某煤礦煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及抽放可行性研究報告(留存版)

　　

【正文】 段 (C3t1) 從 K1砂巖底至 K2石灰?guī)r底，地層厚度平均為 。 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。溝谷內(nèi)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。 09′15″～ 112176。 XX煤礦為 高瓦斯礦井 ，為了查清礦井瓦斯 賦存情況指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)，并對礦井瓦斯抽放的可行性及必要性進(jìn)行論證，為以后的瓦斯抽放提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。地形最高點位于井田西 XX 梁上，標(biāo)高為 +；最低點位于井田東北部溝谷中，標(biāo)高為 +，相對高差 。 中石炭統(tǒng)本溪組 (C2ｂ ) 巖性為灰色、灰黑色鋁土巖、泥巖、石英砂巖及石灰?guī)r組成，間夾不穩(wěn)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(wěn)定。 上段 (P1x2) K9砂巖底至 K10砂巖底，地層厚度 。含有豐富的有孔蟲、蜓科、腕足類化石和燧石結(jié)核，中、下部常夾有一層灰黑色泥巖。礦區(qū)總體構(gòu)造為一走向北東 — 西南，傾向 SE 的單斜構(gòu)造，地層傾角小于 15176。 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(jié)構(gòu)簡單，不含夾石，頂板巖性為粉砂巖，底板為泥巖。 （二）顯微煤巖特征 鏡質(zhì)組含量一般在 %左右，半鏡質(zhì)組含量一般在 %左右，絲質(zhì)組含量一般在 － %之間，礦物含量一般在 1015%左右。 均屬 低揮發(fā) 份 煤。 9+10 號煤層原煤干基高位發(fā)熱量 平均為 。s東翼皮帶巷東翼運料巷東翼回風(fēng)巷205運輸開拓205回風(fēng)開拓205上山回風(fēng)205上山運輸011回采工作面采空區(qū)采空區(qū)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(chǎn)煤炭 30 萬 t， 采用炮采采煤法， 礦井 改 擴(kuò) 建為年產(chǎn) 90 萬 t礦井 后，采用一次采全高綜采采煤法 。 (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(jù)煤樣損失瓦斯量、解吸瓦斯量及殘存瓦斯量和煤中可燃質(zhì)重量，即可求出煤樣的瓦斯含量： X=(V0+V1+V2)/G0 式中： Vo— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤樣瓦斯解吸量， ml； V1— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤樣損失瓦斯量， ml； V2— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤樣殘存瓦斯量， ml； G0— 煤樣可燃質(zhì)重量， ； X— 煤樣可燃基瓦斯含量， ml/。 對（ 21）式積分，可以得到任意時間 t 內(nèi)鉆孔自然瓦斯涌出總量 Qt； 即： Qt=QJ(1eα t) 式中： Qt— 時間 t 內(nèi)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。 表 25 煤層瓦斯含量系數(shù)計算 (3)煤層透氣性系數(shù)計算 徑向流量法計算煤層透氣性系數(shù)的公式如下 表 26 徑向流量法計算煤層透氣性系數(shù)公式表 表中： F0— 時間準(zhǔn)數(shù)，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(shù)， m2/(MPa2 表 31 礦井 2 號 煤層瓦斯儲量計算表 煤層 煤層性質(zhì) 煤炭儲量 (kt) 可采儲量 (kt) 瓦斯含量 (m3/t) 瓦斯儲量 (Mm3) 可開發(fā)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(fā)瓦斯量為 。 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)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。 再根據(jù)（ 32）式計算得： qL 回 =qB+qLi =＋ =； 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及瓦斯抽放可行性論證 27 qL 運 =qB+qLi =＋ =。 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。其計算公式為： 1)(2qvDq vL0B ????? i （ 39） 式中 qB— 掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量， m3/min； D— 巷道斷面內(nèi)暴露煤面周長， ； v— 巷道平均掘進(jìn)速度， (按 300m/mon 計算 )； L— 掘進(jìn)巷道長度， 綜 掘取 800m； q0i— 煤壁瓦斯涌出初速度， m3/m2 瓦斯抽放的必要性 根據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局 2021 年頒布的《煤礦安全規(guī)程》第一百四十五條規(guī)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(tǒng)或井下臨時抽放系統(tǒng)： (1） 一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于 5m3/min，或一個掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量大于 3m3/min，采用通風(fēng)方法解決不合理的。