夹河煤矿抽采瓦斯设计说明书 - 图文

煤炭科学研究总院抚顺分院 徐州矿务（集团）公司夹河煤矿瓦斯抽放工程设计说明书

前 言

一、概况

徐州矿务集团公司夹河煤矿(以下简称夹河煤矿) 位于江苏省徐州市西北九里区境内。夹河煤矿于1965年2月开建，1969年10月投产，设计生产能力45万t/a。1979年2月开始改扩建，设计生产能力120万t/a，1994年9月改扩建完成。2006年核定生产能力140万t/a。

随着矿井开采深度的增加，自2005年以来，采掘活动全部进入-800m水平以下，采掘工作面的瓦斯随着开采深度的增加而呈明显增加趋势。掘进工作面瓦斯涌出量平均达到2～3 m3/min，回采工作面绝对瓦斯涌出量平均达到13～15m3/min。2005年夹河煤矿被鉴定为高瓦斯矿井。夹河煤矿2007年瓦斯鉴定结果为：矿井瓦斯相对涌出量15.39 m3/t，绝对量为37.57 m3/min，为高瓦斯矿井。

二、任务来源

由于夹河煤矿要对低浓度瓦斯利用，受徐州矿务（集团）公司委托，煤炭科学研究总院抚顺分院承担了《徐州矿务集团公司夹河煤矿抽采瓦斯工程设计》任务。抚顺分院的设计人员研究和分析了夹河煤矿各煤层的赋存、开拓开采及瓦斯涌出情况后认为：夹河煤矿具备建立地面永久性瓦斯抽采系统的条件，同意承担该项任务，并签定了合同书。

三、设计的主要依据

1、《煤矿安全规程》2006版；

2、《矿井抽放瓦斯工程设计规范》（MT5018-96）； 3、《矿井瓦斯抽放管理规范》（1997版）； 4、《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006）； 5、《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）；

6、《徐州矿务集团公司夹河煤矿煤层瓦斯基础参数测定及突出危险性评价研究报告》；（煤炭科学研究总院抚顺分院2006年11月20日）； 7、《夹河煤矿低浓度瓦斯利用可行性分析报告》； （徐州矿务集团公司夹河煤矿2008年） 8、夹河煤矿提供的其它地质资料和实测资料。

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四、设计的指导思想

1、在符合规范要求，满足使用的前提下，尽可能降低成本，节省工程投资； 2、尽量利用原有的巷道、已有的土地，不占用良田，不增加开拓费用； 3、设备、管材选型留有余地，能满足矿井改扩建后的需求； 4、采用的工艺技术具有先进性，且符合现场实际。 五、设计的主要内容

通过对夹河煤矿生产及通风瓦斯资料的收集、现场调研、实地考察以及分析、论证和技术方案比较，提出了夹河煤矿抽放瓦斯工程设计。

本次瓦斯抽放工程初步设计主要包括《设计说明书》、《机电设备与器材清册》、《概算书》和图纸四部分。

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1 矿井概况 1.1交通位置

夹河煤矿位于徐州市西北九里区境内，距徐州市约11km，以夹河矿主井为中心，地理座标为东经117°5’13‖，北纬34°18’47‖，地面标高37~42.92m。西陇海铁路干线从井田西南通过，矿铁路专用线在夹河寨与西陇海干线接轨，矿专用公路与徐沛公路干线连接，交通十分便。详见图1-1。

夹河煤矿 图1-1 矿井交通示意图

1.2 自然地理

1.2.1 地形、地貌、河流及气象情况

本区地势较为平坦，西南略低，地形坡度为千分之一点五，地表迳流条件较好，大气降水以蒸发及地表迳流的形式排泄，余下部分滞缓地渗入地下。

本区河流不发育，天然水系只有故黄河，由北西向南东横穿井田之中，与煤层及含水层露头的夹角为55～57°，因第四系中部有粘土及粘土类沉积物30～40m起到隔水作用，故大气降水及地表水系对矿井充水无直接影响。

据徐州气象台的汇编资料，本区属南温带的鲁淮区，具有长江流域和黄河流域的过渡性特点，气候温和，日照充足，年降雨量充沛，夏季多雨，冬季干寒，常有寒潮霜冻，冰雹和旱风等气候现象，年平均气温14.4℃，最大风速达23.4m/s，霜降期一般在十一月至次年三月，最大积雪深度为247mm。

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1.2.2电源

夹河现有地面35/6kV变电所一座，其35kV双回路电源架空输电线路由柳新110kV区域变电所馈出，一回路为LGJ-95+120，长7.65km（其中LGJ-95，长6.65km；LGJ-120，长1km）；另一回路LGJ-185，长10.2km，该变电所有两台变压器，型号为SFL1-16000/35，35/6kV，16000kVA。 1.3 地质特征与煤层赋存 1.3.1地层

