煤矿瓦斯抽放设计说明书说明书

1、煤矿瓦斯抽放设计说明书说明书 XX煤化有限责任公司矿井瓦斯抽采工程初步设计说 明 书修订版煤炭科学研究总院XX研究院目 录前 言1第一章 矿井概况4第一节 井田概况4第二节煤层赋存情况9第三节 地质构造情况13第四节 矿井开拓与开采15第五节 矿井通风情况16第六节 矿井瓦斯涌出情况17第七节 现瓦斯抽采站概况17第二章瓦斯储量及可抽量预测19第一节 煤层瓦斯基本参数19第二节 矿井瓦斯储量21第三节 可抽瓦斯量概算22第四节 瓦斯抽采规模及服务年限23第三章矿井瓦斯涌出量预测28第一节工作面瓦斯涌出预测28第二节采区瓦斯涌出量33第三节矿井瓦斯涌出量34第四节抽采后瓦斯涌出量35第四章 矿井

2、抽采瓦斯必要性和可行性分析37第一节矿井抽采瓦斯的必要性37第二节 瓦斯抽采的可行性38第五章 抽采方法设计40第一节瓦斯来源分析40第二节抽采瓦斯方法选择40第三节 抽采参数的确定45第四节 抽采钻孔布置及施工46第五节 抽采施工钻机选型48第六章 瓦斯抽采系统计算及设备选型50第一节抽采管路系统的选择及计算50第二节 抽采设备选型计算58第七章 工程建设分步实施及建设工期63第一节 工程建设分步实施63第二节 建设工期64第八章 瓦斯抽采安全措施66第九章 瓦斯利用系统设计69第十章 地面工程70第一节抽采站工业场地总平面布置70第二节 抽采站建筑72第三节 设备安装及管网布置76第四节

3、给水含水软化处理排水76第五节 采暖供热与通风81第十一章 供电及通讯83第一节抽采站供配电及照明83第二节 通讯84第十二章 瓦斯抽采监测及控制86第一节 抽采监测设计内容86第二节 抽采监测系统设计总体方案86第三节 抽采监测系统设计87第十三章环境保护91第一节抽采瓦斯工程对环境的影响91第二节污染防治措施91第三节抽采站绿化92第十四章抽采瓦斯组织管理93第一节组织管理93第二节瓦斯抽采组织机构管理93第三节抽采钻场管理94第四节安全管理96第五节抽采过程中撤装管路时的管理97第六节报表管理97第七节瓦斯抽采管路管理100第八节主要安全技术措施100第十五章技术经济102第一节 劳动定

4、员102第二节 投资概算及资金筹措102前 言 山西XXX煤化有限责任公司矿井以下简称XX煤矿设计主要开采8915煤层设计生产能力为09Mta 为高瓦斯矿井目前正在进行矿井机械化采煤升级改造改造完成后设计生产能力为18Mta该矿89号煤层生产时瓦斯涌出量很大2005年3月由山西国辰建设工程勘察设计有限公司阳煤集团技术中心通风与瓦斯研究所联合进行了该矿地面瓦斯抽采系统的设计其设计主要技术指标如下矿井生产能力09Mta设计抽采能力2662m3min水环式真空泵型号为CBF410-2BV3电机功率为160kw抽采主管D377×6mm螺旋焊缝钢管预抽和采空区采用一套系统混合抽采随着采掘规模的

5、扩大以及采掘的延伸矿井绝对瓦斯涌出量也随之增加矿井达产18Mta时现有的瓦斯抽采系统将远远不能满足矿井瓦斯抽采工艺技术及瓦斯抽采量的要求为了保证矿井安全生产并为矿井尽快达产创造有利条件XX煤化有限责任公司决定对现矿井瓦斯抽采系统进行改扩建并于2007年10月委托煤炭科学研究总院XX研究院进行矿井瓦斯抽采系统的设计2007年12月煤炭科学研究总院XX研究院向XX煤矿提交了XXX煤化有限责任公司矿井瓦斯抽采工程初步设计说明书2008年7月27日山西省煤炭工业局组织有关专家对该瓦斯抽采工程初步设计进行了技术审查根据山西省煤炭工业局制定的瓦斯抽放工程设计编制提纲专家审查认为设计符合矿井抽放瓦斯工程设计

6、规范及国家有关规定但存在以下问题及建议1补充矿井工作面瓦斯抽采指标设计及验算内容2补充抽采泵选型曲线及工况点位置资料3进一步优化细化采煤工作面瓦斯抽采工艺设计内容煤炭科学研究总院XX研究院根据专家提出的问题及建议进行了相应的修改设计并进一步完善了原初步设计XX煤矿目前未做煤与瓦斯突出鉴定同时该矿提交的各种资料说明该矿目前尚未发生过煤与瓦斯突出动力现象本次设计按高瓦斯矿井进行瓦斯抽采系统设计今后若矿井发生煤与瓦斯突出动力现象经鉴定为煤与瓦斯突出矿井后应修改本设计一编制设计的依据1煤炭工业部矿井抽瓦斯工程设计规范MT95018-9619972煤炭工业部矿井瓦斯抽管理规范19973国家安全生产监督管

