【正文】 某礦保護(hù)層開采方案優(yōu)化與二水平瓦斯抽放技術(shù)研究某礦保護(hù)層開采方案優(yōu)化與二水平瓦斯抽放技術(shù)研 究 報 告 103目 錄1 礦井概況 1 1 2 開拓開采狀況及儲量 4 礦井通風(fēng)、瓦斯情況 5 突出危險性鑒定及突出情況 6 煤層自燃、煤塵爆炸性及涌水情況 72 礦井突出煤層瓦斯參數(shù) 9 131煤層瓦斯基本參數(shù) 9 8煤層瓦斯基本參數(shù) 11 61煤層瓦斯基本參數(shù) 143 礦井一水平保護(hù)層開采方案 17 開采8煤層保護(hù)61煤層 17 開采112煤層保護(hù)131煤層 264 保護(hù)層開采效果考察 32 效果考察指標(biāo) 32 考察方法 34 2611被保護(hù)層工作面保護(hù)效果考察 35 W1607被保護(hù)層工作面保護(hù)效果考察 40 1306被保護(hù)層工作面保護(hù)效果考察 425 工作面煤層瓦斯治理及效果分析 45 61煤、8煤、131煤瓦斯治理措施 45 61煤、8煤、131煤瓦斯治理效果考察 46 61煤、8煤、131煤瓦斯治理措施的優(yōu)化 50 61煤、131煤鉆孔有效抽放半徑 676 二水平瓦斯治理規(guī)劃 70 瓦斯治理方法選擇 70 保護(hù)層開采及卸壓瓦斯強化抽采設(shè)計 75 預(yù)抽煤層瓦斯設(shè)計 89 工作面回采期間的瓦斯治利 937 結(jié)論與建議 94 結(jié)論 94 建議 981 礦井概況某公司某二礦位于某縣城西約12km處，其東與某三礦井田接壤，西與某一礦毗鄰。礦區(qū)地勢平坦，屬平原地貌，地表標(biāo)高為+18～+24m。地表水系主要由西淝河、花家湖及其支流構(gòu)成。礦區(qū)交通便利，可通過鐵路、公路和水路外運。礦井于1996年10月建成投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力為150萬t /a，改擴(kuò)建后生產(chǎn)能力為300萬t/a。2005礦井實際產(chǎn)量309萬t。某二礦位于某復(fù)向斜謝橋向斜南翼，潁鳳區(qū)阜鳳推覆構(gòu)造中段，構(gòu)造線方向近東西。本井田構(gòu)造情況如圖11所示。圖11 花家湖井田構(gòu)造示意圖由于受自南向北的應(yīng)力作用，形成了以阜鳳逆沖斷層為主體的自南向北的上疊式推覆構(gòu)造，推覆體主要由下元古界、寒武系、奧陶系及部分石炭二疊系地層組成，地層走向近東西，總體傾向北，傾角變化大，局部倒轉(zhuǎn)。推覆體內(nèi)分支斷層發(fā)育，有F0F03斷層，二者走向近東西，大致平行，這些斷層在剖面上顯示淺部傾角陡，向深部傾角變緩，呈疊瓦狀合并到一個主推覆面上。阜鳳逆沖斷層是一個寬緩圓滑的曲面，總體趨勢向南傾斜，沿傾向產(chǎn)狀變化大，前鋒帶傾角較大，60176?！?0176。，中間帶傾角逐漸變緩，一般在5176。左右，局部地段近水平或傾向北，局部被壽縣老人倉斷層切割。區(qū)域性大斷層阜鳳逆沖斷層位于本區(qū)南部，對全區(qū)的構(gòu)造具有明顯的控制作用，受其影響，煤系地層傾角變化較大，巖石多受擠壓變形，裂隙發(fā)育，巖層破碎，滑面豐富且發(fā)育，并伴有一系列小型逆沖斷層及褶皺，地層中無論在走向上還是傾向上緩波狀起伏較大。根據(jù)陸地和水面地震勘探資料反映，由于受南北主構(gòu)造應(yīng)力的影響和控制，次一級褶皺構(gòu)造、中小斷層及小褶曲較為發(fā)育。