石炭二迭系地层是其含煤地层，在该区内均被第四系冲积层覆盖。本区钻探揭露的地层主要有：上石炭统太原组，下二迭统山西组和下石盒子组，上二迭统上石盒子组和第四系。现按地层沉积顺序分述如下：

1、上石炭统太原组（C3）

整合于本溪组地层之上。全组厚约159m。本组为浅海相与滨海过渡相交替沉积形成的地层，岩性组合特征明显，岩相旋回结构清晰，一般含薄～厚层灰岩十三层，含煤10层，其中20、21煤为本区浅部可采煤层。全组地层大体可分六个旋回段，现将其岩性自下而上分述如下：

1）第一旋回：铝土质泥岩，灰色砂质泥岩，偶见薄煤层煤，灰色砂岩，22煤，十三灰（局部缺失）灰色砂质泥岩，深灰色泥岩，21煤，十二灰，灰黑色泥岩，十一灰，厚32m。其中十二灰为～深灰色，含燧石结核，中、下部富含蜓科化石，为本组主要标志层之一。十一灰为浅灰色薄层泥质灰岩，有时十一、十二灰合并为一层。

2）第二旋回：深灰色砂质泥岩，灰色砂岩，20煤，十灰。厚22m。十灰为灰～深灰色中厚层灰岩，含蜓科化石。

3）第三旋回：灰黑色砂质泥岩，浅灰色砂岩，砂岩、泥岩、17煤、深灰色泥岩，15煤，九灰，灰黑色泥岩，14煤，八灰。厚31m。

4）第四旋回：深灰色泥岩，13煤，七灰，灰黑色砂质泥岩，12煤，灰色泥岩，11煤，六灰。厚16m.

5）第五旋回：深灰色砂质泥岩，灰色砂岩，泥岩，五灰，灰色泥岩，四灰。厚28m.四灰为灰色厚层灰岩，常含燧石结核，少含动物化石，为本组主要标志层之一。

6）第六旋回：深灰色砂质泥岩，三灰，灰黑色砂质泥岩，灰色砂岩，二灰，灰黑色

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泥岩，一灰。厚30m一、二灰间距小，常合并为一层，为浅灰色泥质灰岩，含大量海百合茎及珊瑚化石碎片，少含腕足类化石，其特征明显，为本组与山西组分界之标志层。

2、下二迭统山西组(p11)

为本区主要含煤地层之一，整合于太原组地层之上，全组厚105.17～122.82m平均112.9m.

本组为滨海三角洲冲积平原沉积地层，沉积旋回明显，大体可分为三个旋回段，含煤2～6层，现将岩性自下而上分述如下：

1）第一旋回：灰黑色海相泥岩，深灰色砂质泥岩，10煤，灰色砂岩，砂质泥岩，深灰色泥岩，9煤，厚35m。海相泥岩致密，性脆，含少量动物化石及黄铁矿，偶含钙质透镜体。

2）第二旋回：灰～灰白色细中粒砂岩，灰色砂质泥岩，深灰色砂质泥岩，7煤。厚30m，其中7煤沉积稳定。

3）第三旋回：深灰色泥岩，灰色砂岩，深灰色泥岩，偶夹薄煤层，灰色质泥岩，灰～灰白色～中粒砂岩，绿灰色泥岩或杂色泥岩，厚54m。

3、下二迭统下石盒子组（p12）

为本区主要含煤地层，整合于山西组地层之上，全组厚174.3～220.5m，平均197.2m。 本组为近海冲积平原沉积地层，岩性大致可分为上、下两段，下段发育了本区主要煤组，含煤2～11层，可分为下、中、上三个煤组，其中发育在中煤组的1煤、2煤为本组主要可采煤层。现将岩性自下而上分述如下：

1）下段

灰绿～浅灰色中～粗粒砂岩，含细砾，分选差（俗称分界砂岩）为本组与下伏山西组分界标志层，厚10m。

浅灰色含铝质泥岩，杂色泥岩。铝质泥岩沉积较稳定，厚11m.

