤

30、与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学102013 年 9 月 13 日国土资源部太原矿产资源监督检测中心对王家峪煤矿 15号煤的测试结果为：煤的吸氧量 0.87cm3/g，自燃等级为级，属不自燃煤层。煤尘无爆炸性。山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学11第四节第四节井田开拓井田开拓一、矿井开拓一、矿井开拓矿井采用斜-立井综合开拓方案。据开拓布置，达产时布置有 5 个井筒，即主斜井、副斜井、行人立井、回风立井和瓦斯管路井，回采井田先期开采地段15 号煤层的 1501、1502、1503、1504、1505 采区及 3 号煤层的 301、302 采区。开采

31、后期开采地段时，关闭矿井的回风立井及瓦斯管路井，在井田的北部边界新掘 1 回风立井，回采 3 号煤层的 303、304 采区和 15 号煤层的 1506、1507 采区。1、主斜井(新掘)：净宽 4.8m，净断面 16.72m2，倾角 18，表土段采用钢筋混凝土浇注，支护厚度 600mm，基岩段采用锚网喷支护，喷射厚度 150mm，斜长 1045m 至 15 号煤层，在井底做上抬式井底煤仓，装备钢绳芯强力大倾角带式输送机，担负矿井的煤炭提升任务，敷设行人台阶、扶手，兼作矿井的安全出口及进风任务。2、副斜井(新掘)：净宽 4.0m，净断面 12.68m2，倾角 23，表土段采用钢筋混凝土浇注，支

32、护厚度 600mm，基岩段采用锚网喷支护，喷射厚度 150mm，斜长 823m 至 15 号煤层底板，井筒内铺设单轨，装备单滚筒绞车，担负矿井开采 3 号、15 号煤层时的材料设备下放、矸石提升等辅助提升任务，敷设行人台阶、扶手，兼作矿井的安全出口及进风任务。3、行人立井(已有)：净直径 5.0m，净断面 19.63m2，垂深 213m，表土段、基岩段均采用混凝土砌碹支护，支护厚度 350mm，装备 1t 双钩单层单车罐笼, 担负矿井的人员升降任务,设折返式金属梯子间, 兼作矿井的安全出口及进风任务。4、回风立井(已有)：净直径 4.5m，净断面 15.90m2，垂深 213m，表土段、基岩段

33、均采用混凝土砌碹支护，支护厚度 300mm，担负矿井先期开采地段 3 号、15 号煤层的回风任务。在井筒内装备封闭式折返金属梯子间，兼作矿井的安全出口。封闭梯子间能够满足矿井的通风、行人等的需要。经过技术经济比较，刷大井筒工期长、费用高，本次设计对回风立井梯子间全封闭。5、瓦斯管路井(已有)：净直径 3.5m，净断面 9.62m2，垂深 215m，表土段、基岩段均采用混凝土砌碹支护，支护厚度 300mm。在井筒内敷设瓦斯抽放管路，并对其进行封闭。山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学126、后期回风立井(新掘)：坐标(1980 西安坐标系)X=407365

34、1.64，Y=19689066.334，H=1004.00，净直径 6.0m，净断面 28.26m2，垂深 360m，表土段采用钢筋混凝土浇注支护，支护厚度 600mm，基岩段采用混凝土砌碹支护，支护厚度 400mm，担负矿井后期开采地段 3 号、15 号煤层的回风任务。在井筒内装备折返金属梯子间，兼作矿井的安全出口。后期回风井设瓦斯抽放管路，地面新建抽放站。根据煤层赋存特征，设两个水平，一水平开采 3 号煤层，水平标高+772m，二水平开采 15 号煤层，水平标高+682m。15 号煤层采用走向长壁综采一次采全高采煤方法，全部垮落法管理顶板。采区内工作面采用前进式开采方式，工作面均采用后退式