7、理局煤矿安全规程2006国家安全生产监督管理局国家安全生产监督管理局煤矿瓦斯抽采基本指标2006国家安全生产监督管理局国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定国务院令446号 31m3t钻孔瓦斯流量衰减系数 018 d-1 煤层透气性系数 0082 m2MPa2·d瓦斯放散初速度720矿井15号煤层平均瓦斯含量 1000m3t残存瓦斯含量 34m3t瓦斯放散初速度5942设计瓦斯抽采量75m3min纯瓦斯 其中设计初期抽采瓦斯量45m3min二期抽采瓦斯量30m3min 3矿井瓦斯抽采率554瓦斯抽采站占地面积06ha5抽采工程投资初期249240万元 其中建筑工程 22397万元

8、设备购置费 43245万元 安装工程 141869万元 工程建设其他费用 25423万元 工程预备费 16305万元6抽采系统服务年限60年第一章 矿井概况第一节 井田概况一位置与交通XX煤矿矿区位于城西北22km处行政区划隶属晋中市该矿有铁路专用线可从井口直达车站而且井口有货台铁路全长21km石家庄太原公路从井田中部通过沥清路面每日班车数趟县内各乡村之间均有简易公路交通极为方便二地形地貌井田位于阳泉构造堆积盆地的西北部属黄土丘陵地貌梁峁比较发育且平坦沟谷多呈U字形仅东南西南部有小面积基岩出露为上石盒子组地层地势东高西低最高点在东南部的架梁三角点附近标高12971m最低点为西南边界的白马河谷标

9、高1105m最大高差1921m相对高差多在40100 m之间矿井主井口东北11km处有一眼深井日供水量700m3水质呈中性且悬浮物浓度小于150mgL悬浮物直径小于03mm符合矿区用水水质标准该矿现有供水方式为深井水加压至高位水池利用静压供各用水点用水供水系统中深井泵为两台水泵一台工作一台备用工业广场高山水池位于副井口部102m处池底标高1100m水池容积700m3生活区用水管路及工业广场地面供水管路采用水煤气钢管枝状布置均为埋地敷设管顶埋深11m矿井两回35V电源供电源引自白家庄220kV变电站引自XX35kV变电站白家庄220kV变电站为本地区的枢纽站现安装120MVA主变压器台主变压器台

10、回220kV电源线路XX35kV变电站白家庄220kV变电站导线LGJ10117km另一引自导线LGJ1km目前最大负荷约8000kW矿井供电电源可靠矿井现装备有一台HJD-256型容量为256门可扩充至1024门的地面行政电话总机一台JSY-2000D型容量为128门可扩充至256门的井下调度总机另外网通公司在公司内安装有2000门的电话总机基站井下调度总机配有调度台可实现通话跟踪强拆各方通话等功能矿井对外井上下通讯畅通四井田范围和煤炭储量矿区东西宽45km南北长3747km形似玻璃罐头瓶面积为190015km2根据 山西省XXX煤化有限责任公司生产矿井地质报告井田共探明资源储量26402万

11、t其中采空区储量为845万t矿井设计资源储量减去工业场地煤柱风井煤柱大巷及采区上下山煤柱及开采损失后得出矿井设计可采储量为14757万t井田批准开采689111515下层煤其中主采煤层为915煤层能利用储量万t保安煤柱储量万t采空区储量 万t 暂不能利用储量 332 小计A111bB121bC122bA2M21B2S21C2S2261025 28 191 243 1244 8466 63 68 95 59791358 6100 46192 350 56 747 9164 11277 764 2 83 307 1126 151584 7170 685 149 694 127 193 10602

12、15下526 1565 1152 53 314 59 200 3669 总计3468 15112 4553 2941360 416 1199845 26402 五矿井设计生产能力和服务年限矿井可采储量14757Mt设计生产能力180Mta矿井服务年限为586a井田内主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组共含煤19自上而下编号为1234567891011121313下1515下1617含煤地层总厚16782m煤层总厚1810m含煤系数为108可采煤层有689111515下6层可采煤层总厚1372m可采含煤系数82可采煤层16煤位于山西组底部上距K8砂岩约45m下距K7砂岩第三砂岩3m左

13、右井田内39号孔以北小范围被剥蚀P16103号两孔尖灭井田内大面积不可采煤层厚度0137m平均095m可采区分布于东部面积约10km2可采煤厚08137m平均114m可采区内厚度变化不大最厚点为307号孔厚137m结构简单有时含一层泥岩夹矸顶板为泥岩或砂质泥岩局部为粉砂岩或细粒砂岩底板为砂质泥岩局部为中细粒砂岩本层属局部可采的不稳定煤层北部和西北部为空破坏区和采空区南部有大量不可采区 28煤位于太原组顶部K7砂岩下7m左右下距9煤0952m平均384m东部大面积与9煤合并称89煤西部有一片不规则状分布区煤厚0173m平均109m107号孔尖灭可采区零星分布可采面积约36km2可采煤厚10173

14、m平均129m结构简单以其明显的高灰分有别于其他煤层顶板为泥岩局部为炭质泥岩底板为粉砂岩或细粒砂岩本层属局部可采的不稳定煤层本煤层在与9号煤层合并区附近少量采空属局部可采煤层 39煤位于太原组上部K5砂岩第一砂岩上3m左右局部直接覆于K5之上东部大面积与8煤合并称89煤西部为89煤的分叉区该煤层层位稳定全井田可采煤厚13669m平均489m一般厚度大于35m西部分叉区由南往北煤层由薄渐厚规律明显最厚处约65m东部合并区的西部由北南煤层渐薄合并区东部112号孔最薄厚302m往南北两测煤层渐厚最厚点为39号孔达669m结构中等含夹矸04层一般12层岩性为泥岩或炭质泥岩夹矸厚008062m含一层夹矸