浅灰～灰白色细粒砂岩，深灰色砂质泥岩，含0～2层薄煤（为本组下分煤组），厚15m。

浅灰色细粒砂岩，灰～深灰色砂质泥岩，中夹2～6层薄～中厚层煤（为本组中分煤组），厚23m。

浅灰色细粒砂岩，深灰色砂质泥岩，浅灰色砂岩，灰～深灰色砂质泥岩，含 0～3层

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2 矿井瓦斯

2.1 煤层瓦斯基础参数

煤层瓦斯赋存基础参数是矿井瓦斯防治和瓦斯抽放设计的依据，煤层瓦斯赋存基础参数主要包括：煤层原始瓦斯含量、煤的瓦斯吸附常数、孔隙率、煤层透气性系数和钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数。

本次设计所依据的煤层瓦斯基础参数数据取自《徐州矿务集团公司夹河煤矿煤层瓦斯基础参数测定及突出危险性评价研究报告》（抚顺分院2006-11-20），详见表2-1、表2-2。

表2-1 煤样吸附瓦斯试验与工业分析结果 测定煤层 2 7 9 吸附常数 a(ml/g.r) b(M-1) 灰分Aad (%) 17.11 8.78 7.14 水份Mad ( %) 1.62 2.23 1.96

挥发份ｖr (%) 27.72 32.79 33.31 真密度(t/m3) 1.7 1.42 1.37 视密度(t/m3) 1.58 1.39 1.29 孔隙率(%) 7.06 6.34 5.84 26.6 31.996 30.1 0.680 0.312 0.31 表2-2 煤层瓦斯含量及煤层透气性系数实测结果表

序 号 1 2 3 测定 煤层 2 7 9 标高 (m) -850～-968 -950～-1085 -1010 瓦斯压力 MPa 0.78～1.0 1.33 1.3 瓦斯含量 3/t) 6.616 5.178 5.31 煤层透气性系数 （m2/Mpa2.d） 0.178 0.236 0.218 2.2 矿井瓦斯储量

矿井瓦斯储量是指在煤田开发过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤岩层所赋存的瓦斯总量。瓦斯储量计算公式如下：

Wk=W1+W2+W3

式中 Wk－矿井瓦斯储量，万m3；

n

W1－可采层的瓦斯储量总和，万m3；

W1??A1ix1i

i?1 - 11 -

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A1i－矿井每一个可采煤层的煤炭储量，万t； n－矿井可采煤层数；

X1i－矿井每一个可采煤层的瓦斯含量，m3/t；

W2－可采煤层采动影响范围内的不可采邻近煤层的瓦斯储量总和，万m3；

W2??A2ix2i

i?1mA2i－可采煤层采动影响范围内的每一个不可采邻近煤层的煤炭储量，万t； X2i－可采层采动影响范围内的每一个不可采邻近煤层的瓦斯含量，m3/t； m—可采层采动影响范围内的不可采煤层数； W3－围岩瓦斯储量，万m3。

计算矿井瓦斯储量时，按以下原则考虑：

(1)邻近层的瓦斯含量视为与其邻近的开采层相同，各煤层的瓦斯含量均取其间接法测定结果的平均值；

(2)围岩瓦斯因无实测值，故根据经验取W1+W2的10％。

矿井可抽瓦斯量是指瓦斯储量中在当前技术水平能被抽出来的最大瓦斯量。它反映着矿井资源的开发程度，与抽放工艺技术和抽放能力密切相关。

可抽瓦斯量为开采层的瓦斯储量与抽放率之积；邻近层可抽瓦斯量为邻近层的瓦斯储量、瓦斯涌出系数与抽放率三者之积；围岩瓦斯可抽瓦斯量按岩层瓦斯储量和涌出系数计算。

为使计算的可抽量能较符合实际，瓦斯涌出系数，应考虑由于层间距、岩性不同而导致邻近层卸压程度的差别等因素，抽放率可参照我国的实际情况与经验确定。

矿井瓦斯储量、可开发瓦斯量的计算基础数据与计算结果详见《夹河煤矿低浓度瓦斯利用可行性分析报告》。

《夹河煤矿低浓度瓦斯利用可行性分析报告》中夹河煤矿-800～-1200m水平尚有煤炭可采储量1415万t，矿井抽放瓦斯量为9509万m3。计算结果表明，夹河煤矿瓦斯资源较丰富，同时可开发瓦斯量亦比较可观，能为瓦斯利用提供充足的气源。

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3 瓦斯抽放

3.1 瓦斯涌出量预测

矿井瓦斯涌出量预测的任务是确定新矿井、新水平、新采区投产时瓦斯涌出量的大小，为矿井和采区提供通风及瓦斯管理方面的基础数据，它是矿井通风设计、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基础参数。

目前矿井瓦斯涌出量预测方法可概括为两大类：矿山统计预测法和分源预测法。本次采用分源预测法，其实质是根据煤层瓦斯含量，按矿井瓦斯主要涌出源—回采（包括开采层、围岩和邻近层）、掘进及采空区瓦斯涌出规律对矿井各回采工作面、掘进工作面的瓦斯涌出量进行计算，达到预测各采区及全矿井瓦斯涌出量的目的。

