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(更新版)

　　

【正文】 取樣標(biāo)高 （ m） 可燃質(zhì)瓦 斯含量(m3/) 吸附常數(shù) 灰份 （ %） 水份 （ %） 孔 隙率 （ m3/t） 瓦斯壓力 (MPa) A (m3/t) B (MPa1) 東翼主皮帶 +1260 +750 205 運(yùn)輸巷 +1260 +920 2051 運(yùn)輸巷 +1260 +950 根據(jù)間接法推算， XX 煤礦 2號(hào)煤層在東翼主皮帶 下山 442m（標(biāo) 高 +750m） 、205 運(yùn)輸順槽 442m（標(biāo)高 +920m） 和 2051 運(yùn)輸順槽 400m（標(biāo)高 +950m） 處瓦斯壓力分別為 、 和 。 表 23 施工參數(shù) 煤層 打鉆地點(diǎn) 鉆孔深度 （ m） 鉆孔直徑 （ mm） 封孔長(zhǎng)度 （ m） 凈孔長(zhǎng)度 （ m） 初始涌出量（ l/min） 衰減系數(shù) （ d1） 2號(hào) 東翼主皮帶巷 41 42 4 37 2號(hào) 205運(yùn)輸巷 38 42 4 34 ? ?? )e(1q1440dteqdtqQ t0t0 t0t0 tt ?? ????? ?? 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 18 y = 10110 1 2 3 4 5 6 7 8時(shí)間（d ）鉆孔瓦斯涌出量（l/min） 圖 25 東翼主皮帶巷 百米鉆孔自然瓦斯涌出特征圖 y = 10110 2 4 6 8 10 12時(shí)間（d ）鉆孔瓦斯涌出量（l/min） 圖 26 205 運(yùn)輸巷 百米鉆孔自然瓦斯涌出特征圖 煤層瓦斯壓力及透氣性系數(shù) 煤層透氣性系數(shù)是衡量煤層中瓦斯流動(dòng)難易程度的重要指標(biāo)，是評(píng)價(jià)煤層瓦斯能否實(shí)行預(yù)抽的基本參數(shù)。 表 22 煤樣吸附瓦斯試驗(yàn)成果表 測(cè)定地點(diǎn) 吸 附 常 數(shù) 灰 分 (%) 水 分 (%) 揮發(fā)份 (%) 真密度 (t/m3) 假密度 (t/m3) 孔隙率 (%) A (m3/t) B (MPa1) 東翼主皮帶 巷 205 運(yùn)輸巷 2051 運(yùn)輸巷 煤的孔隙率測(cè)定 煤中瓦斯 90%以上是以吸附狀態(tài)賦存在煤層中的孔隙內(nèi)表面上，孔隙內(nèi)表面的大小決定著煤吸附瓦斯能力的大小。 表 21 XX 煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯含量實(shí)測(cè)結(jié)果 測(cè) 定 地 點(diǎn) 水份（ %） 灰份 （ %） 解吸量(m3/t) 損失量 (m3/t) 殘存量 可燃質(zhì)瓦斯含量(m3/t本次采用了 直接法測(cè)定煤層瓦斯含量 ，即利用煤層鉆孔采集未受采動(dòng)影響的原始煤體煤芯，用解吸法直接測(cè)定煤層瓦斯解吸量。礦井 目前布置 一個(gè)炮采工作面和兩個(gè)炮掘工作面， 改擴(kuò)建后布置一個(gè) 綜采工作面 和兩個(gè) 綜掘工作面。主斜井擔(dān)負(fù)礦井煤炭提升任務(wù)，兼做進(jìn)風(fēng)井和安全出口。 煤的粘結(jié)性的結(jié)焦性 1 號(hào)、 2 號(hào)、 3號(hào)、 6 號(hào)煤層粘結(jié)指數(shù)平均值分別為 80、 7 70、 66，屬?gòu)?qiáng)粘結(jié)性煤。 （ 2）磷 各煤層磷含量一般在 － %之間，屬特低磷煤。 2 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。 2 號(hào)煤層浮煤干燥無(wú)灰基 揮發(fā)份 均值為 %。 二、煤的化學(xué)性質(zhì)、工藝性能及煤類 （一）煤的化學(xué)性質(zhì) 工業(yè)分析 （ 1）水 份 各可采煤層原煤空氣干燥基水 份 含量均值介于 %，浮煤 水份 含量均值介于 %。結(jié)構(gòu)以細(xì)條帶到中條帶為主，鏡煤、絲炭、粘土礦物以稀疏的線理狀、透鏡狀不均勻分布于條 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 8 帶中，局部還夾有黃鐵礦結(jié)核。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不含夾石，頂板為泥巖，底板為粉砂巖 ,屬大部可采煤層。山西組含煤性總的特點(diǎn)是煤層厚度小，變化大， 1號(hào)煤層全區(qū)大部可采，3號(hào)煤層局部可采， 2 號(hào)煤層全區(qū)穩(wěn)定可采。 F2斷層位于井田中部，是 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 6 在開(kāi)采煤層過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的，其斷層走向 NE，傾向 SE，傾角 70176。 下二疊統(tǒng)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(qū) 主要含煤地層之一。 K3石灰?guī)r全區(qū)穩(wěn)定，易于對(duì)比， K3至 K4石灰?guī)r間，為灰、灰黑色的砂巖、粉砂巖和泥巖，間夾層位穩(wěn)定但不可采的 7 號(hào)和 7 下 號(hào)煤層，其頂部即為深灰色，中厚層狀，致密堅(jiān)硬的 K4石灰?guī)r。主要由灰白色砂巖、灰－灰 黑色泥巖、鋁質(zhì)泥巖、粉砂巖及穩(wěn)定可采的9＋ 10 號(hào)和 11 號(hào)煤層所組成。