15、时一般下分层厚度略大于上分层厚度顶板为泥岩砂质泥岩局部为中细粒砂岩底板为细中粒砂岩局部为砂质泥岩或粉砂岩本层属全井田稳定可采煤层在井田东北部已大量开采为主要开采煤层411煤位于太原组中上部K4石灰岩为其直接顶板煤厚041135m平均092m可采区主要分布于东部可采面积约12km2占全井田面积近23可采厚度080135m平均1m厚度变化不大最厚点为112号孔厚135m以10311214P26号等4孔连线的中心较厚向四周厚度递减结构简单含夹矸01层夹矸厚度005052m一般夹矸厚度小于煤分层厚度P26112号孔夹矸厚度大于下分层厚度底板为细粒砂岩局部为砂质泥岩本层属大部可采的较稳定煤层本煤层在井田

16、内尚未开采515煤位于太原组下部大部分地段K2下石灰岩为其直接顶板局部顶板为泥岩煤厚3555m平均435m最厚点为14号孔厚5m往东本两测稍薄井田内厚度变化不大稳定可采结构中等含夹矸03层夹矸厚度00408m一般小于02m岩性为泥岩或炭质泥岩底板为砂质泥岩或泥岩局部为细粒砂岩本层属全井田稳定可采煤层本煤层在井田东北部已开采615下煤位于太原组底部上距15煤52m下距K1砂岩约14m是本井田的最下一层可采煤层煤层厚度111213m平均152m最厚点为109号孔厚213m中部煤层较薄其南北两侧由薄变厚又趋变薄20号孔最薄仅11m总体来看厚度变化不大结构简单含夹矸02层一般01层岩性为泥岩或炭质泥岩

17、顶板为泥岩或砂质泥岩局部为中细粒砂岩底板为中细粒砂岩局部为砂质泥岩或粉砂岩本层属全井田稳定可采煤层可采煤层特征见表平均m煤层间距最小最大平均m夹石层数煤层结构稳定性可采性项板岩性底板岩性6013709513642604193609523842452124171639945781481832273852001简单不稳定局部可采泥岩砂质泥岩砂质泥岩8017310901简单不稳定零星可采泥岩粉砂岩或细砂岩913066948904中等稳定可采泥岩砂质泥岩细中粒砂岩1104115309201简单较稳定局部可采K4石灰岩细砂岩1535550043503中等稳定可采K2下石灰岩砂质泥岩或泥岩15下11021

18、315202简单稳定可采泥岩砂质泥岩中细砂岩2煤层工业分析根据2007年9月煤炭科学研究总院抚顺分院对XX煤矿915煤层工业分析915煤层工业分析结果见表挥发分硫SQ真比重视比重孔隙率VadVdaf905914361425167512515014533315036825137215012271491452683煤尘爆炸性煤尘爆炸性煤尘爆炸性见表火焰长度mm岩粉用量有无爆炸性备注955弱爆炸1555弱爆炸4煤的自燃倾向性性性见表吸氧量mlg自燃等级倾向性备注056类不易自燃15065类自燃第三节 地质构造情况矿区总体构造为一走向近东西倾向南的单斜构造地层倾角一般为612°局部受断层影响

19、倾角可达19°在此背景上又发育着次一级的褶曲褶曲轴向呈东西向展布两翼多不对称向斜北翼陡南翼缓背斜轴部开阔倾角平缓井田内断层较少均为近东西走向的正断层落差235m柱状陷落发育总体来说井田内构造复杂类型属中等类型一开拓方式矿井现在采用斜井立井单水平开拓方式有主斜井副斜井东回风斜井北风立井和西回风立井5个井筒开采水平标高950m大巷基本沿东西方向布置现主要开采9煤和15煤局部探采6煤和8煤该矿井采用斜井立井单水平开拓方式分组联合布置形式根据9煤15煤剩余储量的分布区域在井田中西部沿南北向布置两组上下山各三条上组煤沿9煤层布置皮带轨道回风下山下组煤沿15煤层布置皮带轨道回风上下山上下山与矿井

20、现有系统之间采用轨道回风巷相在下山两侧沿走向布置工作面由边界向下山方向后退回采矿井共划分六个采区上下组煤各三个采区首采煤层为9煤和15煤工作面采高44m工作面长度160m日进尺48m正规循环率为08年推进度为1267m回采率为9315煤轻型综采放顶煤工作面采高41m采2m放21m工作面长度140m日进尺24m正规循环率为085年推进度673m下层回采率为95放顶煤回采率为75二采区布置与开采顺序根据井田内各煤层开采现状及采区分布情况全井田划分为六个采区其中上组煤划分为三个采区编号为四五六采区下组煤划分为三个采区编号为三七八采区井田内各煤层按煤层间距可分为上下两组上组煤包括68911四层煤下组煤

