煤矿瓦斯抽采与综合利用方案

1、煤矿瓦斯抽采与综合利用方案目录前 言 2第一章 井田概况及地质特征 3第一节 井田概况 3第二节 地质特征 5第二章 煤炭储量与矿井生产能力 16第三章 井田开拓方式 17第四章 煤层瓦斯储量预计 17第五章 矿井瓦斯涌出量预测和抽放条件 . 19第六章矿井瓦斯抽放 24第七章 瓦斯抽放管路系统 35第八章瓦斯抽放泵站 46第九章抽放瓦斯管理 49第十章 安 全 54第十一章 技术经济 56第十二章 抽放瓦斯的综合利用及评价 . 581. 煤矿初步设计生产能力为4 万吨 /a ，准备改造为 15 万吨 /a 。随着矿井 生产能力的扩大，矿井瓦斯涌出量呈增大的趋势。在经过测定煤层瓦斯赋存状况和基

2、础参数后，认为基本具备瓦斯抽放的条件可以进行瓦斯抽放。第一章 井田概况及地质特征第一节 井田概况一、交通位置1. 煤矿位于镇雄县县城NE88°方向直距约 32如处，属云南省镇雄县黑树镇黑树村陈家寨子组管辖。地理坐标：东经105 ° 11' 04105 ° 12 ' 20 ；北纬 27 ° 26' 21 27 ° 27' 20 。矿山主井口坐标：X 3038085 ; Y 35519637 ； H 1553.7。矿山有3如简易公路与镇雄县城至黑树镇的县乡公路相接，至镇雄县城 79如，至贵州省毕节市约25如，至内昆铁

3、路威宁站约151如，交通较为方便。二、地形地貌与河流1 、地形地貌矿区属云贵高原低中山地貌。 矿区范围内地势总体为中间高， 南北两边低， 海拔最高1900 m，最低1470m，相对高差 430m。近东西向的大湾子山横穿整 个矿区中部，将矿区分为南北两部分。分水岭以北的反向坡地形较陡峻，地形 坡度一般 3545°，分水岭以南的顺向坡地形稍缓，地形坡度一般1530°。向东地形逐渐变平缓。2、河流 母享河流经矿区，其上游段从矿区的西南侧穿过，往北西流入赤水河，流量随季节变化较大，属于长江水系。其他为季节性溪沟。三、气象与地震矿区地处副热带高压带边缘和西风带南缘，属亚热带季风气候。

4、 冬半年（ 11月至次年 4 月）北西干冷空气南下经四川盆地翻越云贵高原和西南暖湿气流相 交时在县境内受山脉阻挡，形成地形静止锋。夏半年（5 1 0月）副热带系统增强北移，西南暖湿气流盛行。由此形成夏短冬长，春长于秋，四季不明，干 雨两季不分的气候特征；夏无酷暑，冬无严寒，春秋暖和，一雨成冬；冬半年 阴湿寡照，夏半年湿热多雨的气候特点。年平均气温13.2 C,最冷月为1月，最低气温-2.4 C； 7月为高温月，极高日气温达34.3。历年平均气压 88.31mb ,历年平均降雨量 1 1 53 . 1 5m m ，冬半年多阴雨，降水时约占全年的22%，夏半年多大雨、暴雨，降水量约占全年的78%。

5、实际年均降雪 15 天。最大日降雪折合水量6.3mm (降雪深度 20cm)。工作区抗震设防烈度为 6 度。该区未见大型有泥石流及滑坡等地质灾害。四、矿区内工农业生产及主要建筑材料供应情况 农作物以玉米为主，次为稻谷、马铃薯等，经济作物为烟草、油菜等。镇雄县区内工业不发达，以小煤矿、小硫磺矿为主。全县产硫量一万八千余吨， 为省内重要的产硫区之一。区内经济欠发达，劳动力资源充足。主要建筑物以水泥、石块为主，水泥、石块等建筑材料均可就地供应；建 井所需的钢材、木材可由公路运至工业场地。五、水源、电源青场向斜为本区最大的水文地质单元。矿区位于该单元的北东端，大气降 水和地表径流沿断层及岩层节理裂隙渗

