【正文】 可行性研究及初步設(shè)計， 該公司委托煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院（原撫順分院，以下簡稱沈陽研究院 ）完成 “新疆拜城梅斯布拉克煤礦開采層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及抽放可行性論證報告 ”項目，合同約定主要工作內(nèi)容有： 1）開采層瓦斯含量測定； 2）開采層瓦斯壓力測定； 3）開采層鉆孔瓦斯涌出量及衰減系數(shù)測定； 4）開采層煤的透氣性系數(shù)測定； 5）開采層煤的吸附常數(shù) a、 b 值的測定、開采層煤的孔隙率測定及煤樣工業(yè)分析； 6）抽放瓦斯必要性和可行性論證等。 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局《煤礦安全規(guī)程》（ 2020）。 國務(wù)院關(guān)于預(yù)防煤礦生產(chǎn)安全事故 的特別規(guī)定（國務(wù)院令 446號）。 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報告 5 第一章 礦井概況 礦區(qū)概況 交通位置 新疆天然物產(chǎn)貿(mào)易有限公司拜城縣梅斯布拉克煤礦 (以下簡稱梅斯布拉克煤礦 )位于拜城縣縣城北東方向 70km 的梅斯布拉克村、梅斯布拉克河一帶。地表植被不發(fā)育，呈典型的荒漠戈壁景觀 。每年 7月中旬到 8 月下旬為雨季，有暴雨，造成山洪暴發(fā)。 地質(zhì)構(gòu)造與煤層賦存 地質(zhì)構(gòu)造 一 、 地層 井田位于庫 —拜煤田拜城礦區(qū)的東部，井田內(nèi)分布的地層從新到老有第 四系、侏羅系下統(tǒng)、三疊系上統(tǒng)，除第四系不整合于不同時代的地層之上外，其余各套地層之間為整合接觸，地層總體走向呈近東西向，并按照由新到老的順序依次從南向北排列，各時代地層的巖性特征如下： （ 1）新生界（ KZ） ① 第四系全新統(tǒng)（ Q4） 第四系全新統(tǒng)為沖洪積層（ Q4al+pl）：分布于井田各大溝谷和梅斯布拉克河床及兩側(cè)，主要成分由礫石、漂礫、少量砂、亞砂土，砂質(zhì)粘土組成，次棱狀，分選性差，松散狀，透水性強，地層厚度 10～ 66m，平均厚度 。根據(jù)巖性組合特征分為上、下兩個段。地層厚度一般為 ～ ，與下伏三疊系上統(tǒng)郝家溝組地層整合接觸。 ③ 三疊系上統(tǒng)郝家溝組（ T3h） 井田西部零星出露，分布于井田北部，巖性為灰綠色粉、細砂巖、黑灰色泥巖、灰白色、淺黃灰色厚層狀粗砂巖、含礫砂巖、礫巖夾有薄層疊錐灰?guī)r。從早侏羅世早期到末期為第二旋回，是一套由河流相到湖泊相的沉積，期間形成了塔里奇克組和陽霞組兩套含煤地層 ?！?72176。 煤層 一、開采煤層 井田內(nèi)含穩(wěn)定煤層 3 層： A A A7；較穩(wěn)定煤層 2 層 A A11，不穩(wěn)定煤層 3 層： A A A12；極不穩(wěn)定煤層 1 層 A10， 主要開采煤層為： A A A A A A9， 煤層傾角為 61176。見煤點煤層厚度變異系數(shù) 6%，可采性指數(shù) ，屬于穩(wěn)定煤層，有益厚度 ～、平均厚度 ，煤層厚度由西向東變厚，煤層有分叉現(xiàn)象，有 1～ 3 個分層，下分層編號 A3中部分層編號 A3上分層 A33，各分層均為簡單結(jié)構(gòu)，煤層頂板和底板巖性為深灰色泥巖、粉砂巖、細砂巖和炭質(zhì)泥巖，與上部 A5號煤層間距為 ～ ，平均 。與上部 A7號煤層間距 為 ～ ，平均 。與上部 A8號煤層間距為 ～ ，平均。與上部 A10號煤層間距為 ～ ，平均 。與 上部 A12 號煤層間距為 ～ ，平均 。 井田內(nèi)各煤層的有機成 分 主要有鏡質(zhì)組份，半鏡質(zhì)組份和惰質(zhì)組份。絲質(zhì)體呈 “星 ”狀和 “網(wǎng) ”狀結(jié)構(gòu)分布，油浸反射色為白色，突起較高。碳酸鹽礦物呈脈狀分布。 三、煤塵 新疆煤田地質(zhì)局綜合試驗室對 A A A A A9可采煤層采集的煤塵爆炸樣本 46 個，測試結(jié)果表明井田內(nèi)各可采煤層的煤塵均有爆 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報告 15 炸性 。 