21、包括1515下两层煤主采煤层为9和15煤层二者间距70m左右9煤各采区之间的开采顺序为先采五采区投产后过渡期内同时开采四采区剩余储量再采六采区15煤各采区之间的开采顺序为建井期间开采3采区投产后先采七采区后采八采区矿井扩建主采煤层仍为9和15煤层根据煤层赋存情况顶底岩性开采现状各煤层煤质及产量配比情况确定9煤层采用走向长壁一次采全高综采采煤法15煤层采用走向长壁轻型综采放顶煤采煤法顶板管理采用全部垮落法一通风方式矿井目前采用分区式通风系统抽出式通风方式9煤15煤9煤工作面采用一进两回的系统15煤工作面采用一进一回的系统2006年矿井瓦斯等级鉴定结果为绝对瓦斯涌出量1976m3min相对瓦斯涌出

22、量1330m3t二氧化碳绝对涌出量250m3min相对涌出量170m3t为高瓦斯矿井鉴定时生产能力为60万ta月均日产量为2140t2007年矿井瓦斯等级鉴定结果为绝对瓦斯涌出量2543m3min相对瓦斯涌出量1295m3t二氧化碳绝对涌出量355m3min相对涌出量181m3t为高瓦斯矿井鉴定时生产能力为90万ta月均日产量为2828t目前矿井处于改扩建阶段且开采的煤层属于浅部煤层因此矿井瓦斯涌出量较小根据XX煤矿2008年14月测风报表 2008年全矿井最大绝对瓦斯涌出量为2313 m3min含瓦斯抽采量5 m3min150302工作面最大绝对瓦斯涌出量为30 m3min090412工作面

23、绝对瓦斯涌出量为75m3min以上含瓦斯抽采量5m3min但根据XX煤矿详查地质报告瓦斯含量与埋藏深度成正比即由浅到深逐渐增XX煤矿目前建有地面瓦斯抽采站安装有两台CBF4102BV3型水环式真空泵电机功率为160kw最大抽气量为130m3min瓦斯抽采站其它主要设备有S9315型变压器2台QFX2型低压开关柜2台XGN210型高压开关柜2台防爆防回火装置2套2TC24型自吸泵2台流量为18m3h扬程22m电机功率22kw避雷针2套监测系统一套为了统一管理新老瓦斯抽采泵站原瓦斯抽采泵站的瓦斯泵房泵房内的瓦斯管路系统原泵房外的防爆防回火装置吸空管排气管和变压器将保留供排水系统避雷系统监测系统供配

24、电系统将与新瓦斯抽采站统一重新设计瓦斯储量及可抽量预测第一节 煤层瓦斯基本参数煤层瓦斯基本参数包括煤层瓦斯压力瓦斯含量钻孔自然瓦斯涌出量钻孔瓦斯涌出衰减系数煤层透气性系数煤的工业分析瓦斯吸附常数煤的孔隙率煤的瓦斯放散初速度坚固性系数及钻孔瓦斯组分等参数一矿井煤层瓦斯基本参数测定 464568m3t煤层瓦斯原始压力 05607MPa钻孔瓦斯流量衰减系数018 d-1 煤层透气性系数 0082 m2MPa2·d煤层对瓦斯的吸附性 吸附常数a 5714m3tb 020Mpa-1瓦斯放散初速度72煤的孔隙率333测点距地表垂深186237m15煤层原煤瓦斯含量 166m3t煤层瓦斯原始压力

25、016019MPa煤层对瓦斯的吸附性 吸附常数a 5464m3tb 023Mpa-1瓦斯放散初速度594煤的孔隙率268测点距地表垂深236m二地勘时期煤层瓦斯含量测定情况XX煤矿地质详查报告中通过对井田内P26号孔煤芯样分析 1g可燃物质中CH4含量89煤为1576ml15煤为1095ml表1详查地质报告瓦斯含量与埋藏深度成正比即由浅到深逐渐增孔号煤号CH4含量mlg煤中自然瓦斯成分煤层埋深m备注CH4CO2N2分带P26915769477053470沼气带472811510959678290032沼气带539415下1649187524289沼气带54918偏小详查地质报告瓦斯含量与埋藏深

26、度成正比即由浅到深逐渐增地质勘探仅对一个钻孔进行了瓦斯取样分析因此所的煤层原始瓦斯含量值不确定性较大WK K1·K2 Ai·Xi 2-1式中 WK矿井瓦斯储量Mm3 K1可采煤层影响范围内不可采邻近煤层瓦斯储量系数 K2围岩瓦斯储量系数Ai矿井第i个可采煤层的煤炭储量Mt Xi第i个可采煤层瓦斯含量m3t根据XX煤矿煤层赋存情况及顶底板岩性分析可采煤层影响范围内不可采邻近煤层赋存不稳定根据经验取K1 13K2 11由于无其它煤层瓦斯含量数据6811煤层距9煤层较近因此取9煤层的瓦斯含量值作为其邻近煤层的瓦斯含量经计算得出XX煤矿的瓦斯储量为436528Mm3说明XX煤矿的瓦

27、斯储量较为丰富表2-2-1 XX煤矿瓦斯储量计算结果表煤层瓦斯含量 m3t 煤炭地质储量 Mt 围岩及不可采煤层含量系数瓦储储量 Mm3 备 注613401244 K1 11K2 13238378134059711440913409164 1756001113401126 2157615100010602 15160815下10003669 52467合计26402436528第三节 可抽瓦斯量概算可抽瓦斯量是指瓦斯储量中在当前技术水平下能被抽出的最大瓦斯量其计算下W抽Wk·k 2-2式中 W抽可抽瓦斯量Mm3k矿井瓦斯抽采率根据实测和开采情况来看XX煤矿的煤层透气性较低但增加抽采时