35、开采方式。矿井移交生产及达到生产能力时，在 1501 采区 15 号煤层布置一个综合机械化一次采全高工作面。工作面长度为 180m，平均采高 3.65m，掘进工作面为2 个，采掘比为 1：2。煤巷（综掘）300m/月。15 号煤层运输顺槽采用矩形断面锚网索支护，净宽 4.5m, 净断面14.40m2；15 号煤层回风顺槽采用矩形断面锚网索支护，净宽 4.0m, 净断面12.80m2；15 号煤层进风顺槽、瓦斯抽放均采用矩形断面锚网索支护，净宽3.5m, 净断面 11.20m2；高抽巷采用矩形断面锚喷支护，净宽 2.0m, 净断面4.0m2；二、矿井通风二、矿井通风矿井移交生产及达到设计生产能力

36、时，布置有进风井 3 个，回风井 1 个，1 个瓦斯管路井,即主斜井、副斜井、行人立井进风，回风立井回风。主斜井、副斜井、行人立井服务于全矿井，服务年限 23.2a；回风立井服务于井田先期开采地段，服务年限 15.7a；后期回风立井服务于井田后期开采地段，服务年限 7.5a。根据井田开拓方式，矿井通风系统前期、后期均为中央分列式。掘进工作面采用局部通风机通风，掘进工作面选用局部通风机为 FBD6.3/302 型，通风方式采用压入式。井下硐室除采区变电所采用独立通风外，其余均采用新风并联或扩散通风。山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学13第二章第二章突出危

37、险性评估的背景、方法及对象突出危险性评估的背景、方法及对象第一节第一节突出危险性评估的背景突出危险性评估的背景根据防治煤与瓦斯突出规定第九条，新建矿井在可行性研究阶段，应当对矿井内采掘工程中可能揭露的所有平均厚度在 0.3m 以上的煤层进行突出危险性评估。同时根据关于进一步加强煤矿建设项目安全管理的通知 （发改能源2010709 号）第四条，开展煤岩层范围内有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的矿区，以及井田内开采煤层瓦斯压力等单项突出危险性指标超标的，必须在可行性研究阶段对可能揭露的平均厚度在 0.3m 以上的所有煤层进行突出危险性评估。评估结果作为矿井立项、初步设计的依据。防治煤与瓦斯突出

38、规定作为国家安全生产监督管理总局颁布的法规性文件，在其第二条中规定：现行煤矿安全规程、规范、标准、规定等有关突出防治的内容与本规定不一致的，依照本规定执行。根据相关要求，王家峪煤矿需要对矿井的突出危险性进行评估，鉴于此种情况，王家峪煤矿特委托中国矿业大学根据现有条件对王家峪煤矿矿界范围内+520m 标高以上的 15 号煤层进行突出危险性评估，为其初步设计、安全专篇、瓦斯抽采专项设计等工作提供依据。山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学14第二节第二节突出危险性评估的方法突出危险性评估的方法王家峪煤矿在近期工作中对 15 号煤层标高+520m 处的瓦斯压力和

39、瓦斯含量进行了现场测定，并在实验室对煤样的水分、灰分、挥发分等工业分析组分和CH4、CO2、N2等气体组分进行了测定，获得了准确、详实的煤层瓦斯基础参数。本次工作将根据上述相关参数，对王家峪煤矿矿界范围内+520m 标高以上的 15 号煤层的煤与瓦斯突出危险性进行评估，具体步骤包括：1、根据实验室测定的煤样气体组分，对煤层瓦斯风化带分布进行划分，进而评估煤层相应标高处的煤与瓦斯突出危险性；2、根据煤矿现场测定的瓦斯压力和瓦斯含量数据，判断相应标高处的煤层是否具有发动突出的动力，进而对突出危险性进行评估；3、综合煤层瓦斯压力、坚固性系数、瓦斯放散初速度和煤的破坏类型，根据四个单项指标，对评估范围

40、内煤层的突出危险性进行评估。山山西王家峪煤业有限公司 5 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学15第三节第三节突出危险性评估的对象突出危险性评估的对象根据王家峪煤矿的具体情况，本次评估的对象为王家峪煤矿矿界范围内+520m 标高以上的 15 号煤层。山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学16第三章第三章煤与瓦斯突出相关基础参数测定煤与瓦斯突出相关基础参数测定第一节第一节煤样气体组分测定煤样气体组分测定当煤层具有露头或在冲击层之下有含煤地层时，在煤层内存在两个不同方向的气体运移，即煤层生成的瓦斯由深部向上运动，面地面空气、土表中的生物化学反应生成的

