某煤礦煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及抽放可行性研究報(bào)告-預(yù)覽頁(yè)

　

【正文】 坐標(biāo)為： 北緯 36176。 09′ 30″。交通便利，詳見(jiàn)交通位置圖 11。 氣象、 水文、電源及地震 XX 區(qū)屬大陸性氣候，根據(jù) XX 縣氣象臺(tái)觀測(cè)記錄， 礦區(qū) 9 三個(gè)月為雨季，降雨量最小為 (1972 年 )，最大為 (1975 年 )，蒸發(fā)量最小為 (1983 年 )，最大 (1972 年 )，蒸發(fā)量大于降水量 倍。十一月份開(kāi)始結(jié)冰，次年三月份開(kāi)始解凍，凍土深度最大為 750mm(1976－ 1977年 )，最小為 370mm(1972－ 1973 年 )。 據(jù)山西省頒發(fā)的山西省地震基本烈度表， 礦區(qū) 抗震設(shè)防烈度為 67度 ,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為 。主要由灰－深灰色中厚層狀的石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r組成，局部含白云質(zhì)灰?guī)r。平行不整合于峰峰組地層之上。含豐富的動(dòng)物化石，旋回結(jié)構(gòu)清楚，橫向穩(wěn)定性好，易于對(duì)比。 巖性以灰色、灰白色中細(xì)粒砂巖，深灰色、灰黑色粉砂巖、泥巖為主，含煤 3層，其中 2號(hào)煤層為穩(wěn)定可采煤層。上、中部由深灰色粉砂巖夾細(xì)粒砂巖組成。 上統(tǒng)上石盒子組下段下部地層 (P2s1) 礦區(qū)內(nèi)主要分布于中部新莊和大老莊村一帶 ,厚度約 190m 左右，巖性以黃綠色的粉砂巖、中、細(xì)砂巖互層為主，夾有紫色泥巖。 中更新統(tǒng) (Q2) 由棕紅、黃褐色亞砂土、亞粘土組成夾砂、礫石層。是 礦區(qū) 最重要的含煤 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 5 地層。地層厚度平均 ，主要由三層深灰色石灰?guī)r及灰白色砂巖、灰黑色粉砂巖、泥巖間夾三層薄煤層。其頂板為深灰色、厚層狀的 K3石灰?guī)r。下部為灰黑色、黑色薄層狀鐵質(zhì)泥巖。本段依據(jù)巖相旋回分析，應(yīng)為瀉湖海灣相沉積。 地質(zhì)構(gòu)造 該礦位于沁水煤田西緣，霍山隆起之東翼。落差 20m，區(qū)內(nèi)延伸 1300m。由此推斷，向南開(kāi)采 還將遇到，但密度不會(huì)太大。 山西組平均厚度 ，含煤 3 層，含煤總平均厚度為 ，含煤系數(shù)%。其中9＋ 10 號(hào)、 11 號(hào)煤層為 礦區(qū) 穩(wěn)定的可采煤層， 6號(hào)煤層為局部可采煤層 ,7 號(hào)、 8號(hào)、 10 下 煤為不穩(wěn)定的不可采煤層。 3號(hào)煤層 位于山西組下部，間距 2 號(hào)煤層大約 13m，厚度 ，平均 , 該煤層在東南部變薄，不可采。 9＋ 10號(hào)煤層 位于太原組下段的頂部，厚度 ，平均 。 表 11 可采煤層特征一覽表 煤層 煤層厚度 層間距 夾矸層數(shù) 穩(wěn)定性 可采性 頂板巖性 底板巖性 最小 最大 平均 (m) 最小 最大 平均 (m) 最少 最多 一般 1 0 較穩(wěn)定 大部可采 泥巖或粉砂巖 粉砂巖 2 0 穩(wěn)定 可采 粉砂巖 泥巖 3 0 較穩(wěn)定 大部分可采 泥巖 粉砂巖 6 01 01 不穩(wěn)定 局部可采 泥巖或粉砂巖 泥巖或粉砂巖 9+10 1 穩(wěn)定 可采 石灰?guī)r 泥巖 11 13 穩(wěn)定 可采 粉砂巖 粉砂巖 煤質(zhì) 一、煤的物理性質(zhì)及煤巖特征 （一）物理性質(zhì)及宏觀煤巖特征 煤層以光亮型煤質(zhì) — 半光亮型煤為主，夾半暗型煤條帶。顏色為黑色。 （三）變質(zhì)階段 各煤層最大反射率 Rmax 在 %左右之間 ,屬第Ⅳ Ⅴ變質(zhì)階段 ， 相當(dāng)于焦煤 — 瘦煤階段。 3 號(hào)煤層原煤干基 灰份 為 %，平均 %,浮煤干基 灰份 為%,平均 %,屬低灰煤。 （ 3） 揮發(fā)份 1 號(hào)煤層浮煤干燥無(wú)灰基 揮發(fā)份 均值為 %。 