28、间及其他增加抽采效果的措施后会提高抽采率所以综合分析按矿井抽采率k 055进行瓦斯可抽量概算计算结果见表2-3-1从计算结果看矿井可抽瓦斯量约为240092Mm3这为矿井瓦斯开发利用提供了较为充足的资源条件表2-3-1 XX煤矿可抽瓦斯量计算结果表煤 层煤层瓦斯储量 Mm3 k可抽瓦斯量 Mm3 备 注623837055 13111811440055 62929175600055 965801121576055 1186715151608055 8338515下52467055 28857合计436528055240092第四节 瓦斯抽采规模及服务年限一 抽采量预计回采工作面的瓦斯抽采量按下式

29、计算 q 2-3式中 q预抽期间平均瓦斯抽采量m3min K邻近层和围岩瓦斯储量系数K 12 L1工作面长度m L2工作面平均走向长度m M煤层平均厚度m 煤的视密度tm X煤层瓦斯含量m3t 瓦斯预抽率 t预抽时间年9煤层按工作面平均走向长度2500m工作面长度160m工作面年推进度1267m预抽时间15年因此设计预抽率为3515煤层按工作面平均走向长度2500m工作面长度140m工作面年推进度673m预抽时间2年预抽率为40计算9煤层一个回采工作面的瓦斯抽采量为q20m3min15煤层一个回采工作面的瓦斯抽采量为q98m3min取15煤层一个回采工作面的瓦斯抽采量为10m3min二 边采边

30、抽工作面抽采量预计由于边采边抽工作面已经预抽较长时间12年以上且随着回采的不断推进钻孔数量在不断减少抽采量下降较快所以其抽采量9煤层为5m3min15煤层为2m3min三采空区瓦斯抽采量预计XX煤矿9煤层采用走向长壁一次采全高综采采煤法轻型综采放顶煤采煤法m3min计算四掘进面瓦斯抽采量预计XX煤矿正常生产时配置4个综掘工作面其中9号煤层布置两个掘进面15号煤层布置两个掘进面根据瓦斯涌出量预测其掘进时瓦斯涌出量较大9号煤层每个掘进面的预抽量为3m3min15号煤层掘进工作面预抽量为1m3min五矿井瓦斯抽采量预计按矿井生产安排9煤层1个回采工作面2个掘进工作面15煤层1个回采工作面2个掘进工作

31、面生产年产量为18Mt预抽时间9煤层按15年考虑15煤层按2年考虑则全矿需同时保证有2个预抽工作面抽采另外有2个边采边抽工作面抽采 2个采空区瓦斯抽采则矿井总抽采量为Q 201052331130 75m3min 六按通风能力计算矿井瓦斯抽采量矿井年抽采量需根据采掘工程计划安排来确定按照每个采区应当抽采的瓦斯量或实际所能达到的抽采量来计算矿井年抽采瓦斯量从安全的角度考虑应该抽采的瓦斯量为 IIIP式中 I为保证通风安全所需抽采的瓦斯量m3min I 矿井瓦斯涌出量m3min Ip 通风所能允许的瓦斯涌出量m3min根据该矿扩建可行性研究报告矿井总供风量为122m3s设计2个采区2个综采工作面产量

32、为18Mta目前矿井实际供风量为8900 m3minm3t按年产18Mt计算绝对瓦斯涌出量达到13793m3min而通风能力所允许的瓦斯涌出量为6675m3min则需抽出瓦斯量为 I137936675 7118m3min按此计算矿井达到年产18Mt设计能力时为保证矿井安全生产矿井瓦斯抽采率必须达到52以上为保证矿井安全生产在加强瓦斯抽采工艺技术研究和瓦斯抽采管理技术水平的同时该矿应加强通风组织管理使矿井通风系统更加合理为了既保证矿井安全生产又能使抽采量保持长期稳定瓦斯抽采规模按75m3min设计其中采空区抽采瓦斯量按30m3min设计则年抽采量为 W年抽365×1440×7

33、5 3942 Mm3上述抽采规模是按煤层平均瓦斯含量进行计算的煤层平均瓦斯含量以开采煤层深部地质钻孔瓦斯含量为依据因此矿井在开采浅部煤层时由于煤层瓦斯含量较低工作面可抽采瓦斯量较少因此初期抽采瓦斯时在较长一段时间内难以达到设计规模所以为了充分发挥投资效益减少不必要的浪费瓦斯抽采系统一次设计分期实施七瓦斯抽采系统规模根据矿井瓦斯抽采量预计矿井瓦斯抽采设计规模为75m3min纯瓦斯其中采空区抽采量为30m3min纯瓦斯瓦斯抽采工程分两期建设初期设计规模为45m3min纯瓦斯其中采空区抽采量为15m3min纯瓦斯主要是开采浅部煤层时对工作面瓦斯进行预抽和采空区瓦斯进行抽采二期设计规模为30m3min