6、透补给地下水，地下水主要顺含水层运移，以泉点的形式排出。可作为生产生活用水水源。矿区采用双回路供电，一路来自毕节何官屯变电站011 号开关，电压等级10kv ；另一路来自镇雄母享变电站 082 号开关，电压等级 10kv ；备用电源为 1 台HC400GF型柴油发电机组，发电机容量为400KVA,可满足矿井通风、排水等要求，并能及时投入使用。六、矿井四邻及小煤矿分布开采情况矿区东翼与法窝煤矿相邻。法窝煤矿属私营小煤矿，正在开采，年产4 万吨。通过地面地质调查、走访，证实矿区西北翼存在老井，均已停产。分别简 述如下：老井一号：主井坐标：(x：3037686.70 、 Y：35519908.80

7、) ; 平洞约 50m，见煤后延煤层延伸约50m,地处矿区西北翼，煤厚： 1.61.7m，已停产。老井二号：主井坐标： （ x：3037748.20 、Y：35519853.70 ）; 平洞约 200m， 见煤后延煤层延伸约 50m, 地处矿区西北翼，煤厚： 1.61.7m ，与老井一号共 用一个回风井，已停产。老井三号：主井坐标： （ x：3037717.30 、Y：35519771.40 ），平洞 5060m， 见煤后延煤层延伸约 5060m, 地处矿区西北翼，煤厚： 1.61.7m ，已停产。老井四号：主井坐标： （ x：3037624.60 、Y：35519579.30 ），平洞 50

8、60m， 见煤后延煤层延伸约 5060m, 地处矿区西北翼，煤厚： 1.61.7m ，已停产。第二节 地质特征一、地层1、区域地层 矿区地处青场向斜，出露自二叠系至侏罗系上统地层，第四系零星分布。由老至新简述如下： 二叠系（P）:分布于上述向斜两冀，假整合于志留系地层之上，出露 齐全。为碳酸盐、含煤碎屑岩及玄武岩沉积。包括梁山组、栖霞与茅口组、峨 眉山玄武岩组、龙潭组和长兴组。 三叠系（T）:大面积分布于向斜两冀。上、中、下统发育和出露齐全。 为碎屑岩及碳酸盐岩沉积，包括卡以头组、飞仙关组、永宁镇组、法郎组和须 家河组。 侏罗系（J）:分布于向斜核部及其两翼。发育齐全。包括自流井组、 沙溪庙组

9、。第四系（Qh）：分布于山麓、缓坡地带，主要为残坡积层。2、矿区地层矿区内出露的地层有：二叠系上统峨嵋山玄武岩组（P2 B ）龙潭组（P2I ）、长兴组（P2C）和三叠系下统卡以头组 （Tik）、飞仙关组（Tif）和永宁镇组 Tiy）, 第四系（Qh）残坡积层较少。现按接触关系由老到新简述如下：1. 煤矿 矿区地层由老至新依次出露 有二迭系上统峨嵋山玄 武岩 组、 龙谭 组、长兴组；三迭系下统卡以头组、飞仙关组、永宁镇组。 二叠系上统峨嵋山玄武岩组（ P2B ）岩性上部为紫灰色凝灰岩，结构致密，强中等风化，一般厚约8m左右下部为灰绿色或深灰色块状玄武岩，气孔或杏仁玄武岩。柱状节理发育。厚度 3

10、540m,常形成陡坎。与下伏地层呈假整合接触。 二叠系上统龙潭组（P2l ）该组地层为矿区的主要含煤岩系，出露于矿区北部，地貌上为缓坡地形。岩组厚125135m,平均厚约为130m,与下伏地层呈整合接触。岩性为灰色泥 岩、粉砂质泥岩夹细砂岩、煤层及炭质泥岩。中上部泥岩富含菱铁质结核和含 植物碎片化石。所夹煤层及煤线 1015 层，主要煤层分布于上至顶部。其中 全区可采煤层为 C5 煤层，局部可采 C6。1. 煤矿矿区范围内龙潭组顶部的煤层C5厚度稳定，煤质较好，为矿山的主采煤层， C6 煤层仅为局部可采，其它煤层在矿区范围内厚度薄，延伸不稳定， 均为不可采煤层。 长兴组（ P2c） 该组地层为