礦井開拓 井田境界 根據(jù)地質(zhì)勘探報告 及礦井初步設(shè)計 ， 井田走向長約 5km，南北寬，面積 。 詳見表 21。 其中，一水平（ +1680m 以上）煤層服 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報告 17 務(wù)年限為 ，二水平（ +1680m～ +1530m）煤層服務(wù)年限為 ，三水平（ +1530m～ +1400m）煤層服務(wù)年限為 。礦井開采二采區(qū)時布置東風(fēng)井，為立風(fēng)井。 礦井劃分為三個水平，各水平標(biāo)高為 +1680m、 +1530m、 +1400m，二、三水平采用暗斜井開拓，每個水平劃分為二個雙翼采區(qū) 上山開采 。 煤層：按照自上而下的順序開采。 A A A7 厚煤層采用偽傾斜 “八 ”字型柔性掩護支架采煤法。礦井總風(fēng)量為 90m3/s，風(fēng)量分配如下 A7煤層 (1A711)回采工作面： ； A9煤層 (1A91 1A922)回采工作面： 2； A6煤層 (1A611)備用工作面： ； A3煤層運輸大巷綜合機械化掘進工作面： ； A5 煤層順槽掘進工作面 (1 個 鉆爆法 掘進面 ， 1 個 綜掘面 )：2； 火藥發(fā)放硐室： ；其它地點： 。準確地掌握瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)及其在煤層中的變化規(guī)律，可以幫助確定煤層瓦斯賦存規(guī)律，預(yù)測礦井瓦斯涌出量，劃定礦井瓦斯等級，了解和計算巷道、工作面及鉆孔瓦斯涌出量，了解和預(yù)測瓦斯抽采和利用的可能性，為礦井后期的開采設(shè)計和煤層瓦斯綜合治理提供基礎(chǔ)依據(jù)。目前，煤的瓦斯吸附常數(shù)與工業(yè)分析只能在實驗室利用特殊的實驗設(shè)備進行測定。將稱量皿放入干燥箱，恒溫至 100℃ ，保持 1h 后取出，放入干燥器內(nèi)冷卻。 ③ 設(shè)定恒溫水浴溫度為試驗溫度（ 30177。 ⑦ 依次重復(fù) ④ 、 ⑤ 、 ⑥ 步驟，逐次增高試驗壓力，可測得 n個 Qci、Qdi、 ?Qi及 Xi值。 01020301 2 3 4 5 6P( MPa)X(m3/t) 圖 22 A9煤層吸附瓦斯等溫線 01020301 2 3 4 5 6P(MPa)X(m3/t) 圖 23 A8煤層吸附瓦斯等溫線 01020301 2 3 4 5 6P(MPa)X(m3/t) 圖 24 A7煤層吸附瓦斯等溫線 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報告 25 01020301 2 3 4 5 6P(M Pa)X(m3/t) 圖 25 A5煤層吸附瓦斯等溫線 01020301 2 3 4 5 6P(MPa)X(m3/t) 圖 26 A3煤層吸附瓦斯等溫線 煤的 工業(yè)分析 ⑴ 工業(yè)分析測定用樣品的制備 取現(xiàn)場采取的新鮮煤樣 500g 粉碎，過 標(biāo)準篩，取篩下顆粒裝入磨口瓶中密封加簽待用，每個煤樣制備 2～ 3 個樣品，每個樣品重量不得少于 50g。10℃ 的溫度條件下灼燒到恒重，并冷卻至室溫后稱重，以殘留物重量占煤樣原重量的百分數(shù)作為灰份； ③ 稱取粒度為 以下的分析煤樣 1177。 煤的 孔隙率測定 煤的孔隙率是單位質(zhì)量或體積煤中全部孔隙所占的體積。 煤的孔隙率按下式計算： tpk ??11 ?? ????????????????????????????????????????????? (27) tptk ??? ??1 ??????????????????????????????????????????????(28) 式中： p? — 煤的視密度 (視 比重 )，即包括煤中孔隙在內(nèi)的煤塊的密度，t/m3； t? — 煤的真密度 (真 比重 )，即扣除孔隙后煤骨架的密度， t/m3。 表 21 煤樣吸附瓦斯試驗、工業(yè)分析與孔隙率 測定 結(jié)果 煤層 采樣地點 吸附常數(shù) 灰 份 Aad (%) 水份 Mad ( %) 揮發(fā)份 Vdaf (%) 真密度(t/m3) 視密度(t/m3) 孔隙體積(m3/m3) a(ml/g它不僅決定著煤層瓦斯含量與涌出量的大小，而且對于合理地進行通風(fēng)設(shè)計起著重要的作用。 直接測定煤層瓦斯壓力方法是先用鉆機由巖層巷道或煤層巷道向預(yù)定測量煤層瓦斯壓力的地點打一鉆孔，然后在鉆孔中放置測壓裝置再將鉆孔嚴密封閉堵塞并將壓力表和測壓裝置相連來測出瓦斯壓力。