41、气体向煤层深部渗透扩散，从而使赋存在煤层内的瓦斯表现出垂向分带特征，煤层瓦斯的带状分布是煤层瓦斯含量及巷道瓦斯涌出量预测的基础，也是搞好瓦斯管理的依据。煤层瓦斯垂向一般可分为瓦斯风化带与甲烷带。瓦斯风化带是“CO2N2” 、 “N2” 、 “N2CH4”带的统称，各带的瓦斯组分及含量不同。瓦斯风化带深度是煤田在长期地质进程的结果，是由于下述一系列地质因素综合作用所致：剥蚀过程可使瓦斯风化带减少，长期风化、自由排放瓦斯时间越长，则风化带深度增加；地层破坏程度越高，瓦斯排放的不均匀性和风化带深度就越大；致密透气性差的覆盖层可阻止瓦斯风化带的扩大。表 3-1-1 为煤层瓦斯垂直分带划分标准。表表 3

42、-1-1 煤煤层层瓦瓦斯斯垂垂直直分分带带划划分分标标准准组分含量（%）带名称亚带名称CH4N2CO2二氧化碳氮气带01020802080氮气带02080100020瓦斯风化带氮气甲烷带20802080020甲烷带甲烷带80100020010山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学17AB1234060 (%) 01020 (m /t)3CH4CH4N2N2图图 3-1-1 煤煤层层瓦瓦斯斯分分带带及及其其带带序序A含量，m3/t B占总瓦斯成分的百分比；1二氧化碳氮气带 2氮气带 3氮气甲烷带 4甲烷带一般情况下，煤层瓦斯的垂直分带现象具有连续性，如图 3

43、-8 所示，即：二氧化碳氮气带处于煤层的最浅部，其次是氮气带，之后是氮气甲烷带，最后是甲烷带。在一些特定条件和特定环境下，煤层瓦斯的垂直分带特性也可能是如下二种情形：氮气带处于煤层的最浅部，之后是氮气甲烷带，最后是甲烷带；或者是氮气甲烷带处于煤层的最浅部，然后是甲烷带。根据上述规律，王家峪煤矿分别测定了一采区 1 号回风下山 850m 处和一采区轨道下山 880m 处煤样中的气体组分，测定结果下表 3-2 所示。表表 3-1-2 15 号煤层煤样气体组分测定结果表号煤层煤样气体组分测定结果表煤样中气体组分(%)煤层测 定 地 点CH4CO2N2C2-C8标高64.492.0333.48-一采区

44、 1 号回风下山850m55.730.4743.8-66.230.3433.43-15 号一采区轨道下山880m75.690.4523.86-+520m根据井下实测瓦斯气体组分表 3-1-2 分析，15 号煤层甲烷组分分别为55.73%75.69%；氮气组分分别为 23.86%33.48%；二氧化碳组分分别为0.34%2.03%，依据表 3-1-1 可以初步判定+520m 标高及以上的 15 号煤层处于氮气甲烷带。山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学18第二节第二节煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力是瓦斯涌出和突出的动力，也是煤层瓦斯含量多少的

45、标志。准确测定瓦斯压力对矿井有效而合理地制定防治瓦斯的措施，预测预报煤与瓦斯突出危险性，合理制订防突措施等均具有十分重要的意义。一、瓦斯压力测定原理及封孔技术一、瓦斯压力测定原理及封孔技术煤层瓦斯压力测定的原理是向煤层打一钻孔，深入煤层内，通过钻孔在煤孔内布置一根瓦斯管与外界沟通，连上瓦斯压力表，封闭钻孔与外界的联系。此时，由于煤孔内的瓦斯已经向外放散，压力较低，煤孔周围的煤层中瓦斯向煤孔内运移，压力逐渐增高。由于煤孔周围的煤体体积远大于煤孔的空间体积，煤层内的吸附瓦斯量又比游离瓦斯量大得多，故经过一段时间的瓦斯渗流，煤孔内的瓦斯压力逐渐接近煤层的原始瓦斯压力，从外部的压力表上可以读出煤孔内的