9+10 號(hào)煤層浮煤干燥無(wú)灰基 揮發(fā)份 均值為 %。 有害元素 （ 1）硫 1 號(hào)煤層原煤干基全硫含量為 %,平均 %,浮煤 硫份 為%，平均 %,屬低硫煤。浮煤 硫份 為%,平均 %，屬中低硫煤。浮煤 硫份 為%,平均 %，屬中低硫煤。 3 號(hào)煤層原煤干基高位發(fā)熱量為平均 。 1 號(hào)、 2 號(hào)、 3號(hào)煤層屬高熱值煤， 9+10 號(hào)煤層屬特高熱值煤 ,6 號(hào)、 11號(hào)煤層屬中熱值煤。 瓦斯、煤塵和煤的自燃 (1) 瓦斯 根據(jù) 2021 年礦井瓦斯等級(jí)鑒定數(shù)據(jù)， 該礦瓦斯絕對(duì)涌出量為 ，相對(duì)涌出量為 。 礦井開(kāi)拓及生產(chǎn)概況 礦井采用斜井開(kāi)拓，現(xiàn)有三個(gè)井筒分別為主斜井、副斜井及回風(fēng)斜井。 礦井開(kāi)拓巷道布置見(jiàn)圖 12。工作瓦斯含量測(cè)定點(diǎn) 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 12 面回采率為 95%。 該礦通風(fēng)方式為 中央并 列機(jī)械抽出式，主、副斜井 和行人井 進(jìn)風(fēng)，回風(fēng) 立 井回風(fēng)。生產(chǎn)礦井煤層瓦斯含量普遍采用間接法或直接法 測(cè)定。 (3)損失量計(jì)算 將不同解吸時(shí)間下測(cè)得數(shù)據(jù)按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積 Voi： 式中 V0i— 算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的解吸瓦斯體積， ml； Vi— 不同時(shí)間解吸瓦斯測(cè)定值， ml； 0 w s i0i 5w2 7 3 . 2 ( P 9 . 8 1 h P ) VV 1 . 0 1 3 1 0 ( 2 7 3 t )? ? ? ? ?? ?? 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 13 Po— 大氣壓力， Pa； hw— 量管內(nèi)水柱高度， mm； Ps— hw下飽和水蒸汽壓力， Pa； tw— 量管內(nèi)水溫，℃。 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤樣殘存瓦斯量、 水份 、 灰份 、 揮發(fā)份 、煤樣重量、及可燃質(zhì)質(zhì)量，最后整理計(jì)算，將所得煤層瓦斯含量測(cè)定結(jié)果如表 21。此次測(cè)定瓦斯含量低于地堪期間數(shù)據(jù)，其主要原因?yàn)楝F(xiàn)開(kāi)拓開(kāi)采水平未達(dá)到地堪鉆孔深度。利用以上方法，我們 在 XX 煤礦東翼主皮帶下山掘進(jìn) 442m、 205 運(yùn)輸巷掘進(jìn)頭 442m、 2051 運(yùn)輸巷掘進(jìn)頭 400m處三個(gè)位置 采集煤樣送 XX研究院 瓦斯實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行瓦斯解吸實(shí) 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 16 驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)吸附氣體甲烷成分 ％，在衡溫 30℃下，測(cè)得吸附常數(shù)結(jié)果列于表 22。 鉆孔自然瓦斯涌出特征 表征鉆孔自然瓦斯涌出特征的參數(shù)有兩個(gè)，它們是鉆孔初始瓦斯涌出強(qiáng)度q0 和鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α，其中鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α是 評(píng)價(jià)煤層瓦斯預(yù)抽難易程度的一個(gè)重要指標(biāo)。 利用以上方法，在 XX 煤礦 東翼主皮帶巷 442m 處和 205 運(yùn)輸巷 442m 處各 打一個(gè) 煤層 順層 鉆孔，測(cè)定鉆孔自然瓦斯涌出量及衰減情況見(jiàn) 表 2圖 226。 