井田內(nèi)巖漿活動輕微，基本上沒有或很少有巖漿侵入。構(gòu)造類型比較復(fù)雜，原地系統(tǒng)以高角度正斷層為主(7條)，逆斷層很少(2條)?？傮w為一單斜構(gòu)造，淺部地層產(chǎn)狀平緩，一般5～10176。；中部10～20176。，往深部傾角逐漸增大，一般為25～30176。主要煤層賦存于二疊系山西組及上、下石盒子組7個含煤段中，從上至下分別為：1311119上、7761上、6541上、1煤層，煤系地層綜合柱狀見圖12；其中全井發(fā)育穩(wěn)定主要可采煤層共5層，從上往下依次為131煤、112煤、8煤、61煤、1煤。各可采煤層特征見表11。除1161煤層灰份大于25%，屬中～富灰煤外，其余各可采煤層灰分均小于25%，屬于低～中灰煤；～%，煤層自然發(fā)火期為3～6個月；煤質(zhì)以特低硫、特低磷、富焦油及中高發(fā)熱的1/3焦煤為主，其次為氣煤。131為氣煤、1161煤層為1/3焦～氣煤。發(fā)熱量均大于25MJ/kg，呈由淺到深隨變質(zhì)程度增高而增大趨勢。圖12 煤系地層綜合柱狀圖表11 某二礦可采煤層特征表煤層名稱煤厚(m)極值/平均值層間距(m)極值/平均值穩(wěn)定性夾矸層數(shù)煤層結(jié)構(gòu)頂?shù)装鍘r性頂板底板1～94～138/10815～61/3351～138/8366～92/76穩(wěn)定1簡單泥巖泥巖、砂質(zhì)泥巖61～較穩(wěn)定1簡單泥巖、炭質(zhì)泥巖砂巖8～穩(wěn)定0單一泥巖、砂質(zhì)泥巖泥巖、砂質(zhì)泥巖112～穩(wěn)定1～3簡單細(xì)砂巖、中砂巖泥巖、砂質(zhì)泥巖131～較穩(wěn)定1～2簡單泥巖、砂質(zhì)泥巖泥巖、砂質(zhì)泥巖 開拓開采狀況及儲量礦井開拓方式為立井、主要石門、集中運輸大巷、分區(qū)石門開拓，采用主、副、風(fēng)三立井開拓，一水平標(biāo)高為550m，二水平標(biāo)高為750m，輔助水平為450m，現(xiàn)延深至650m水平。目前生產(chǎn)集中在320m～600m階段。礦井兩翼開采，共分三個采區(qū)，即中央采區(qū)（東、西兩翼）、東翼采區(qū)、西翼采區(qū)，其中東采區(qū)暫無采掘工作面，采掘工作面分布在中央采區(qū)及西翼采區(qū)。煤層開采順序為先采1161煤，最后采131煤。煤層采用走向長壁綜合機械化開采，一次采全高，全部垮落法管理頂板，邊角煤采用走向長壁炮采工藝回采。全井田東西走向長約為6km，南北寬為5km，面積為30km2。截止2005年底，、。其中550m以上，、。、。全礦井主采煤層地質(zhì)儲量中，；；；；。 礦井通風(fēng)、瓦斯情況礦井通風(fēng)方式為中央并列通風(fēng)方式，副井、主井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井回風(fēng)。通風(fēng)方法為抽出式，礦中央風(fēng)井裝有2臺同等能力的軸流式風(fēng)機，型號為GAF28141。配用2500kW電機，一臺使用一臺備用。礦井具備完整獨立的通風(fēng)系統(tǒng)，實行分區(qū)通風(fēng)，各區(qū)域均設(shè)置專用回風(fēng)上山，回風(fēng)直接進(jìn)入礦井總回風(fēng)巷。目前，礦井總進(jìn)風(fēng)量為17804m3/min，礦井總回風(fēng)量達(dá)18575m3/min，負(fù)壓3385Pa。 