46、瓦斯压力值。由于压力气体无孔不入，测定原始瓦斯压力的关键在于钻孔密封的质量。此次我们采用的是 M-型瓦斯压力测定仪测定瓦斯压力。M-型瓦斯压力测定仪的结构示意图见图 3-2-1，实物见图 3-2-2。其主要组成部分为：第一胶囊、乳化液管、乳化液管、第二胶囊、气体管及压力表、手动乳化液泵 1、手动乳化液泵 2 等。手动乳化液泵 1 将乳化液压入第一和第二胶囊，使胶囊膨胀，密封钻孔；手动乳化液 2 泵将乳化液压入两个胶囊之间，并向钻孔周边裂隙渗透，加强密封效果。气体压力表显示气体压力值。山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学19图图 3-2-1 M-型瓦斯压力

47、测定仪结构示意图型瓦斯压力测定仪结构示意图图图 3-2-2 M-M-型瓦斯压力测定仪型瓦斯压力测定仪在井下正式测试之前，需在地面模拟钻孔中做耐压试验，试验压力应高于井下气体压力 0.51.0MPa（510atm） 。在地面试验中应认真观察整个测试系统是否可靠，发现情况异常或泄漏应及时查明原因，并予以排除，以确保整个测试系统在井下安全可靠。重点应确保胶囊充水后能及时膨胀，并且不漏水。测压人员可在巷道内将封孔器装配好，在乳化液槽内注入乳化液。乳化液配比为：5%油，95%水。钻孔完工后，清除孔底的钻屑，然后立即将封孔器送入钻孔。及时封孔可缩短测量时间。将测压仪放入钻孔预定位置后，利用手动加压泵 1

48、将乳化液压力加至 2.0MPa 左右，用手动泵 2 将乳化液压入钻孔封孔段，并使乳化液压力高于气体压力 0.30.5MPa；在测试中，胶囊内乳化液压力应大于乳化液压力1.0MPa 左右，并使乳化液压力高于预计气体压力 1.5MPa。为了加速气体压力的上升，缩短测压时间，要向测压室充入高压氮气或二氧化碳气体，等压力稳定以后即可得到煤层瓦斯压力数值。第 二 胶 囊乳化液管气体管乳化液管 1气体管气体入口（带过滤网）第 一 胶 囊山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学20二、测压地点二、测压地点为准确测定煤层瓦斯压力，使测出的压力值能够代表煤层的原始瓦斯压力，要

49、求测压地点应选在不受断层影响和裂隙小的地区。王家峪煤矿在一采区轨道下山 880m 处（煤层底板标高在+520m 至+540m 之间）和 150101 运输顺槽处（煤层底板标高+200m）施工 2 个钻孔测量 15 号煤层瓦斯压力。三、测压结果三、测压结果根据上述测压方法，王家峪煤矿 15 号煤层瓦斯压力实测结果见表 3-2-1 所示，测压钻孔布置如图 3-2-3 和图 3-2-4 所示。表表 3-2-1 王家峪煤矿王家峪煤矿 15 号煤层瓦斯压力测定结果号煤层瓦斯压力测定结果测压地点煤层编号底板标高钻孔方位角（）钻孔倾角（）钻孔长度（m）瓦斯压力（MPa）一采区轨道下山880m 处+520m2

50、102500.34150101 运输顺槽15+620m14610500.06图图 3-2-3 测压钻孔测压钻孔 1 1 布置示意图布置示意图山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学21图图 3-2-4 测压钻孔测压钻孔 2 2 布置示意图布置示意图山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学22第三节第三节煤层瓦斯含量测定煤层瓦斯含量测定煤层瓦斯含量是预测煤与瓦斯突出的重要参数之一，也是计算瓦斯储量和瓦斯涌出量的基础，所以准确测定煤层瓦斯含量是很重要的。煤层瓦斯含量受多种地质因素制约，诸如煤质、埋藏深度、构造、煤的物理化学性质

