某煤礦煤層瓦斯基礎參數測定及抽放可行性研究報告-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 斯量，再利用解吸測定后煤樣中殘存瓦斯量計算煤層瓦斯含量。 r) 原煤瓦斯含量 (m3/t) (m3/t作為孔隙發育程度的衡量指標，孔隙率測定是在實 驗室進行的，它通過對現場采集的煤樣測定煤的真假密度來計算，計算公式如下： Φ =（ d 真 d 假 ） / d 真 式中 ： Φ — 煤孔隙率， m3/m3； d 真 — 煤真密度， t/m3； d 假 — 煤假密度（又稱視密度）， t/m3。目前，國內通常采用徑向流量法來確定煤層透氣性系數。 (2)瓦斯含量系數測定 根據現場實測的煤層瓦斯含量和間接法反算出的煤層瓦斯壓力，用下式確定瓦斯含量系數： α =X )。一般采用下式計算： Wkc=η k本次采用分源預測法，該方法的實質是根據煤層瓦斯含量，按礦井瓦斯主要涌出源 回采（包括開采層、圍巖和鄰近層）、掘進及采空區瓦斯涌出規律對礦井各回采工作面、掘進工作面的瓦斯涌出量進行計算，從而達到預測各采區乃至全礦井瓦斯涌出量之目的。 Ki值與鄰近層的位置、煤層傾角、層間距離等多種因素有關?；夭晒ぷ髅嫱咚褂砍龀什痪獾模洳痪庀禂翟?～ 之間，取 。 min 按下式計算： 0i2f0i 0 . 1 6 ]X)0 4 (V0 . 0 2 6 [0 . 0 0q ?? （ 34） 式中 Vf— 煤中揮發份含量， %， 取 （取實驗室測定最大值） ； X0i— 煤層原始瓦斯含量， 。 （ 3） 采區瓦斯涌出量預測 生產采區瓦斯涌出量系采區內所有回采工作面、掘進工作面及采空區瓦斯涌出量之和，其計算公式為： 011 /1440()1q AqAqkni ijini ic ）（采區 ?? ?? ?????? （ 36） 式中 q 采區 — 生產采區瓦斯涌出量， m3/t； k— 生產采區內采空區瓦斯涌出系數，取 k= qci— 第 i 個回采工作面瓦斯涌出量， m3/t； Ai— 第 I個回采工作面平均日產量； t； qji— 第 i 個掘進工作面瓦斯涌出量， m3/min； A0— 生產采區平均日產量， 910t； 按 （ 36） 式計算出一采區瓦斯相對涌出量為 ，采區日產 910t 時絕對涌出量為 。即回采工作面的瓦斯涌出量包括開采層瓦斯涌出量（包括圍巖）和鄰近煤層瓦斯涌出。各鄰近煤層瓦斯涌出量計算詳見表 33。 掘進工作面瓦斯涌出量包括掘進時煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出： qj=qB+qL （ 38） 式中 qj— 掘進工作面瓦斯涌出量， m3/min； qB— 煤壁瓦斯涌出量， m3/min； 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎參數測定及瓦斯抽放可行性論證 30 qL— 落煤瓦斯涌出量， m3/min。 根據 （ 311） 式計算得： qLi 綜 = ()=。39。 從礦井瓦斯涌出量預測來看瓦斯抽放的必要性 根據礦井瓦斯涌出量預測，礦井開采 2 號煤層，年產量 30 萬 t 和 90萬 t時，工作面絕對瓦斯涌出量均大于 5m3/min， 達到了《規程》規定抽放的條件。所以從通風能力來看回采工作面必須進行瓦斯抽放，礦井必須建立瓦斯抽放系統。 回采和掘進工作面配 風分別為 840m3/s 和 600m3/s。 瓦斯抽放的必要性 根據國家煤礦安全監察局 2021 年頒布的《煤礦安全規程》第一百四十五條規定，凡有下 列情況之一的礦井，必須建立地面永久瓦斯抽放系統或井下臨時抽放系統： (1） 一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于 5m3/min，或一個掘進工作面絕對瓦斯涌出量大于 3m3/min，采用通風方法解決不合理的。 