根據(jù)礦井開拓布置、煤層賦存情況和井下風(fēng)、水、電等實際條件來選擇確定。封完孔 24 小時后，在測壓管上安裝壓力表，并定期觀測壓力值，待壓力升至最高值并穩(wěn)定后，壓力表指示的即為煤層瓦斯壓力（表壓力）。) 方位角 ( 176。本次煤層瓦斯含量測定采用直接法 和間接法相結(jié)合的 測定 方法 。 1—量管 2—吸氣球 3—溫度計 4—水槽 5—螺旋夾 6—彈簧夾 7—排水管 8—排氣膠管 9—16 號胸骨穿刺針頭 10—密封罐 11—壓緊螺帽 圖 28 瓦斯解吸速度測定儀與密封罐示意圖 (3)損失量計算 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報告 31 將不同解吸時間下測得數(shù)據(jù)按下式換算成標(biāo)準狀態(tài)下的體積 Voi： 式中 V0i—算成標(biāo)準狀態(tài)下的解吸瓦斯體積， ml； Vi—不同時間解吸瓦斯測定值， ml； 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， ℃ 。 圖 29 損失瓦斯量推算方法示意圖 (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、水分、灰分等； )t( 2 7 3101 . 01 3 )VP9 . 81 h2 7 3 . 2 ( PV w5 isw00i ?? ??? 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報告 32 (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)準狀態(tài)下煤樣瓦斯解吸量， ml； V1—標(biāo)準狀態(tài)下煤樣損失瓦斯量， ml； V2—標(biāo)準狀態(tài)下煤樣殘存瓦斯量， ml； G0—煤樣可燃質(zhì)重量， g； X—煤樣可燃質(zhì)瓦斯含量， ml/。瓦斯在煤體中的賦存狀態(tài)主要有兩種：一種是游離瓦斯（亦稱自由瓦斯），主要存在于煤的大孔、裂隙之中，符合氣體狀態(tài)方程，其含量取決于大孔和裂隙的體積、煤體溫度及瓦斯壓力；另一種為吸附瓦斯，吸附瓦斯可以分為兩類：一類是吸附在孔隙表面的瓦斯，其含量取決于孔隙的表面積和瓦斯壓力；另一類是以固溶體形式存在于煤分子之間的空間、晶體的芳香層缺陷內(nèi)或芳香族碳的晶體內(nèi)。其計算公式如下： ?KPMMAbPa b PX adadad 11 0 01 0 01 ?????????????????????????(29) 式中： X －煤層瓦斯含量， m3/t； a －吸附常數(shù)，試驗溫度下的極限吸附量， m3/t?r； 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報告 34 b －吸附常數(shù)， MPa1； P －煤層絕對瓦斯壓力， MPa； adA －煤的灰分， %； adM －煤的水分， %； K －煤的孔隙體積， m3 /m3； ? －煤的視密度， t/m3。100m)； 1X 、 2X —在煤層底板標(biāo)高 1H 、 2H 處的瓦斯含量， m3/t； 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報告 35 1H 、 2H —煤層瓦斯含量值為 1X 、 2X 時 測點的煤層底板標(biāo)高， m； 根據(jù)新疆煤田地質(zhì)局 綜合 地質(zhì)勘探隊提供的地質(zhì)勘探資料 以及實測的地勘資料 ， 對梅斯布拉克煤礦 各 煤層不同標(biāo)高點瓦斯含量進行線性分析，得出煤層瓦斯含量與標(biāo)高之間的變化關(guān)系 ，如圖 2圖 211所示。 一水平（ +1680m）各煤層瓦斯含量 根據(jù)煤層瓦斯含量最大值， 通過計算 得到 礦井各 煤層在 +1680m 水平瓦斯含量 見表 25 所示。一般來說，鉆孔自然瓦斯涌出量隨著時間的延續(xù)是逐漸減小的，其衰減變化之規(guī)律，通常用下式描述： tt eqq ??? 0 ??????????????????????????????????????????????(211) 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報告