某煤礦煤層瓦斯基礎參數測定及抽放可行性研究報告(完整版)

　　

【正文】 15″～ 112176。屬侵蝕強烈的中山區。溝谷內一般無水流，每逢雨季雨水順溝谷匯入柏子河，再向東南注入沁河。由于中奧陶統古風化殼剝蝕程度不同，該地層厚度變化較大，依據鉆孔揭露資料，本礦區該組地層厚度為 － ，平均 。 下二疊統山西組 (P1s) K7砂巖底至 K8砂巖底，厚度平均 ，與下伏太原組地層為整合接觸，為 礦區 主要含煤地層之一。 底部 K9砂巖為灰色中粒砂巖，下部由深灰色 ， 灰色中、細粒砂巖及粉砂巖組成，上部泥巖、粉砂巖中常見紫紅色斑塊，頂部有一層 位穩定灰色含紫紅色斑塊的鋁質泥巖，具鮞狀結構，俗稱“桃花泥巖”， 是確定上覆 K10砂巖的良好輔助標志。自 K1砂巖底至 K7砂巖底，地層平均厚度 ，以沉積環境的差異和含煤性，可劃分為三段： 下段 (C3t1) 從 K1砂巖底至 K2石灰巖底，地層厚度平均為 。自 K2向上為灰黑色泥巖及其具波狀層理的粉砂巖、細粒砂 巖，多受黃鐵礦浸染，其上發育有不可采的 8 號煤層。頂部為灰黑色薄層狀鈣質泥巖，含動物化石。井田內發育有二條正斷層 F F2， F1斷層位于井田西北部邊緣，斷層走向 NE，傾向 NW，傾角為 65176。 煤層賦存 一、含煤性 本井田含煤地層主要為上石炭統太原組和下二疊統山西組。屬穩定可采煤層。厚度變化大，結構簡單，不含夾矸，頂板、底板均為粉砂巖，為全區穩定可采煤層。各煤層中，鏡質組一般是以均質鏡質體為主，其次為基質鏡質體，絲質組多為結構 半絲質體，部分為粗粒體、少量為碎屑體，礦物含量多為分散狀粘土，有個別球狀黃鐵礦和黃鐵礦結核以及次生方解石。 11 號煤層原煤干基 灰份 為 %,平均 %,浮煤干基 灰份 為 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 9 %,平均 %，屬高灰煤。 元素分析 各煤層元素含量相當穩定，干燥無灰基碳含量介于 %，氫含量介于 %，氮含量介于 － %，氧加硫含量介于 %。 11 號煤層原煤干基全硫含量為 %，平均 %。 11 號煤層原煤干基高位發熱量平均為 。 (2) 煤塵爆炸性及煤的自燃 根據山西省煤炭工業局綜合測試中心 2021 年檢測報告：該礦 2 號煤層自燃等級為Ⅲ級，為不易自燃煤層；煤塵有爆炸危險性 。工作面長度 均 為 150m，采高 。 2 煤層瓦斯參數測定 煤層瓦斯含量測定 煤層瓦斯含量是指單位質量煤體所含有瓦斯的體積（換算成標準狀態），常用 m3/t 或 ml/g 作為單位。 1— 量管 2— 吸氣球 3— 溫度計 4— 水槽 5— 螺旋夾 6— 彈簧夾 7— 排水管 8— 排氣膠管 9— 16號胸骨穿刺針頭 10— 密封罐 11— 壓緊螺帽 圖 21 瓦斯解吸速度測定儀與密封罐示意圖 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 14 利用上述方法，在 XX 煤礦東翼主皮帶下山掘進 頭 442m 處 、 205 運輸巷 掘進頭 442m m 處 和 2051 運輸巷掘進頭 400m 處三個位置對 2 號煤層進行了 煤層瓦斯含量實測工作，先打鉆取樣，井下解吸 2 小時后送實驗室 。其測定步驟如下： (1)將采集的新鮮煤樣粉碎，取 ～ 粒度的試樣 30～ 40g 裝入密封罐中； (2)在恒溫 60℃高真空（ 102～ 103mmHg）條件下脫氣 2 天左右； (3)在 30℃恒溫和 ～ 壓力條件下，進行不同瓦斯壓力下的吸附平衡， 并測定各種瓦斯平衡壓力下的吸附瓦斯量； (4)根據不同平衡瓦斯壓力下的吸附瓦斯量（一般不少于 6 個點），按郎格繆爾方程 W=abp/(1+bp)回歸計算出煤的瓦斯吸附常數 a和 b值。 具體測定步驟為： (1)在掘進工作面選擇新鮮暴露煤壁，沿煤層打一個孔徑φ 75mm，長 30～40m的鉆孔，用φ 15mm鋼管和聚氨酯或水泥沙漿封孔，封孔長度 2m左右，并記錄成孔和封孔時間； (2)定期測量鉆孔自然瓦斯流量 q，并記錄流量測定時的鉆孔自排瓦斯時間t； (3)根據不同自排時間下的鉆孔自 然瓦斯流量測定數組（ ti， qi），用（ 21）式回歸分析求出 q0和α，即為鉆孔自然排放瓦斯規律。 采用間接法計算瓦斯壓力。 d)； q— 在排放瓦斯時間為 t 時，鉆孔煤壁單位面積瓦斯流量， m3/(m2瓦斯儲量的大小標志著瓦斯資源多少，同時亦是衡量有無開發利用價值的重要指標，可按下式計算： Wk=Wl十 W2十 W3 式中 Wk— 礦井瓦斯儲量， Mm3； Wl— 可采煤層的瓦斯儲量， Mm3； 1in1i 1i1 XAW ???? Ali— 礦井可采 煤層 i 的地質儲量， Mt； X1i— 礦井可采煤層 i 的瓦斯含量， m3／ t； W2— 受采動影響后能夠向開采空間排放瓦斯的各不可采煤層的總瓦斯儲量， Mm3； 2in1i 2i2 XAW ???? A2i— 受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層的地質儲量， Mt； X2i— 受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層的瓦斯含量， m3／ t； 地點 測定地點標高 （ m） 煤層瓦斯壓力 （ MPa） 瓦斯含量系數 (平均 ) m3/ () 煤層透氣性系數 m2/ () 時間準數 F0 東翼主皮帶 +750 150 205運輸巷 +920 165 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 22 W3— 受采動影響后能夠向開采空間排放的圍巖瓦斯儲量， Mm3，實測或按下式計算： W3＝ K(W1十 W2) K— 圍 巖瓦斯儲量系數，取 K＝ 。