11、矿区的次要含煤岩系，出露于矿区北部，地貌上为山麓缓坡地 形。本组自G煤层顶板 G煤层顶板，厚约 40m。岩组岩性为灰色至深灰色泥质 粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质灰岩、灰岩、夹细粒砂岩、薄煤层或炭质泥岩，含 灰岩 58 层，含薄煤层 35 层（但均不可采 ） 。全组含植物碎片化石及动物化 石并含大量黄铁矿晶粒，与下伏地层呈整合接触。 三叠系下统卡以头组（T1k）分布于矿区中北部，多形成反向陡坡，节理裂隙发育，厚8090m,与下伏地层呈整合。 岩性为灰绿色薄至中厚层状页岩、 砂质页岩、 钙质胶结细砂岩， 夹薄层粉砂质页岩，泥岩灰岩。底部夹一层约1.10m 的灰色灰岩；下部以粉砂质页岩或泥质粉砂岩为主，

12、多呈水平层理构造；上部砂质增多，层次增大，并 含大量串珠状钙质结核；顶部常含一层鲕粒状灰岩。 三叠系下统飞仙关组（T1f ）大面积分布于矿区中、南部，出露较好，厚度380450m。岩性为灰紫一紫红色砂质页岩、紫灰色薄厚层状粉砂岩、细砂岩及泥质粉砂岩。夹灰绿色 砂质页岩与粉砂岩层 2 3 层。波状层理及小型交错层理发育，富含瓣鳃类动 物化石。由底至顶砂岩减少，钙质增加。上部夹薄层状砂质灰岩。与下伏地层 呈整合接触。 永宁镇组（ T1y ）分布于矿区西南，为一套潮坪相碳酸盐岩沉积，厚度大于200m,与下伏地层为整合接触。主要岩性为绿灰 灰色中厚厚层状生物碎屑灰岩、泥灰岩和 白云岩组成，下部夹紫灰色

13、钙质、粉砂质页岩，中部夹紫红色粉砂岩、泥岩， 底部以灰色中厚层状灰岩与下伏岩组分界。矿区内仅出露该组的下部绿灰色灰岩、泥灰岩。第四系（Qh）残坡积层 主要分布于沟谷及平缓地带，为黄绿、暗紫、褐黄色碎石土及砂质粉土。结构松散，约 0. 23m, 般0.52m,与下伏地层不整合接触。二、地质构造二、构造1、区域构造 矿区区域上位于扬子准地台川滇黔鄂台坳娄山陷褶束松坎（威信） 凹褶束中，为长期凹陷接受沉积的地区。燕山期以前以震荡运动为主，燕山后 期发生强烈褶皱运动，形成现在景观。矿区所在的青场向斜及黑树庄正断层为本区的主要区域构造（ 1 ）、青场向斜向斜轴向 NE60SW240 ,沿向斜轴向方向延伸

14、长度约40如以上。向斜核部出露侏罗系中、下统地层，向斜两翼出露三迭系及二叠系地层。地层分布 对称，地层倾角平缓，属于发育较完整的开阔平缓向斜褶皱构造。矿区位于该 向斜的北东端。该区发育几条次级断层。（ 2） 、黑树庄逆断层分布于矿区以北，矿区位于该断层上盘。断层线走向NE60° SW240 左右，断层面倾向 SW150 ,倾角50。该断层基本顺矿区北的沟谷展布，地形 标志明显。断层切割龙潭组、长兴组、卡以头组、飞仙关组等地层，地层错距 达50m左右。为一中型逆断层。2、矿区构造矿区位于青场向斜北东翘起端， 地层走向北东南西， 倾向 188° 202°， 倾角 13

15、° 18°，故区内属缓倾斜单斜构造，含煤地层沿走向、倾向产状变化 较大。由于向斜转折端及黑树庄断层的影响，矿区存在挠曲构造和小断层，岩 层节理裂隙发育。综上所述本矿区构造复杂程度属简单中等。三、煤层1 、 C5 煤层 常分岔成为独立存在的两层煤，上、下分别称之为C5 和 C5 。 C 5a 煤层： 民间俗称臭煤，赋存于龙潭组最顶部。该煤层厚度变化较大，最薄0.08m,最厚1.61 m，平均厚度为 0.50 m 。C5a煤层的直接顶板带有0.050.10 m的黑色钙质、炭质泥岩，往上则为深灰色泥质灰岩或泥质粉砂岩，底板以下岩性则随与C5b 煤层间距变化而异。C5a煤层与C5b