底部 K10砂巖為灰白色、黃綠色中粒長(zhǎng)石石英砂巖，含深灰色泥巖、粉砂巖包裹體，底部含礫石，具韻律分選。 1號(hào)、 3號(hào)煤層為較穩(wěn)定大部可采煤層。 上石炭統(tǒng)太原組 (C3t) 為主要含煤地層，本組自 K1砂巖底至 K7 砂巖底，地層厚度平均為 。 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 2 圖 11 XX 煤礦交通 位置圖 南山煤礦 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 3 地質(zhì)特征 地層 一、地層 礦區(qū)內(nèi)地層出露較好，出露有山西組、下石盒子組和上石盒子組下段及中段下部地層。冬春兩季雨雪較少，夏末秋初雨量 較大。由礦 井 地面工業(yè)廣場(chǎng)沿河柏公路向北 鎮(zhèn)，再向東 15km 到李元鄉(xiāng)。 本報(bào)告按照國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局頒發(fā)的《煤礦安全規(guī)程》和原煤炭工業(yè)部頒布的《礦井瓦斯抽 放管理規(guī)范》對(duì)礦井瓦斯抽放可 行性研究的內(nèi)容、要求 編寫(xiě)的，可以作為 XX煤礦通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其 瓦斯治理工作的依據(jù)。 XX煤礦 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 為 30萬(wàn) t/a， 計(jì)劃 未來(lái) 改擴(kuò)建后產(chǎn)能 為 90 萬(wàn) t/a。地 理坐標(biāo)為： 北緯 36176。交通便利，詳見(jiàn)交通位置圖 11。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 )。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。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。上、中部由深灰色粉砂巖夾細(xì)粒砂巖組成。 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。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。下部為灰黑色、黑色薄層狀鐵質(zhì)泥巖。 地質(zhì)構(gòu)造 該礦位于沁水煤田西緣，霍山隆起之東翼。由此推斷，向南開(kāi)采 還將遇到，但密度不會(huì)太大。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。 9＋ 10號(hào)煤層 位于太原組下段的頂部，厚度 ，平均 。顏色為黑色。 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。 9+10 號(hào)煤層浮煤干燥無(wú)灰基 揮發(fā)份 均值為 %。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 。 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)拓巷道布置見(jiàn)圖 12。 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)。 (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，℃。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。 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)。 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。 )； 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。 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。 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。 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。 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。 （ 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)。 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 。 （ 4） 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè) ?? ?? ???? ni iini i AAqk 1 001 /()39。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 。 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)。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。 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 。 當(dāng)?shù)V井日產(chǎn)量為 2730t時(shí)，絕對(duì)涌出量為 。 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?，?（ C≤），取 %。