礦井瓦斯總儲量較大。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，其值為工作面回采率 95%的倒數， 取 ； k3— 準備巷道預排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數， k3=（ L2h） /L； L— 工作面長度，取 L=150m； h— 巷道瓦斯預排等值寬度，焦煤取 h=15m； m— 煤層的實際厚度，取 m=； M— 煤層的開采厚度， 取 m=； X0i— 煤層原始瓦斯含量，取 ； X1i— 煤的殘存瓦斯含量， 取 。 除上述主要煤層外，還有其他一些較薄或距離很遠的煤層，其涌出量可以忽略不計。單位 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 26 時間內單位面積暴露煤壁泄出的瓦斯量（煤壁瓦斯涌出速度）隨著煤壁暴露時間的延長而降低。 根據以上計算， XX 煤礦共布置兩個煤巷掘進工作面，掘進工作面瓦斯涌出量預計 分別為 和 。 當礦井日產量為 910t時，絕對涌出量為 。 Ki值與鄰近層的位置、煤層 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 29 傾角、層間距離等多種因素有關。回采工作面瓦斯涌出呈不均衡的，其不均衡系數在 ～ 之間，取 。 min 按下式計算： 0i2f0i 0 . 1 6 ]X)0 4 (V0 . 0 2 6 [0 . 0 0q ?? （ 310） 式中 Vf— 煤中揮發份含量， %， （取實驗室測定最大值） ； X0i— 煤層原始瓦斯含量， m3/t，取 。 （ 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 ?? ?? ?????? （ 312） 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， 2730t； 按 （ 312） 式計算出一采區瓦斯相對涌出量為 ，采區日產 2730t時絕對涌出量為 。 （ 2） 礦井絕對瓦斯涌出量達到以下條件的： 大于或等于 40m3/min； 年產量 ～ 的礦井，大于 30m3/min； 年產量 ～ 的礦井，大于 25m3/min； 年產量 ～ 的礦井，大于 20m3/min； 年產量小于或等于 的礦井，大于 15m3/min。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。 下面從三個方面來分析 XX 煤礦瓦斯抽放的必要性。 （ 4） 礦井瓦斯涌出量預測 ?? ?? ???? ni iini i AAqk 1 001 /()39。 min 根據（ 39）式計算得 : qB = (2 (800/)1/21)= 掘進工作面落煤瓦斯涌出量 )X(XvSq 1i0L ????? ii ? （ 311） 式中 qLi— 掘進巷道落煤瓦斯涌出量， m3/min； v— 巷道平均掘進速度， ； S— 掘進巷道斷面積， ； γ — 煤的密度，γ 1=（取實測數據平均值）； 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 。 （ 2） 掘進工作面瓦斯涌出量預測 XX 煤礦設計布置 兩個炮掘工 作面同時掘進。 開采 2 號煤層時可向該煤層涌出瓦斯的鄰近層有 6號等 4 個距離較近的鄰近煤層。 年產 90 萬 t 時礦井瓦斯涌出量預測 （ 1） 工作面瓦斯涌出量預測 XX 煤礦開采的 2 號 煤層與其鄰近的煤層 相距較近， 所以開采 2 號煤層期間礦井的瓦斯涌出量主要來自于本煤層和鄰近煤層。 XX 煤礦 2號煤層掘進工作面最大瓦斯涌出量將 分別 達到 。其計算公式為： 1)(2qvDq vL0B ????? i （ 33） 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 225m/mon 計算 )； L— 掘進巷道長度， 炮掘取 400m； 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 820t/d，工作面絕對瓦斯涌出量為。 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 24 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。 礦井瓦斯涌出量預測方法可概括為兩類：礦山統計預測法和分源預測法。它反映著礦井瓦斯資源的開發程度，與其抽放工藝技術和抽放能力密切相關。 ) 東翼主皮帶 205運輸巷 2051運輸巷 時間準數 F0=Bλ 煤層透氣性系數 λ 常 數 A 常 數 B 102～ 1 1～ 10 10～ 102 102～ 103 103～ 105 105～ 107 λ = λ = λ = λ = λ = λ = qr1 A= P02P12 B= α r12 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 21 α — 煤層瓦斯含量系數， m3/(m3 表 24 2號 煤層瓦斯壓力計算結果 測試地點 地表標高 （ m）