51、、煤层顶底板岩性等等，不同矿区，各种地质因素施加影响的显著性可能是不相同的。对某一个具体井田而言，在诸多地质因素中总有一个主导因素控制瓦斯含量在全井田范围内变化的总体趋势，其它因素只能在局部范围内影响煤层瓦斯含量。经过几十年国内外煤炭行业的研究成果，测定煤层瓦斯含量的方法有很多，但其目前主要使用的方法有：勘探钻孔煤芯解吸法、工作面钻孔煤屑解吸法、瓦斯含量系数法与高压吸附法等。本次测定采用直接法测定，即利用煤层钻孔采集煤体煤芯，用解吸法直接测定煤层瓦斯解吸量。该方法测定煤层瓦斯含量的原理是：根据煤样瓦斯解吸量、解吸规律推算煤样从采集开始至装罐解吸测定前的损失瓦斯量，再利用解吸后测定煤样中残存瓦斯

52、量计算煤层瓦斯含量。其测定步骤如下：1、在新暴露的采掘工作面煤壁上，用煤电钻垂直煤壁打一个 42mm、孔深 12m 以上的钻孔，当钻孔钻至 12m 时开始取样，并记录采样开始时间 t1；2、将采集的新鲜煤样装罐并记录煤样装罐后开始解吸测定的时间 t2，用FHJ-2 型瓦斯解吸速度测定仪（图 3-3-1）测定不同时间 t 下的煤样累积瓦斯解吸总量 Vi ，瓦斯解吸速度测定一般为 2 个小时，解吸测定停止后拧紧煤样罐以保证不漏气，送实验室测定煤样残存瓦斯量。1-量管 2-水槽 3-螺旋夹 4-吸气球 5温度计 6、8弹簧夹7排水管 9排气管 10穿刺针头 11密封罐山西王家峪煤业有限公司 15 号

53、煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学23图图 3-3-1 瓦斯解吸速度测定仪与密封罐示意图瓦斯解吸速度测定仪与密封罐示意图3、损失量计算将不同解吸时间下测得数据按下式换算成标准状态下的体积 Voi： 式中： V0i换算成标准状态下的解吸瓦斯体积，ml；Vi不同时间解吸瓦斯测定值，ml；Po大气压力，Pa；hw量管内水柱高度，mm；Ps恒温下饱和水蒸汽压力，Pa；two量管内水温，。煤样解吸测定前的暴露时间为 t0，t0=t2-t1；不同时间 t 下测定的 Voi值所对应的煤样实际解吸时间为 t0+t；用绘图软件绘制全部测点(t0+t)0.5，Voi，将测点的直线关系段延长与纵坐标轴相交

54、，直线在纵坐标轴上的截距即为瓦斯损失量。4、将解吸测定后的煤样连同煤样罐送实验室测定其残存瓦斯量、水分、灰分等；5、根据煤样损失瓦斯量、解吸瓦斯量及残存瓦斯量和煤中可燃质重量，即可求出煤样的瓦斯含量：03210/ )(GVVVVW式中： Vo标准状态下煤样瓦斯解吸量，ml；V1标准状态下煤样损失瓦斯量，ml；V2标准状态下粉碎前瓦斯量，ml；V3标准状态下粉碎后瓦斯量，ml；G0煤样可燃质重量，g；W煤样可燃瓦斯含量，ml/gr。原煤中的瓦斯含量可按下式计算： 100100ad0adMAWW)t(273101.013)VP9.81h273.2(PVw5isw00i山西王家峪煤业有限公司 15

55、号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学24W0原煤的瓦斯含量，ml/g；Aad煤中的灰分，%； Mad煤中的水分，%。 利用上述方法在 15 号煤层一采区 1 号回风下山 850m、一采区轨道下山880m 等处进行瓦斯含量实测工作，通过打钻、取样、井下解吸，实验室测定煤样残存瓦斯量、水分、灰分、挥发分、煤样重量、可燃质质量及瓦斯成分，计算整理将所得煤层瓦斯含量测定结果列入表 3-2、3-3。表表 3-3-1 15 号煤层吸附常数及工业分析测定结果号煤层吸附常数及工业分析测定结果吸 附 常 数煤层地 点a（m3/t）b（Mpa-1）水份Mad(%)灰份Ad(%)挥发份Vdaf(%)真密度