徑向流量法測(cè)定煤層透氣性系數(shù)時(shí)的主要步驟如下： (1)煤層原始瓦斯壓力確定 煤層原始瓦斯壓力確定方法有二種，其一為實(shí)測(cè)法，即利用石門揭煤巷道在揭煤前打穿層鉆孔穿透煤層，封孔測(cè)定煤層原始瓦斯壓力；其二為間接法， 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 19 即利用新鮮煤樣，測(cè)定煤層原始瓦斯含量，然后用郎格繆爾方程反推煤層原始瓦斯壓力。已知煤層原始瓦斯含量 X 時(shí)，利用上式即可反算出煤層原始瓦斯壓力 p，計(jì)算結(jié)果如表 24 所示。 )； X— 煤層原始瓦斯含量， m3/t； ?10 K M1 1bp1 a bpX adad ???????? adM 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 20 γ — 煤容重， t/m3； P— 煤層 原始瓦斯壓力， MPa。 d)，可由下式確定： q=Q/2π r1L； Q— 在時(shí)間 t 時(shí)的鉆孔總流量， m3/d； L— 鉆孔見(jiàn)煤長(zhǎng)度，一般等于煤層厚度， m； 試驗(yàn)地點(diǎn) 煤層瓦斯含量 （ m3/t） 容重 （ t/m3） 瓦斯壓力 (MPa) 瓦斯含量系數(shù) m3/(m3 按照 上述方法在 XX 煤礦利用東翼主皮帶巷 、 205 運(yùn)輸巷 煤層瓦斯流量衰減系數(shù)測(cè)定 鉆孔近似考察 2 號(hào)煤層透氣性。 礦井可開(kāi)發(fā)瓦斯量（或稱可抽放量）是指在既定的開(kāi)采技術(shù)條件下，按照目前的抽放技術(shù)水平所能抽出的最大瓦斯量。 所以在計(jì)算礦井瓦斯儲(chǔ)量時(shí)計(jì)算 2號(hào) 煤層 、 1號(hào)、 3 號(hào)、 6號(hào)煤層 及圍巖的瓦斯儲(chǔ)量。 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè) 礦井瓦斯涌出量是礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基礎(chǔ)參數(shù)，本次采用分源預(yù)測(cè)法對(duì)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)，該方法是根據(jù)煤層瓦斯含量， 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 23 按礦井瓦斯主 要涌出源 — 回采（包括開(kāi)采層、圍巖和鄰近層）、掘進(jìn)及采空區(qū)瓦斯涌出量進(jìn)行計(jì)算，從而達(dá)到預(yù)測(cè)各采區(qū)、全礦井瓦斯涌出量之目的。 年產(chǎn) 30 萬(wàn) t 時(shí)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè) （ 1） 工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè) XX 煤礦開(kāi)采的 2 號(hào) 煤層與其鄰近的煤層 相距較近，所 以開(kāi)采 2 號(hào)煤層期間礦井的瓦斯涌出量主要來(lái)自于本煤層和鄰近煤層。 按 （ 31） 式計(jì)算，開(kāi)采 2 號(hào)煤層時(shí)，回采工作面本煤層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果為 。 圖 31 鄰近層的瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線 開(kāi)采 2 號(hào)煤層時(shí)可向該煤層涌出瓦斯的鄰近層有 6號(hào)等 4 個(gè)距離較近的鄰近煤層。 工作面的相對(duì)瓦斯涌出量為： q 回 ＝ q 開(kāi) ＋ q 鄰 =+=礦井正式開(kāi)采時(shí)，工作面平均相對(duì)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)為 。 （ 2） 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè) XX 煤礦設(shè)計(jì)布置 兩個(gè)炮掘工 作面同時(shí)掘進(jìn)。通常暴露 6 個(gè)月后煤壁瓦斯涌出基本穩(wěn)定。 min 代入 （ 33）式計(jì)算得 : qB = (2 (400/)1/21)= 掘進(jìn)工作面落煤瓦斯涌出量 )X(XvSq 1i0L ????? ii ? （ 35） 式中 qLi— 掘進(jìn)巷道落煤瓦斯涌出量， m3/min； v— 巷道平均掘進(jìn)速度， ； S— 掘進(jìn)巷道斷面積 （煤層內(nèi)面積） ， 回風(fēng)順槽 ，運(yùn)輸順槽 ； γ — 煤的密度，γ 1=（取實(shí) 測(cè)數(shù)據(jù)平均值）； X0i— 煤層原始瓦斯含量， m3/t， X0取 ； X1i— 煤層殘存瓦斯含量， m3/t， X1取 。 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出呈不均衡的，其不均衡系數(shù)也在 ～ 之間，取 。 （ 4） 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè) ?? ?? ???? ni iini i AAqk 1 001 /()39。礦井瓦斯涌出也是不均衡的，其不均衡系數(shù)在 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 28 ～ 之間，取 ，這樣礦井最大瓦斯涌出量將達(dá)到 。其值取決于工作面頂板管理方法，取 k1=； k2— 工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，其值為工作面回采率 95%的倒數(shù)， ； k3— 準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)， k3=（ L2h） /L； L— 工作面長(zhǎng)度，取 L=150m； h— 巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，焦煤取 h=15m； m— 煤層的實(shí)際厚度，取 m=； M— 煤層的開(kāi)采厚度， 取 m=； X0i— 煤層原始瓦斯含量，取 ； X1i— 煤的殘存瓦斯含量， 取 。 鄰近層的瓦斯排放率與層間距的關(guān)系見(jiàn)圖 31。 除上述主要煤層外，還有其他一些較薄或距離很遠(yuǎn)的煤層，其涌出量可以忽略不計(jì)。這樣回采工作面最大瓦斯涌出量將達(dá)到 。單位時(shí)間內(nèi)單位面積暴露煤壁泄出的瓦斯量（煤壁瓦斯涌出速度）隨著煤壁暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。 q0i= [ ()2+] = 根據(jù)以上計(jì)算， XX 煤礦共布置兩個(gè)煤巷掘進(jìn)工作面，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)為 。采區(qū)瓦斯涌出也是不均衡的，其不均衡系數(shù)在～ 之間，取 ，這樣采區(qū)最大瓦斯涌出量將達(dá)到 。 當(dāng)?shù)V井日產(chǎn)量為 2730t時(shí)，絕對(duì)涌出量為 。 （ 3） 開(kāi)采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的。 C KQ ??? 0 （ 314） 式中： Q0— 采掘工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量， m3/s； Q— 采掘工作面的瓦斯涌出量， m3/min； K— 瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取 k=； C— 《煤礦安全規(guī)程》允許的采掘工作面瓦斯?jié)舛龋?（ C≤），取 %。 年產(chǎn) 90 萬(wàn) t 時(shí)，回采和掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量分 別在 ，根據(jù)上式計(jì)算需要風(fēng)量約 分別為 4118m3/s 和 516m3/s。