瓦斯基本情況主采煤層61煤層、8煤層、11煤層和131煤層，瓦斯壓力和含量都比較大，其中61煤層、8煤層和131煤層具體突出危險性，（標(biāo)高490m），（）， m3/t，（標(biāo)高631m）， （）， m3/t。根據(jù)2005年度瓦斯等級鑒定結(jié)果，見表12， m3/min， m3/t，為煤與瓦斯突出礦井。表12 礦井瓦斯涌出及等級鑒定年度CH4絕對量CH4相對量生產(chǎn)區(qū)準(zhǔn)備區(qū)采空區(qū)審定結(jié)果/m3/min/m3/t/%/%/%1997低199810低1999高2000高2001高2002472330高2003562717突出礦井200462308突出礦井2005632710突出礦井 突出危險性鑒定及突出情況 突出危險區(qū)域劃分2002年，撫順煤科分院對礦井中央采區(qū)二水平區(qū)域（550m～750m）突出危險性進(jìn)行了劃分，劃分結(jié)果見表13。表13 二水平突出危險區(qū)域劃分煤層無突出危險區(qū)突出威脅區(qū)突出危險區(qū)131煤層550m以淺550m～600m600m～750m8煤層550m以淺550m～750m61 煤層550m以淺550m～600m600m～750m131煤：550m以淺（地質(zhì)剖面01～013勘探線之間）為無突出危險區(qū)，550m～600m為突出威脅區(qū)，中央采區(qū)600m～750m為突出危險區(qū)。8煤：550m以淺（南以8煤層450m等高線為界，北以8煤層550m等高線為界，西至1勘探線，東以09勘探線為界）為無突出危險區(qū)，中央采區(qū)550～750m為突出危險區(qū)。61 煤：550m以淺（南以61煤層450m等高線為界，北以61煤層550m等高線為界，西至1勘探線，東以09勘探線為界）為無突出危險區(qū)，550m～600m以淺為突出威脅區(qū)，中央采區(qū)600m～750m以淺為突出危險區(qū)。2004年河南理工大學(xué)對礦井瓦斯地質(zhì)情況進(jìn)行了研究，認(rèn)定二水平可采煤層1361煤層具有突出危險性。 礦井突出情況在礦井采掘過程中共發(fā)生過6次瓦斯動力現(xiàn)象，全部發(fā)生的8煤層，突出煤量和瓦斯量情況見表13。1）98年10月21日，1812工作面距主石門480m，壓出煤85t，瓦斯1370m3。2）98年10月31日，1812工作面距主石門460m，壓出煤90t，瓦斯1140 m3。3）98年11月1日，1812工作面距主石門455m，壓出煤50t，瓦斯1820 m3。4）2003年1月8日，650中央軌道石門揭8煤壓出煤53t，瓦斯1296 m3。5），瓦斯43 m3。6）東1810機巷()掘進(jìn)至970米時壓出煤13t，瓦斯60 m3。表13 動力現(xiàn)象統(tǒng)計表序號時間地點煤量/t瓦斯量/m311812工作面距主石門480m85137021812工作面距主石門460m90114031812工作面距主石門455m5018204650中央軌道石門揭8煤53129651812下山掘進(jìn)436東1810機巷()掘進(jìn)至970m1360 煤層自燃、煤塵爆炸性及涌水情況礦井開采的各煤層均具有自然發(fā)火傾向性，屬Ⅱ級易自燃煤層，自然發(fā)火期3～6個月。煤塵具有爆炸性，％～％。礦井水文地質(zhì)類型為中等偏復(fù)雜。