34、纯瓦斯主要用于抽采开采深部煤层时增加的瓦斯量抽采系统服务年限按下式计算 N 2-4式中N抽采系统服务年限年WK可抽瓦斯量Mm3WNC预计年最大抽采量Mm3XX煤矿主采915煤因此本次瓦斯抽采工程设计只包括915煤根据前面计算矿井915煤可抽瓦斯量为240092Mm3按瓦斯抽采设计规模75m3min计算年抽采瓦斯量为3942Mm3则矿井抽采系统服务年限为NWK÷WNC 240092÷3942 60 根据上述计算结果抽采系统服务年限为60年为保证煤层预抽效果及瓦斯安全利用设计采用两套抽采系统即预抽抽采系统和采空区瓦斯抽采系统两套系统相对独立本瓦斯抽采系统一次设计分期实施初期设计

35、规模为45m3min纯瓦斯量其中预抽系统抽采规模为30m3min纯瓦斯主要用于回采工作面预抽采空区抽采系统利用现有瓦斯抽采系统进行抽采抽采规模为15m3min纯瓦斯主要用于工作面边采边抽和采空区抽采矿井开采初期由于开采浅部煤层煤层瓦斯含量低可抽采瓦斯量少因此在浅部15煤层暂不考虑进行瓦斯抽采随着向深部开采加强瓦斯监测当采用通风解决瓦斯困难时即时对15煤层采取抽采措施对15深部煤层进行预抽时工作面的瓦斯预抽量为9m3min回采时工作面预抽钻孔可作为边采边抽钻孔工作面瓦斯抽采量预计为2m3min但随着矿井技改完成后产量增加开采深度的加深及采空区增加矿井瓦斯涌出量将随之不断增加当初期抽采瓦斯规模无法

36、满足矿井安全生产需求时建设二期抽采系统抽采规模为30m3min纯瓦斯主要用于矿井增加瓦斯量抽采到时矿井将形成两套独立的抽采系统预抽系统抽采规模为45m3min纯瓦斯采空区抽采系统抽采规模为30m3min纯瓦斯矿井瓦斯抽采规模达到75m3min第三章矿井瓦斯涌出量预测根据矿井瓦斯涌出量预测方法AQ1018-2006国家安全生产监督管理局回采工作面相对瓦斯涌出量按下式计算 q采q1q2 3-1式中 q1开采层相对瓦斯涌出量m3t q2邻近层相对瓦斯涌出量m3t开采层相对瓦斯涌出量按下式计算q1K1·K2·K3· · W0Wc 3-2式中 K1围岩瓦斯涌出系数

37、根据顶板管理方法查表选取K2工作面丢煤系数用回采率的倒数来计算则9煤层15煤层K3采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数 3-3L回采工作面长度mh掘进巷道预排等值宽度m根据煤种查表选取h13m则9煤层15煤层m开采层厚度mM工作面采高mW0煤层原始瓦斯含量m3tWc运出矿井后煤的残存瓦斯含量根据煤的挥发分查表选取m3t回采工作面基本情况见表3-1-1预测结果见表3-1-2表3-1-1 综采工作面基本情况一览表煤层埋藏深度mq112×108×084××134311246×36001440 3115m3minq112×18

38、15;081×× 1003×14001440 781m3min表3-1-2 综采工作面瓦斯涌出预测结果一览表煤层相对涌出量m3t 3-4式中 mi第i邻近层煤层厚度mM工作面采高mW0i第i个邻近层煤层原始瓦斯含量m3tWci第i个邻近层煤层残余瓦斯含量m3t i第i个邻近层瓦斯排放率根据相关标准查表选取根据该矿扩建可行性研究报告采区内煤层开采顺序为先采9煤层再采15煤层受9煤层开采影响的邻近层主要有6811三层煤受15煤开采影响的邻近层主要有15下煤计算结果如表3-1-3表3-1-49煤层q2×085109×09092×045 &#

39、215;×36001440 1290m3min15煤层q2×08 ××14001440 191m3min表3-1-3 邻近层瓦斯涌出预测结果一览表1邻近层煤层厚度m采高m瓦斯含量m3t3t3tq12×5161246 2114m3t2114×36001440 5285m3minq12× 196803 1199m3t×14001440 1166m3min表3-1-5 回采工作面瓦斯涌出预测结果一览表回采工作面不均衡系数相对涌出量m3tq掘q3q4 3-5式中q掘掘进工作面绝对瓦斯涌出量m3minq3落煤瓦斯涌出量m3m

40、in q4煤壁瓦斯涌出量m3minq3Sv W0Wc 3-6式中S掘进巷道断面积m2V巷道平均掘进速度mmin煤的密度tm3 W0煤层原始瓦斯含量m3tWc运出矿井后煤的残存瓦斯含量根据煤的挥发分查表选取m3t3-7式中q4煤壁瓦斯涌出量m3min D巷道断面内暴露煤面的周边长度m对于薄及中厚煤层D 2m0m0为煤层厚度对于厚煤层D 2hbh及b分别为巷道的高度及宽度 v巷道平均掘进速度mmino煤壁瓦斯涌出强度m3m2·min按下式计算 q0002600004 Vr 2016W0 3-8式中qo巷道煤壁瓦斯涌出量初强度m3m2·minVr煤的挥发份W0煤层原始瓦斯含量m3

41、t915煤掘进工作面基本情况见表3-1-6瓦斯涌出量预测见表3-1-79煤综掘工作面瓦斯涌出量q3 1575××143× 134-31 161m3minq4 2×354 ××0084× 2 770m3minq掘161770931m3minq3 12××141× 100-34 078m3minq4 2×34 ××0061× 2 508m3minq掘078508m3min表3-1-6 掘进工作面基本情况一览表煤层煤层厚度m密度tm3挥发分巷道断面m2巷道长度m

