某煤礦煤層瓦斯基礎參數測定及抽放可行性研究報告(專業版)

　　

【正文】 C KQ ??? 0 （ 314） 式中： Q0— 采掘工作面設計風量， 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，取 k=； C— 《煤礦安全規程》允許的采掘工作面瓦斯濃度，％ （ C≤），取 %。 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測為 。 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。 （ 4） 礦井瓦斯涌出量預測 ?? ?? ???? ni iini i AAqk 1 001 /()39。 （ 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。 年產 30 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。 按照 上述方法在 XX 煤礦利用東翼主皮帶巷 、 205 運輸巷 煤層瓦斯流量衰減系數測定 鉆孔近似考察 2 號煤層透氣性。 徑向流量法測定煤層透氣性系數時的主要步驟如下： (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，其一為實測法，即利用石門揭煤巷道在揭煤前打穿層鉆孔穿透煤層，封孔測定煤層原始瓦斯壓力；其二為間接法， 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 19 即利用新鮮煤樣，測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。此次測定瓦斯含量低于地堪期間數據，其主要原因為現開拓開采水平未達到地堪鉆孔深度。 該礦通風方式為 中央并 列機械抽出式，主、副斜井 和行人井 進風，回風 立 井回風。 瓦斯、煤塵和煤的自燃 (1) 瓦斯 根據 2021 年礦井瓦斯等級鑒定數據， 該礦瓦斯絕對涌出量為 ，相對涌出量為 。浮煤 硫份 為%,平均 %，屬中低硫煤。 3 號煤層原煤干基 灰份 為 %，平均 %,浮煤干基 灰份 為%,平均 %,屬低灰煤。 9＋ 10號煤層 位于太原組下段的頂部，厚度 ，平均 。由此推斷，向南開采 還將遇到，但密度不會太大。下部為灰黑色、黑色薄層狀鐵質泥巖。 中更新統 (Q2) 由棕紅、黃褐色亞砂土、亞粘土組成夾砂、礫石層。含豐富的動物化石，旋回結構清楚，橫向穩定性好，易于對比。十一月份開始結冰，次年三月份開始解凍，凍土深度最大為 750mm(1976－ 1977年 )，最小為 370mm(1972－ 1973 年 )。地 理坐標為： 北緯 36176。 本報告按照國家煤礦安全監察局頒發的《煤礦安全規程》和原煤炭工業部頒布的《礦井瓦斯抽 放管理規范》對礦井瓦斯抽放可 行性研究的內容、要求 編寫的，可以作為 XX煤礦通風系統設計及其 瓦斯治理工作的依據。冬春兩季雨雪較少，夏末秋初雨量 較大。 上石炭統太原組 (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 。底部 K10砂巖為灰白色、黃綠色中粒長石石英砂巖，含深灰色泥巖、粉砂巖包裹體，底部含礫石，具韻律分選。 K3石灰巖全區穩定，易于對比， K3至 K4石灰巖間，為灰、灰黑色的砂巖、粉砂巖和泥巖，間夾層位穩定但不可采的 7 號和 7 下 號煤層，其頂部即為深灰色，中厚層狀，致密堅硬的 K4石灰巖。 F2斷層位于井田中部，是 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 6 在開采煤層過程中發現的，其斷層走向 NE，傾向 SE，傾角 70176。結構簡單，不含夾石，頂板為泥巖，底板為粉砂巖 ,屬大部可采煤層。 二、煤的化學性質、工藝性能及煤類 （一）煤的化學性質 工業分析 （ 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 %。 2 號煤層原煤干基全硫含量為 %,平均 %,浮煤 硫份 為%,平均 %,屬低硫煤。 煤的粘結性的結焦性 1 號、 2 號、 3號、 6 號煤層粘結指數平均值分別為 80、 7 70、 66，屬強粘結性煤。礦井 目前布置 一個炮采工作面和兩個炮掘工作面， 改擴建后布置一個 綜采工作面 和兩個 綜掘工作面。 表 21 XX 煤礦 2 號煤層瓦斯含量實測結果 測 定 地 點 水份（ %） 灰份 （ %） 解吸量(m3/t) 損失量 (m3/t) 殘存量 可燃質瓦斯含量(m3/t 表 23 施工參數 煤層 打鉆地點 鉆孔深度 （ m） 鉆孔直徑 （ mm） 封孔長度 （ m） 凈孔長度 （ m） 初始涌出量（ l/min） 衰減系數 （ d1） 2號 東翼主皮帶巷 41 42 4 37 2號 205運輸巷 38 42 4 34 ? ?? )e(1q1440dteqdtqQ t0t0 t0t0 tt ?? ????? ?? 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 18 y = 10110 1 2 3 4 5 6 7 8時間（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時間（d ）鉆孔瓦斯涌出量（l/min） 圖 26 205 運輸巷 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 煤層透氣性系數是衡量煤層中瓦斯流動難易程度的重要指標，是評價煤層瓦斯能否實行預抽的基本參數。 ) 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 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。 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。 XX 煤礦 2號煤層掘進工作面最大瓦斯涌出量將 分別 達到 。 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。 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 。 下面從三個方面來分析 XX 煤礦瓦斯抽放的必要性。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。 （ 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 。回采工作面瓦斯涌出呈不均衡的，其不均衡系數在 ～ 之間，取 。 當礦井日產量為 910t時，絕對涌出量為 。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。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 。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＝ 。 采用間接法計算瓦斯壓力。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。 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。 (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 。 11 號煤層原煤干基全硫含量為 %，平均 %。 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。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。 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。頂部為灰黑色薄層狀鈣質泥巖，含動物化石。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