16、煤层垂直间距 018 m，平均3.80 m。该煤层含硫量 5%厚度 变化大，属不稳定煤层，矿山未进行单独开采，只有当其与C5b 煤层合并时才与 C5b 煤层一并进行采挖。C5b煤层为矿山的主采煤层和本次资源 / 储量核实的煤层。赋存于龙潭组最顶部，C5a煤层之下，距C5a煤层平均垂直间距3.80 m，局部地段与 Qa煤层复合为一层。C5b煤层厚度1.641.71 m，平均厚度 1.68m，厚度变异系数0.39，属较稳定偏稳定型中 厚煤层。 煤层结构简单， 含夹矸 0 1 层， 结构式一般为 1.25(0.03)0.40。煤层顶板岩性多为炭质泥岩、粘土岩。煤层产状SE188202 °

17、Z 1417 °,煤层顶底板中见有植物化石碎片。2、C6 煤层C6煤层赋存于 C5b煤层之下，一般分岔为Cea、C6b两层。C6a煤层赋存于C5b煤层之下，距 C5b煤层垂直间距 0.309.60m，般13m该煤 层厚度 02.10m ，平均厚度 0.60 m ，厚度变化较大，属于偏不稳定薄煤层， 该煤层在本矿区属局部可采煤层，由于变化较大，矿山未开采。该煤层直接顶板以钙 质细砂岩，偶夹中粗粒砂岩，具波状斜层理，当C6a与Gb煤层垂直间距变小时，C6a煤层顶板则为粘土质泥岩、粉砂岩。底板常以炭质泥岩、粘土质泥岩为主。C6b煤层赋存于C6a煤层之下，距 C6a煤层垂直间距 0.6011

18、.60m，平均3.25 m=该 煤层厚度 0.35 1.00 m ，平均 0.55 m ，厚度变化较大，属于不稳定薄煤层。 该煤层在本矿区属不可采煤层。煤层顶板为粘土质泥岩间夹粉砂岩，当与Csa煤层垂直间距 4 m以上时，则为粘土质泥岩夹钙质细砂岩； 煤层底板主要为粘土质泥岩， 有时为炭质泥岩。四、煤质一、煤的物理性质1、C5b煤层主要为黑色半亮型煤，夹较多的镜煤、亮煤条带与丝炭透镜体，顶部和底部各有 0.2 0.4 m 高灰分之坚硬暗煤。煤岩为块状构造，块度较大，阶梯状 断口，较坚硬。C5b煤层上部一般为块状半暗煤一暗煤，中部为半亮煤一条带状 半亮煤，下部为块状暗煤半暗煤。2、Ga煤层主要为

19、黑色半暗半亮型，夹亮煤和亮煤条带，块状构造，中等块度，断 口为阶梯状，煤质较坚硬。该煤层顶部为条带状半暗煤，中部为半亮煤，下部 为条带状暗煤。、化学性质Gl C6a煤层煤的化学性质如下：1、煤质牌号根据相邻的镇雄南部井田中段煤矿区对洗煤工业分析资料，区内各煤层洗后灰分迅速降低，粘结性为粉状，胶结层厚度（y）值为0,洗后挥发份（Vdaf均在10%以下，氢含量（H）为3.553.63%，镜煤反射率Rmax大于2%显微硬度V 30 kg /伽2。根据中国煤炭分类标准（GB5751 86），煤种牌号为无烟煤三号。2、灰分（Ad）C5b煤层平均24.77%，属中灰一富灰煤。Ga煤层平均值 24.85%，

20、亦属中灰富灰煤。3、全硫（St.d ）全硫含量在垂直方向上变化明显。Qb煤层平均2.90%，属富硫煤；C6a煤层平均1.78%，属低硫煤。4、发热量（Q/）C5b 煤层为 25.12MJ/ kk（ 6000 千卡 / kg）; C 煤层为 23.03 MJ/ kg（ 5500 千卡/ kg）。综上所述，Gb煤层属中灰一富灰中高硫煤，C6a煤层属中灰一富灰低硫煤，可作为民用煤及一般工业用煤。该两层煤原煤煤质分析结果见表2-1。表2-1 C 6a、C5b原煤煤质分析结果分析项目单位分析结果质量等级C5b煤层Csa煤层水分Mad%1.00C5b灰分A.d%24.7724.85中灰-富灰成分Sd%44

21、.1357.39灰CaO%12.431.86中高硫FgQ%20.399.39煤AI2Q%16.5223.19MgO%0.531.09中灰-富 灰 低硫煤SQ%6.241.65挥发分Vdaf%10.65固定碳Cgd!%65.6863.05全硫分St.d%2.901.78全磷分P.d%0.0070.012发热量QtMJ/kg25.1223.03粘结性粉状粉状元素分析Cr88.1492.19Hr3.553.63O2.151.80Nr1.211.27五、矿区水文地质条件一、概况矿山属云贵高原的组成部份，中山地形，地势中部高，南北两侧低，矿区范围内海拔最高 1900 m，最低1470 m，相对高差430