XX 煤礦 2 號煤層 兩個 掘進工作面最大瓦斯涌出量將達到 。其計算公式為： 1)(2qvDq vL0B ????? i （ 39） 式中 qB— 掘進巷道煤壁瓦斯涌出量， m3/min； D— 巷道斷面內暴露煤面周長， ； v— 巷道平均掘進速度， (按 300m/mon 計算 )； L— 掘進巷道長度， 綜 掘取 800m； q0i— 煤壁瓦斯涌出初速度， m3/m2 礦井 回采工作面設計開采強度約為 2240t/d，工作面絕對瓦斯涌出量為。 回采工作面鄰 近層瓦斯涌出量按 下式計算： i i ic1 0q (X X )n icii m Km?? ? ? ? q22— 回采工作面鄰近層瓦斯涌出量， m3/t； mi— 第 i個鄰近層的煤厚； m0— 開采煤層的開采厚度， m0=； Xi— 第 i個鄰近層的瓦斯含量 ，參照 2號煤層； Xic— 鄰近層的殘存瓦斯含量，參照 2 號煤層取值； Ki— 第 i個鄰近層受采動影響的瓦斯排放率。1q ）（ 區礦井 （ 37） 式中 q 礦井 — 礦井瓦斯涌出量， m3/t； k\\— 已采采空區瓦斯涌出系數，取 k\\= q 區 i— 第 i 個采區瓦斯涌出量， m3/t； A0i— 第 i 個 生產采區平均日產量， t； 根據 （ 37） 式計算礦井相對瓦斯涌出量為 。 再根據（ 32）式計算得： qL 回 =qB+qLi =＋ =； 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎參數測定及瓦斯抽放可行性論證 27 qL 運 =qB+qLi =＋ =。 掘進工作面煤壁瓦斯涌出量 在巷道掘進過程中，巷 道周圍煤層中的瓦斯壓力平衡狀態遭到破壞，煤體內部到煤壁間存在著壓力梯度，瓦斯就會沿煤體裂隙及孔隙向巷道泄出。 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎參數測定及瓦斯抽放可行性論證 25 表 32 2 號煤層各鄰近層瓦斯涌出量計算表 煤 層 名 稱 煤 厚 采 厚 原始瓦斯 含 量 殘存瓦斯 含 量 距 2號 煤層 距離 瓦斯排放率 相對瓦斯 涌出量 備 注 m m m3/t m3/t m % m3/t 1 90 上鄰近層 2 開采層 3 70 下鄰近層 5 15 6 5 合計 注：未測定過含量的煤層按 2號煤層的瓦斯含量實測最大值取值。 開采層瓦斯涌出量按下式計算： )X(Xkkkq 1i0321hi ?????? iMm （ 31） 式 中 qhi— 開采層瓦斯涌出量， m3/t； k1— 圍巖瓦斯涌出系數。 表 31 礦井 2 號 煤層瓦斯儲量計算表 煤層 煤層性質 煤炭儲量 (kt) 可采儲量 (kt) 瓦斯含量 (m3/t) 瓦斯儲量 (Mm3) 可開發量 (Mm3) 1號 上鄰近 層 4326 2504 2號 開采層 10815 6259 3號 下鄰近層 3056 1753 6號 下鄰近層 5031 2854 圍巖 按可采煤層瓦斯儲量的 10%計算 合計 由表 31可知 XX煤礦瓦斯總儲量為 ，可開發瓦斯量為 。 表 27 煤層透氣性系數計算結果 3 2 號 煤層瓦斯抽放可行性論證 礦井瓦斯資源評價 礦井瓦斯儲量應為礦井可采煤層的瓦斯儲量、受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層及圍巖瓦斯儲量之和。 表 25 煤層瓦斯含量系數計算 (3)煤層透氣性系數計算 徑向流量法計算煤層透氣性系數的公式如下 表 26 徑向流量法計算煤層透氣性系數公式表 表中： F0— 時間準數，無因次； P0— 煤 層原始的絕對瓦斯壓力（表壓力加 ）， MPa； P1— 鉆孔中的瓦斯壓力，一般為 ； r1— 鉆孔半徑， m； λ — 煤層透氣性系數， m2/(MPa2間接法計算煤層原始瓦斯壓力的方法和公式如 下： 式中 X— 煤層原始瓦斯含量， m3/t； a、 b— 煤的瓦斯吸附常數， m3/t； p— 煤層瓦斯壓力， MPa； Aad— 煤的 灰份 ， %； Mad— 煤的 水份 ， %； k— 煤的孔隙體積， m3/m3； γ — 煤的視密度， t/m3。 