56、(t/m3)视密度(t/m3)孔隙率(%)15 号一采区轨道下山 880m39.5890.7020.3813.6514.041.421.382.82表表 3-3-2 15 号煤层工业分析及瓦斯含量测定结果表号煤层工业分析及瓦斯含量测定结果表工业分析煤层测 定 地 点Mad(%)Ad（%）Vdaf（%）可燃瓦斯含量(m3/t.r)原煤瓦斯含量(m3/t)0.6419.9313.854.213.34一采区 1 号回风下山850m0.6410.7513.164.163.690.6315.6215.044.243.5515 号一采区轨道下山 880m0.8611.2314.764.323.80山西王家

57、峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学25第四节第四节煤体的坚固系数测定煤体的坚固系数测定一、煤体的坚固系数测定原理一、煤体的坚固系数测定原理目前，煤的坚固性系数测定主要有四种方法，在我国常用的测定方法为落锤破碎法，简称落锤法。落锤法测定煤体的坚固系数，是以“脆性材料破碎遵循面积力能说”为基础，即认为“破碎所消耗的功（A）与破碎物料所增加的表面积（S）的 n 次方成正比” ，试验表明，n 一般为 1。上述用公式表达为： A（S） 如果以单位重量物料所增加的表面积而论，则表面积与粒子的直径 D 成反比：A1/D 现假设 Dq与 Dh分别表示物料破碎前后的平均尺寸，则

58、破碎消耗功就可用下式表示：AK（1/ Dh1/ Dq） 式中 K比例常数，与物料的强度（坚固性）有关。将上述公式变形可得：K1iADq其中 iDq /Dh，i 称为破碎比，i1。从上式可知，当破碎功A与破碎前的物料平均直径为一定时，与物料坚固性有关的常数K与破碎比有关，即破碎比i越大，K值越小，反之亦然。这样，物料的坚固性可以用破碎比来表达。本次测定所求试样的坚固系数，具体计算可采用公式： 20 3020/fn h式中：f20-30煤样粒径 2030mm 的坚固系数测定值；n落锤撞击次数，次；h量筒测定粉末的高度，mm。在进行预测煤与瓦斯突出过程中，经常需要测定这一参数，采用落锤破碎法的优点是

59、简单易行，能够迅速测出煤样的相对坚固性系数。煤的力学强度越强，抵抗外力破坏的能力就越大，就难以发生瓦斯突出现象。山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学26二、煤体坚固性系数的测定方法和步骤二、煤体坚固性系数的测定方法和步骤煤的坚固性系数是煤颗粒本身力学强度的一种相对指标，其数值的大小也是煤层物理力学性质的重要反映。在现代的煤与瓦斯突出动力现象分析中，煤的坚固性系数是煤与瓦斯突出现象所涉及到的重要参数之一。通常情况下，在相同的瓦斯压力和地应力条件下，煤的坚固性系数越大，越不容易发生突出。因此，在煤与瓦斯突出危险性分析、预测中，煤的坚固系数是一个重要的测试指标

60、。1、测定器具本次测定所用器具有：（1）型架盘天平：；2JPTgegMax2 . 0,200（2）量筒：直径 23；mm（3）落锤；（4）分样筛：孔径 0.5；mm（5）煤样测定破碎筒。煤的坚固系数测定装置如图 3-4-1 所示。落锤 量筒图图 3-4-1 煤的坚固系数测定装置煤的坚固系数测定装置2、测定方法与步骤:（1）从采集的煤样中选取粒度为 2030mm 的小煤块，分成 5 份，每份重山西王家峪煤业有限公司 15 号煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告 中国矿业大学2750g，共三组，各放在测筒内进行落锤破碎实验。测筒包括落锤（重 2.4 ） ，圆筒及捣臼组成。测料及量具如图 3-4-1 所示