42、掘进速度mmin瓦斯含量m3t94891431425157525000007134015435141137212250000071000注矿井的综掘速度为300m月表3-1-7 掘进工作面瓦斯涌出量预测一览表煤层煤壁瓦斯涌出量m3min落煤瓦斯涌出量m3min绝对瓦斯涌出量m3min备注9770161931综掘第二节采区瓦斯涌出量根据在矿井Mta时 3-9式中q区生产采区相对瓦斯涌出量m3t Ao生产采区平均日产量td q采i第i个回采工作面相对瓦斯涌出量m3t Ai第i个回采工作面平均日产量td k生产采区内采空区瓦斯涌出系数绝对瓦斯涌出量3088×400

43、01440 8578m3min绝对瓦斯涌出量×17401440 2805m3min表3-2-1 采区瓦斯涌出量预测一览表煤层采 区工作面瓦斯涌出量m3t掘进瓦斯涌出量m3min采 区 日产量 t 瓦斯涌出量备注相对量m3t绝对量m3min9XX采区211493140003088857818Mta93115XX采区1199586174023212805586注日产量tta个综采工作面个综掘 3-10 式中q井矿井相对瓦斯涌出量m3t q区i第i个生产采区相对瓦斯涌出量m3t A0 i第i个生产采区平均日产量t K已采采空区瓦斯涌出系数根据开采状况查表选取K 12矿井绝对瓦斯涌出量342

44、7×400017401440 13659m3minta1523741740注日产量tta个综采工作面个综掘K7513659×100549134×135871m3t87131561m3t×1m3t抽采后15煤层瓦斯可解析瓦斯量m3t经计算915煤层经预抽后煤层瓦斯可解析量满足煤矿瓦斯抽采指标AQ10262006关于工作面日产量为10012500t煤的可解析瓦斯量7m3t工作面日产量为25014000t煤的可解析瓦斯量6m3t的规定把预抽后的煤层瓦斯含量代入前面章节瓦斯涌出预测公式中再减去掘进时的瓦斯抽采量回采时边采边抽和采空区瓦斯抽采量则计算结果见表341

45、各回采工作面掘进工作面采区和矿井瓦斯涌出量前后瓦斯涌出量对比见表341表3-4-1 瓦斯抽采前后涌出量预测对比名称抽采前瓦斯涌出量m3minm3min第四章 矿井抽采瓦斯必要性和可行性分析第一节矿井抽采瓦斯的必要性根据原煤炭工业部1997年颁布的矿井瓦斯抽放管理规范第9条规定凡符合下列情况之一者必须建立瓦斯抽系统开展瓦斯抽工作1符合煤矿安全规程第150条的 即一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3min或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3min采用通风方法解决不合理的 2矿井绝对瓦斯涌出量大于15m3min年产量等于或小于40万t矿井绝对瓦斯涌出量大于20m3min年产量等于或小于60万t

46、矿井绝对瓦斯涌出量大于25m3min年产量等于或小于100万t矿井绝对瓦斯涌出量大于30m3min年产量等于或小于150万t矿井绝对瓦期涌出量大于40m3in历史上矿井瓦斯相对涌出量最大为1838 m3t绝对涌出量为3113 m3min大于m3minXX煤矿年产量为万t目前的情况为全矿井绝对瓦斯涌出量为m3min其中抽采瓦斯量为5m3min但现在开采浅部煤层下一步随着煤炭产量的增加和采掘的延深绝对瓦斯涌出量就会增加根据预测当矿井采至深部产量达到180万ta时矿井绝对瓦斯涌出量将达到13659m3min远大于40m3min因此从瓦斯涌出的现状和下一步增产进行分析矿井建立瓦斯抽采系统采取瓦斯抽采措

47、施是必要的另外从地质构造角度看XX煤矿井田内构造复杂类型属中等类型总体构造为一走向近东西倾向南的单斜构造地层倾角一般为612°局部受断层影响倾角可达19°在此背景上又发育着次一级的褶曲如南张芹向斜潘沟背斜放马沟向斜褶曲轴向呈东西向展布两翼多不对称向斜北翼陡南翼缓背斜轴部开阔倾角平缓井田内断层较少全井田见断层共10条断层落差235m均为近东西走向的正断层落差20m以上的断层仅2条F12正断层F9正断层柱状陷落发育已证实的陷落共63个这些构造尤其是褶曲构造可能会引起瓦斯的积聚对煤层开采带来威胁所以进行抽采可以有效防止瓦斯的异常涌出保证煤矿安全生产而且该矿井目前已经在井下四五采区

48、建有移动瓦斯泵站各一座安装四台BJW20YJ抽采泵地面建有固定瓦斯抽采泵站安装两台CBF410-2BV3抽采泵对回采工作面和采空区实行瓦斯抽采并取得了一定效果第二节 瓦斯抽采的可行性开采煤层预抽瓦斯的难易来讲一般取决于煤层的自然透气性其评价指标有两个煤层透气性系数钻孔瓦斯流量衰减系数分为三类即容易抽采可以抽采较难抽采矿井瓦斯抽放管理规范规定的煤层瓦斯抽采难易程度分类见表-2-1瓦斯抽采的可行性应以是否能抽出瓦斯或能否获得较好地抽采效果来评价而抽采方式则应根据煤层的开采程序和巷道布置来选择表-2-1 煤层瓦斯抽采难易程度表 d-1 煤层透气性系数 m2MPa2d 容易抽采 10可以抽采00030