所以從通風(fēng)能力來看回采工作面必須進(jìn)行瓦斯抽放，礦井必須建立瓦斯抽放系統(tǒng)。39。 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量包括掘進(jìn)時煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出： qj=qB+qL （ 38） 式中 qj— 掘進(jìn)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(chǔ)參數(shù)測定及瓦斯抽放可行性論證 30 qL— 落煤瓦斯涌出量， m3/min。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。 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(fā)份含量， %， 取 （取實驗室測定最大值） ； X0i— 煤層原始瓦斯含量， 。 Ki值與鄰近層的位置、煤層傾角、層間距離等多種因素有關(guān)。一般采用下式計算： Wkc=η k (2)瓦斯含量系數(shù)測定 根據(jù)現(xiàn)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(shù)： α =X作為孔隙發(fā)育程度的衡量指標(biāo)，孔隙率測定是在實 驗室進(jìn)行的，它通過對現(xiàn)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。該方法測定煤層瓦斯含量的原理是：根據(jù)煤樣瓦斯解吸量、解吸規(guī)律推算煤樣從采集開始至裝罐解吸測定前的損失瓦斯量，再利用解吸測定后煤樣中殘存瓦斯量計算煤層瓦斯含量。副斜井擔(dān)負(fù)礦井人員升降、矸石提升、 材料設(shè)備下放等所有輔助提升任務(wù)，是礦井的主要進(jìn)風(fēng)井筒，兼做安全出口。 （ 3）氟、砷、氯 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及瓦斯抽放可行性論證 10 各煤層氟含量一般在 70PPM，砷含量一般在 12PPM，氯含量在 %左右。 3 號煤層浮煤干燥無灰基 揮發(fā)份 為均值 %。構(gòu)造為層狀、塊狀。 太原組平均厚度 ，含煤 8層，總厚度為 ，含煤系數(shù) %。 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號煤層為穩(wěn)定可采煤層。 底部 K1 砂巖，平均厚度 ，為灰白色薄層狀細(xì)－中粒石英砂巖，巖性特征明顯，致密堅硬，是一層良好的地層劃分對比標(biāo)志。 下二疊統(tǒng)下石盒子組 (P1x) 本組自 K8砂巖底至 K10砂巖底，與下伏地層呈整合接觸，地層厚度 。第四系中更新統(tǒng)黃土零星分布。 XX煤礦向西約 1公里可至靈空山鎮(zhèn)，沿縣級公路向北東約 25 公里可達(dá) XX 縣城，與汾－屯省級公路相接，南距屯留張店 35 公里，東距沁縣 50 公里。 山西省 XX 縣 XX 煤焦有限公司 XX 煤礦 2號煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及抽放可行性 研 究 報 告 煤炭科學(xué)研究總院 XX 研究院 二 OO 九年 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及瓦斯抽放可行性論證 2 前 言 山西省 XX 縣 XX 煤焦有限公司 XX 煤礦（以下簡稱 XX 煤礦）為股份制企業(yè)， 1977年建井， 1980 年 8 月建成投產(chǎn)。向西南經(jīng)古縣北平鎮(zhèn)、古縣可達(dá)南同蒲線洪洞火車站，也可與大－運公路接運，相距約 75 公里。現(xiàn)依據(jù)礦區(qū)內(nèi)南 南 南 1901 及附近的 21 號鉆孔揭露資料，對礦區(qū)內(nèi)的地層由老到新分述如下： 奧陶系中統(tǒng)峰峰組 (O2f) 本組為含煤地層的沉積基底。 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及瓦斯抽放可行性論證 4 依巖性、巖相特征劃分為上、下兩段，分述如下： 下段 (P1x1) K8砂巖底至 K9砂巖底，地層厚度 。 中段 (C3t2) 從 K2石灰?guī)r底至 K4石灰?guī)r頂。 1號、 3號煤層為較穩(wěn)定大部可采煤層。總的特點是煤層層數(shù)多，達(dá) 可采厚度者層數(shù)較少，但可采煤層厚度較大。光澤為強玻璃光澤。 6 號煤層浮煤干燥無灰基 揮發(fā)份 為均值 %。 （二）煤的工藝性能 發(fā)熱量 1 號煤層原煤干基高位發(fā)熱量平均為 , 2 號煤層原煤干基高位發(fā)熱量為平均 。回風(fēng)斜井擔(dān)負(fù)礦井回風(fēng)任務(wù)。其測定步驟如下： (1)在新暴露的采掘工作面煤壁上，用煤電鉆垂直煤壁打兩個Ф 42mm、孔深8m 以上的鉆孔，當(dāng)鉆孔鉆至 8m時開始取樣，并記錄采樣開始時間 t1； (2)將采集的新鮮煤樣裝罐并記錄煤樣裝罐后開始解吸測定的時間 t2，用FHJ2 型瓦斯解吸速度測定儀（圖 21）測定不同時間 t下的煤樣累積瓦斯解吸總量 Vi ，瓦斯解吸速度測定一般為 2個小時，解吸測定停止后擰緊煤樣罐以保證不漏氣，送實驗室測定煤樣殘存瓦斯量。 XX 煤礦 2號 煤層煤的孔隙率見表 22。γ / 式中 α — 瓦斯含量系數(shù)， m3/(m3W k 式中 Wkc— 礦井可抽瓦斯量， Mm3； η k— 礦井瓦斯抽放率，按照我國目前的技術(shù)水平，采用本煤層預(yù)抽和采空區(qū)抽放瓦斯時η k=30～ 35%，取η k=30%； Wk— 礦井瓦斯儲量 Mm3； 礦井開采 2 號煤層時，礦井瓦斯儲量包括 2 號煤層及 受采動影響 后 能向 2號煤層涌出瓦斯的 鄰近層煤層 ， 為 1號、 3號 、 6 號 。 鄰近層的瓦斯排放率與層間距的關(guān)系見圖 31。 根據(jù)式（ 34）計算： q01= [ +] = 開采層瓦斯涌出量（包括圍巖）按下式計算： )X(Xkkkq 1i0321hi ??????