對（ 21）式積分，可以得到任意時間 t 內鉆孔自然瓦斯涌出總量 Qt； 即： Qt=QJ(1eα t) 式中： Qt— 時間 t 內鉆孔自然瓦斯涌出總量， m3； QJ— 鉆孔極限瓦斯涌出量， QJ= 1440 q0/α， m3 其余符號意義同前。目前，煤的瓦斯吸附常數測定只能在實驗室完成。 (4)將解吸測定后的煤樣連同煤樣罐送實驗室測定其殘存瓦斯量、 水份 、 灰份 等； (5)根據煤樣損失瓦斯量、解吸瓦斯量及殘存瓦斯量和煤中可燃質重量，即可求出煤樣的瓦斯含量： X=(V0+V1+V2)/G0 式中： Vo— 標準狀態下煤樣瓦斯解吸量， ml； V1— 標準狀態下煤樣損失瓦斯量， ml； V2— 標準狀態下煤樣殘存瓦斯量， ml； G0— 煤樣可燃質重量， ； X— 煤樣可燃基瓦斯含量， ml/。礦井總進風量 61m3/s，回采工作面風 量 20m3/s，普掘工作面 2 9m3/s，硐室 9m3/s，接替工作面 10m3/s，其它 4m3/s。s東翼皮帶巷東翼運料巷東翼回風巷205運輸開拓205回風開拓205上山回風205上山運輸011回采工作面采空區采空區主斜井副斜井行人斜井瓦斯含量及流量測定地點瓦斯含量及流量測定地點圖 12 XX 煤礦巷道目前布置示意圖 礦井目前 年產煤炭 30 萬 t， 采用炮采采煤法， 礦井 改 擴 建為年產 90 萬 t礦井 后，采用一次采全高綜采采煤法 。煤層 絕 大部分在沼氣帶中，少量在氮氣 沼氣帶。 9+10 號煤層原煤干基高位發熱量 平均為 。浮煤 硫份 為%,平均 %，屬高硫煤。 均屬 低揮發 份 煤。 9+10 號煤層原煤干基 灰份 為 %,平均 %,浮煤干基 灰份 為%,平均 %，屬特低灰煤。 （二）顯微煤巖特征 鏡質組含量一般在 %左右，半鏡質組含量一般在 %左右，絲質組含量一般在 － %之間，礦物含量一般在 1015%左右。 11號煤層 位于太原組下段的下部，厚度 ，平均 。 2號煤層 位于山西組中下部，間距 1 號煤層大約 34m，厚度 ，平均 ，結構簡單，不含夾石，頂板巖性為粉砂巖，底板為泥巖。 綜上所述該區構造屬簡單類。礦區總體構造為一走向北東 — 西南，傾向 SE 的單斜構造，地層傾角小于 15176。上部為黑色厚層狀泥巖。含有豐富的有孔蟲、蜓科、腕足類化石和燧石結核，中、下部常夾有一層灰黑色泥巖。 二、含煤地層 上石炭統太原組 (C3t)和下二疊統山西組 (P1s)為 礦 區主要含煤地層，詳述如下： 上石炭統太原組 (C3t) 礦 區的主要含煤地層之一。 上段 (P1x2) K9砂巖底至 K10砂巖底，地層厚度 。 旋回的海退部分多為碎屑巖或泥巖，海侵部分常為海相石灰巖或鈣質泥巖。 中石炭統本溪組 (C2ｂ ) 巖性為灰色、灰黑色鋁土巖、泥巖、石英砂巖及石灰巖組成，間夾不穩定的不可采煤層 2－ 3層，屬濱海相沉積地層，底部沉積有山西式鐵礦，其厚度和品位很不穩定。 礦 區地表水屬黃河水系。地形最高點位于井田西 XX 梁上，標高為 +；最低點位于井田東北部溝谷中，標高為 +，相對高差 。 32′ 00″， 東經 112176。 XX煤礦為 高瓦斯礦井 ，為了查清礦井瓦斯 賦存情況指導礦井安全生產，并對礦井瓦斯抽放的可行性及必要性進行論證，為以后的瓦斯抽放提供基礎數據。 XX 煤礦委托煤 炭 科 學研究 總院 XX 研究院 （以下簡稱 XX研究院） 于 2021 年 12月至 2021 年 1月在 XX煤礦開展了 “ XX 煤礦 2號煤層瓦斯基礎參數測定 及 瓦斯抽放可行性 研究 ” 工作。 09′