夹河煤矿回采工作面按照2121t/d（采区700kt/a）产量进行预测瓦斯涌出量。 3.1.1回采工作面瓦斯涌出量预测

回采工作面瓦斯涌出量包括开采层瓦斯涌出量和邻近层瓦斯涌出量。

q回?q开?q邻

式中：q回—回采工作面吨煤瓦斯涌出量，m3/t ； q开—开采层瓦斯吨煤涌出量，m3/t；

q邻—邻近层瓦斯吨煤涌出量，m3/t。

1、开采层吨煤相对瓦斯涌出量（包括围岩瓦斯涌出量） 计算瓦斯涌出量时按下式计算：

q开?k1?k2?k3m(x0?x1) m0式中：q开—开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；

k1—围岩瓦斯涌出系数，取k=1.3；

1

k2—工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，取k=1.18；

2

k3—准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，按下式计算：

K3=

L?2h LL—工作面长度，取150m； h—巷道预排瓦斯宽度，取13m；

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m—煤层厚度，m； m0—煤层开采厚度，m； x0—煤层原始瓦斯含量， m3/t； x1—煤的残存瓦斯含量， m3/t。 2、邻近层相对瓦斯涌出量

q邻??i?1nmiki?(x0i?x1i)m1

式中：

q邻－邻近层吨煤瓦斯涌出量，m3/t；

mi－第i个邻近层厚度，m； m1－开采层的开采厚度，m；

x0i－第i 邻近层的原始瓦斯含量，m3/t； x1i－第i 邻近层的残存瓦斯含量，m3/t；

ki－第i邻近层瓦斯排放系数，根据开采煤层与邻近层之间距离、开采层顶底板岩

性等关系选取；

计算过程详见《夹河煤矿低浓度瓦斯利用可行性分析报告》，计算结果如下： 开采2煤层时：

q回?q开??q邻?5.9m3/t 开采7煤层时：

q回?q开??q邻?6.04m3/t

开采9煤层时：

q回?q开??q邻?6.17m3/t

根据相对瓦斯涌出量预测结果，得出各煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量预测结果，见表3-1。

表3-1 回采工作面瓦斯涌出量计算表 煤 层 2 7 9

日产量(t/d) 2121 2121 2121 相对涌出量(m3/t) 5.9 6.04 6.17 - 14 -

绝对涌出量(m3/min) 8.69 8.90 9.09 煤炭科学研究总院抚顺分院 徐州矿务（集团）公司夹河煤矿瓦斯抽放工程设计说明书

夹河煤矿开采7层时，工作面瓦斯一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸，另一部分来源于采空区丢煤解吸和围岩（煤）涌出的瓦斯，其下邻近层9层均处在卸压范围内，这些煤层的卸压瓦斯也向工作面采空区涌出。

根据前面的各煤层回采工作面瓦斯涌出预测结果，预测工作面的瓦斯涌出量构成结果见表3-2。

表3-2 工作面瓦斯涌出量构成预测结果

开采 煤层 2 7 9 采面瓦斯总涌 出量(m3/min) 8.69 8.90 9.09 本层瓦斯涌 出量(m3/min) 5.67 3.94 4.06 采空区瓦斯涌出量(m3/min) 3.02 4.96 5.03 本层瓦斯 采空区瓦斯 占比例（%） 占比例（%） 65.25 44.27 44.66 34.75 55.73 55.34 注：采空区瓦斯包括围岩与邻近层瓦斯。

3.1.2掘进工作面瓦斯涌出量预测

掘进工作面的瓦斯主要来源于煤壁和落煤两部分，其计算公式为：

q掘?qB?qL

式中：qB－煤壁瓦斯涌出量，m3/min；

qL－落煤瓦斯涌出量，m3/min。 (1)掘进工作面煤壁瓦斯涌量

在巷道掘进过程中，巷道周围煤层中的瓦斯压力平衡状态遭到破坏，煤体内部到煤壁间存在着瓦斯压差，内部的瓦斯就会沿煤体裂隙及孔隙向煤壁泄出。单位时间单位面积暴露煤壁泄出的瓦斯量（煤壁瓦斯涌出速度）随着煤壁暴露时间的延长而降低。通常暴露6个月后，煤壁瓦斯涌出已基本稳定。其计算式为：

qB?Dvq0(2L?1) v式中：qB－掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；

D－巷道断面内暴露煤面的周边长度，m。对于薄及中厚煤层，D=2m0，m0为开采

层厚度；

v－巷道平均掘进速度，m/min；

L－巷道长度，m；（取1000m）

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