根據(jù)一水平（550m）采掘揭露資料和二水平的650 m輔助水平地質(zhì)及水文地質(zhì)條件研究，全礦井（550m、650 m二個水平）正常涌水量699m3/h。礦井充水及影響煤層開采的主要水源有：煤層頂板砂巖水、構(gòu)造裂隙水、頂?shù)装寤規(guī)r水、封閉不良鉆孔水、老塘及老硐水。礦井各套系統(tǒng)安裝齊全，包括KJ90安全監(jiān)控系統(tǒng)、KSS200型礦井火災(zāi)束管微機監(jiān)控系統(tǒng)、制氮滅火系統(tǒng)和防塵系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的安裝為防止煤礦災(zāi)害事故的發(fā)生提供了保障。2 礦井突出煤層瓦斯參數(shù)礦井發(fā)育穩(wěn)定的主要可采煤層共5層，從上往下依次為131煤、112煤、8煤、61煤和1煤，其中131煤、8煤和61煤具有突出危險性。 131煤層瓦斯基本參數(shù)煤層瓦斯壓力實測值見表21。表21 實測瓦斯壓力匯總表序號測壓點位置埋深/m標(biāo)高/m壓力值/MPa1550回風(fēng)反上山上口絞車房43741721308機巷240m處5104903650m中央軌道石門64362341308機巷284m處5650m皮帶石門670650根據(jù)煤層瓦斯賦存規(guī)律，在地質(zhì)構(gòu)造變化不大的區(qū)域，煤層瓦斯壓力隨埋深的增加成線性關(guān)系。在測定煤層瓦斯壓力的過程中，由于封孔質(zhì)量、鉆孔水和地質(zhì)構(gòu)造等原因很難準(zhǔn)確測出煤層的瓦斯壓力，下面以瓦斯壓力與埋深成線性關(guān)系為基礎(chǔ)計算不同煤層標(biāo)高處的煤層瓦斯壓力。由表可得埋深與煤層瓦斯壓力的關(guān)系圖21。圖21 131煤層瓦斯壓力與埋深的對應(yīng)關(guān)系根據(jù)統(tǒng)計分析，煤層瓦斯壓力與埋深的變化關(guān)系為：P＝H+式中：P 煤層瓦斯壓力，MPa； H 煤層的埋藏深度，m。采用間接法計算131煤層瓦斯含量。表22 131煤層工業(yè)分析及吸附結(jié)果采樣地點工業(yè)分析結(jié)果真密度/t/m3視密度/t/m3空隙率/%吸附常數(shù)水份/%灰份/%揮發(fā)份/%ab1308風(fēng)巷550回風(fēng)反上山上口絞車房注：計算中采用兩者的平均值。將煤層瓦斯壓力、工業(yè)分析和吸附結(jié)果等參數(shù)帶入瓦斯含量計算公式可得到煤層瓦斯含量隨埋深的關(guān)系曲線，見圖22。圖22 131煤層瓦斯含量與埋深的對應(yīng)關(guān)系根據(jù)煤層瓦斯壓力梯度線和煤層瓦斯含量曲線可以得到各煤層標(biāo)高處煤層瓦斯壓力和煤層瓦斯含量推算值，見表23。表23 131煤層瓦斯壓力和瓦斯含量推算值煤層標(biāo)高瓦斯壓力/MPa瓦斯含量/m3/t備注410一水平440470500530550590二水平620650680710750780三水平根據(jù)表23可知， m3/t；～，～，進(jìn)入第二水平，煤層瓦斯壓力和煤層瓦斯含量逐漸升高。，在開采過程中煤層瓦斯涌出量較大，因此為了保證礦井131煤層的安全回采，應(yīng)提前制定瓦斯治理技術(shù)規(guī)劃，采用區(qū)域瓦斯治理方法，變高瓦斯突出煤層為低瓦斯非突出煤層，實現(xiàn)131煤層的安全高效開采。 8煤層瓦斯基本參數(shù)煤層瓦斯壓力實測值見表24。表24 8煤層實測瓦斯壓力匯總表序號測壓點位