49、051001较难抽采 005 01目前XX煤矿测得的9号煤百米钻孔瓦斯流量衰减系数为018d-1透气性系数为0082 m2MPa2d此煤层为低透气性煤层属于较难抽采煤层所以在抽采方法上结合开采煤层预抽和采空区抽采达到抽采目的由于煤层属于较难抽采煤层因此在采取煤层预抽时为了提高预抽效果可以延长预抽时间增大钻孔密度以及采用交叉钻孔进行瓦斯抽采从以上可以看出虽然XX煤矿的煤层属于较难抽采煤层但采取适当措施后瓦斯抽采也是可行的第五章 抽采方法设计瓦斯来源分析根据矿井瓦斯涌出量预计在不进行瓦斯抽采就开采915煤层时矿井相对瓦斯涌出量为3427 m3t绝对瓦斯涌出量13659m3min其中9煤层采区绝对瓦

50、斯涌出量为10293m3min15煤层采区绝对瓦斯涌出量为3366m3min中国矿业大学北京提交的XX煤矿煤层瓦斯赋存规律阶段报告中通过对9号煤层的一个回采工作面的测试邻近层涌出量采空区涌出量煤层涌出量选择矿井瓦斯抽采方法应根据矿井煤层赋存条件瓦斯基础参数瓦斯来源巷道布置抽采瓦斯目的及利用要求等因素确定并遵循以下原则1选择的抽采瓦斯方法应适合煤层赋存状况巷道布置地质条件和开采技术条件2应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析有针对性地选择抽采瓦斯方法以提高瓦斯抽采效果3抽采方法在满足矿井安全开采的前提下还需满足开发利用瓦斯的需要4巷道布置在满足瓦斯抽采的前提下应尽可能利用生产巷道以减少抽采工程量

51、5选择的抽采方法应有利于抽采巷道的布置和维护6选择的抽采方法应有利于提高瓦斯抽采效果降低瓦斯抽采成本7抽采方法应有利于钻场钻孔的施工和抽采系统管网的设计有利于增加钻孔的抽采时间二抽采瓦斯方法选择XX煤矿主要开采915煤层从煤层瓦斯赋存规律阶段报告预测的瓦斯涌出量构成以及实测来看其瓦斯来源主要为本煤层的瓦斯涌出矿井抽采瓦斯的目的是为了降低煤层瓦斯含量为煤炭开采提供安全生产环境因此根据矿井的瓦斯赋存状况矿井开拓及抽采瓦斯的目的结合抽采瓦斯方法的选择原则确定XX煤矿抽采瓦斯方法为以本煤层瓦斯抽采为主采空区抽采裂隙带抽采为辅预抽与边采边抽边掘边抽相结合的综合抽采瓦斯方法1边掘边抽在煤巷掘进工作面后5m

52、处的巷道两帮各施工一个钻场钻场的规格应根据巷帮瓦斯抽采钻孔布置的要求选用钻机的外型尺寸及钻杆长度而定相邻两组钻场之间的间距为0m在每一钻场内沿走向布置个边掘边抽钻孔即左右钻场各个孔深m左右钻孔倾角原则上须保证钻孔在煤层内钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度略有上下倾角图51 掘进巷道边掘边抽钻孔布置方式示意图2本煤层预抽在回风顺槽沿工作面倾斜方向布置顺层钻孔预抽工作面煤体内的瓦斯为提高瓦斯抽采效果顺层钻孔采用交叉钻孔布置即一半钻孔沿工作面平行布置另一半钻孔与工作面呈一定夹角布置两种钻孔交替布置平行钻孔与斜向钻孔呈15°夹角两种钻孔在空间上形成交叉钻孔交叉点之间在空间的高程差为05m

53、如图5-2所示图52 开采层瓦斯抽采顺层钻孔布置方式示意图3采空区瓦斯抽采全封闭采空区是指工作面已采完封闭的采空区也称老采空区采空区中往往积存大量的高浓度瓦斯可能通过巷道密闭或隔离煤柱的裂隙往外泄出加强采空区密闭对全封闭采空区瓦斯抽采是个必要条件提高采空区的气密性可防止漏气保持必要的抽采瓦斯浓度和防止有自燃倾向煤层因漏气进氧而发生采空区发火对于已采完的采空区都要砌筑永久性密闭永久性密闭要选择顶底板坚固的岩煤层巷道两道密闭墙砖或料石中间充填砂或黄土密闭墙四周要掏槽插管抽采的密闭上还应设置注砂泥浆管和采气测温管等观测管密闭墙厚度不小于1m四周掏槽深度不小于03m见图53所示图53 全封闭采空区插管抽采示意图对于现生产工作面的采空区亦称半封闭采空区9煤层采用一进两回的通风系统15煤层采用一进一回的通风系统现采空区9煤层以尾巷插管抽采法为主顶板走向长钻孔抽采为辅15煤层以埋管抽采法为主顶板走向长钻孔抽采为辅尾巷插管抽采法是在回采工作面的排瓦斯尾巷