22、 m。矿区地形坡度较缓， 一般2030°，沟谷呈“ V”字型，植被未遭受严重破坏。区内最低侵蚀基准 面高度1430 m，主井口海拔 1553.7 m，位于侵蚀基准面之上，但矿区的大部 分资源位于当地最低侵蚀基准面之下。母享河的上游段从矿区的西南侧穿过，往北西流入赤水河，流量随季节变化较大。其他为季节性溪沟中无常年性地表径流，只有在雨季才有1590l /s的流量，溪沟流量受大气降雨控制，暴涨暴跌，具有山区河流的特点。青场向斜为本区最大的水文地质单元。矿区位于该单元的北东端，大气降 水和地表径流沿断层及岩层节理裂隙渗透补给地下水， 地下水主要顺含水层运 移，以泉点的形式排出。区内对可对煤

23、层形成充水的含水层主要为上覆的三叠系卡以头组、飞仙关 组及永宁镇组。 但其与煤层间有泥质岩隔水层相隔， 一般对煤层的充水性较小。二、矿区水文地质条件1、含水层特征 控制本矿区的水文地质因素主要有裂隙及岩溶含水岩组、断层带、老窑及 地表水体，其中 T1k、 T1f 、T1y 含水组为矿坑充水的主要来源。兹就各因素的 特征分别评述于后： 裂隙含水岩组 风化裂隙潜水：Tik、f、y及P2 B岩组风化裂隙破碎带的深度可达5370m, 般裂隙率为 0.41.0 %，最大 2%。此带上部仅透水而不含水，下部 含水且呈带状分布。潜水位类比埋深080 m,含水带厚 1030 m。为一弱含水带。 裂隙承压水：斜

24、交（剪切）节理与层间裂隙为Tik、Tif含水之主要因素。一般裂隙率 0.2 0.8 %，最大为 1.7 %，其中以薄层砂泥岩较为发育，并均随 埋藏深度的增加而减小。其间薄层灰岩中见有溶蚀裂隙及小孔洞。性软的泥岩 和粘土岩以闭合裂隙为主。因此，含水与隔水岩层亦多呈层状产出。综上所述， 区内裂隙含水层之富水性弱极弱， 并与隔水层呈互层状产出。 如无断层串通导水，各含水层（段）之间随风化裂隙的消失而失去水力联系。 总观全区裂隙含水岩系，亦呈一单斜自流水带。 孔隙含水岩组 由第四系松散堆积物组成，成分为块石，碎石及粉土，孔隙度大。大气降水补给，渗透快，如果底面平凹，有少量潜水存在，但总体不含水。 岩溶

25、含水岩组赋存于永宁镇组的灰岩溶隙及节理层中，而且主要集中于其中下部，富水 性好，量较大。因距煤层较远，如无大的断层串通导水，该含水层对煤矿坑充 水性小。2、断层的含（隔）水性根据井巷调查，区内断层富水性及导水性差异较大，其富水性主要取决于 断层两盘岩层的含（隔）水性、断层破碎副的宽度及断层相互间的距离。一般 断层两盘岩层富水性强则断层富水性强，断层破碎带越宽则富水性越强，断层 较为密集时则断层富水性增强。因断层规模较小，断层的导水 性一般不强。区内大断裂不发育，但存在小断层，断裂的富水性及导水性对矿山开采有 一定的影响。3、地下水补给迳流条件 矿区地形较陡峻，不利于地下水的补给。区内地下水主要靠大气降水局部 渗透补给，沿断层及岩层节理裂隙迳流，以泉水形式排泄出地表。4、矿井涌水及排水根据本次工作调查，矿坑采用一级排水，矿坑涌水主要汇集至水平水仓， 再用水泵直接抽至地表排出井外。本次工作调查，矿坑最大疏干排水量为20m3/d ，水量弱。综上所述，本矿区水文地质条件中等。六、工程地质一、工程地质岩组该矿区未做过岩石工程地质勘察工作，现将与矿床开采有关的工程地质岩 组简述如下：1、 二叠系上统峨嵋山玄武岩组（P2B ）厚约820m,岩性为青灰色、黑灰色块状玄武岩，具杏