【正文】 [10]。 平煤四礦瓦 斯抽采存在問題 （ 1）煤層瓦斯含量大，呈不均勻分布， 瓦斯賦存情況復(fù)雜。 研究內(nèi)容、研究方法與技術(shù)路線 研究內(nèi)容 （ 1）研究低透氣突出煤層條件下，瓦斯賦存及涌出規(guī)律，運(yùn)用分源預(yù)測(cè)的方法，計(jì)算出工作面的最大瓦斯涌出 量，并 對(duì) 瓦斯 抽采 的必要性與可行性 進(jìn)行 分析 。 理論分析不同抽采方法的適用條件，綜合考慮煤層透氣性、瓦斯壓力和含量 、鉆場(chǎng) 和 鉆孔設(shè)計(jì)、采煤方法與工藝、開采規(guī)模和強(qiáng)度 等 因素，以提高礦井瓦斯抽采 率 為目的，經(jīng)過分析研究，提出可行的工作面瓦斯抽采技術(shù)。具體技術(shù)路線參考圖 圖 技術(shù)路線圖 確定瓦斯抽采參數(shù) 瓦斯抽采的效果預(yù)測(cè)和分析 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)與瓦斯涌出量計(jì)算 瓦斯抽采的必要性和可行性分析 瓦斯抽采方 法研究 根據(jù)實(shí)際情況確定合理的抽采方法 本煤層瓦斯抽采 鄰近層瓦斯抽采 采空區(qū)瓦斯抽采 2 平煤四礦礦井概況 礦區(qū)概況 地理位置 平頂山天安煤業(yè)股份有限公司四礦位于平頂山市區(qū)西北 6km 處，位于平頂山礦區(qū)中部，東與一、二礦相接，南與三礦為鄰，西鄰六、五礦。井田位于低山丘陵的槽形谷地之間，為一北高南低的傾斜平原。年最大降雨量 （ 1964），年最小降雨量 （ 1966），年平均降雨量 ，月最大降雨量 366mm（ 1971年 6 月），雨季多集中在七、八、九月份，約占年降雨量的 50%。 平頂山煤田是以李口向斜為主體的向斜含煤盆地，其北西、南東、北東及南部邊緣分別受落差數(shù)百米至上千米的郟縣斷層、落崗斷層、襄郟斷層及魯葉斷層等構(gòu)造的切割，形成相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元?！?30176。左右。 ② 二疊系己煤組頂板砂巖裂隙含水層 本含水層共有兩層砂巖含水層，自下而上為大占砂巖、香炭砂巖，大占砂巖距 己 16煤層 5～ 15m，一般為 7m，為 己 16煤層頂板直接充水含水層，主要為中粗粒長石石英砂巖，硅質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)。 ③ 二疊系平頂山砂巖裂隙含水層 平頂山砂巖位于煤系頂部，總厚 ～ ，上部中粗粒砂巖，中部中粒砂巖，下部中粗粒砂巖，底部有 5～ 10m 含礫粗砂巖。 寒武系崮山組系石炭、二疊系含煤地層的沉積基底，厚度大于 68 米，為灰色厚～巨厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r。含煤 2～ 5 層，為己組煤。主要由灰白色、灰黃色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、中～細(xì)粒砂巖及劣質(zhì)煤層組成。 第四系厚 0～ 33 米，平均為 米。傾角 6176。 斷層：斷層走 向 N25176。落差 110～ 200 米，位置在四礦西南，三礦西北部，在一、四、六擴(kuò)勘區(qū)內(nèi)有六個(gè)鉆孔控制，地表有零星露頭控制。 己 15煤層：位于山西組下部，上距砂鍋窯砂巖 39～ 81m，平均 60m。在井田范圍內(nèi)，從東向西煤層厚度變簿，穩(wěn)定煤層。矸，多數(shù)為一層，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單型煤層。層狀構(gòu)造。平均容重 t/m179。 （ 2） 目前本 礦井的工業(yè)儲(chǔ)量 ，礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量為 ，礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為 。 立井開拓井筒短，提升能力大，對(duì)輔助提升特別有利。其中一水平深部回采標(biāo)高為 510m，二水平深部回采標(biāo)高 600m，三水平深部開采標(biāo)高為 800m。煤層平均厚度為 。 井下運(yùn)輸 根據(jù)礦井井下開拓系統(tǒng)和采區(qū)回采工作面的布置，確定煤炭矸石材料設(shè)備和人員在內(nèi)的運(yùn)輸系統(tǒng)如下： (1) 煤炭運(yùn)輸系統(tǒng) 綜采工作面的煤炭 ——區(qū)段運(yùn)輸平巷 ——運(yùn)輸上山 ——采區(qū)煤倉 ———運(yùn)輸大巷 ——井底中央煤倉經(jīng)主井提升至地面 (2) 設(shè)備材料和人員的運(yùn)輸系統(tǒng) 副井罐籠中的設(shè)備（材料、人員） ——井底車場(chǎng) ——運(yùn)輸大巷 ——采區(qū)軌道上山 ——區(qū)段運(yùn)輸平巷 ———綜采工作面。 表 22 四礦 2021年以來礦井礦井瓦斯涌出量 年度 絕對(duì)量 (m179。目前一水平回風(fēng)井擔(dān)負(fù)戊九采區(qū)的回風(fēng)，采區(qū)為 “兩進(jìn)一回 ”通風(fēng)方式；二水平回風(fēng)井擔(dān)負(fù)己三采區(qū)、庚一采區(qū)的通風(fēng)任務(wù)，兩個(gè)采區(qū)為并聯(lián)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)，其中己三采區(qū)為 “兩 進(jìn) 一 回 ”通風(fēng)方式，庚一采區(qū)為 “兩進(jìn)一回 ”通風(fēng)方式；三水平回風(fēng)井擔(dān)負(fù)三水平開拓工程和丁九采區(qū)的通風(fēng)，兩個(gè)采區(qū)為并聯(lián)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)，其中三水平開拓工程為 “兩進(jìn)兩回 ”通風(fēng)方式，丁九采區(qū)為 “二進(jìn)一回 ”通風(fēng)方式。/min， 己三采區(qū)進(jìn)風(fēng)量 6788m179。/min， 其它進(jìn) 采區(qū) 風(fēng)量 354m179。/min， 四礦一水平風(fēng)井系統(tǒng)安裝 2 臺(tái)型號(hào)為 主要通風(fēng)機(jī) ， 配套電機(jī)型號(hào)為 YR10006/1180，額定功率 1000KW，現(xiàn)運(yùn)行 2＃風(fēng)機(jī)，風(fēng)葉角度 10176。/min，負(fù)壓為 3950Pa；三水平風(fēng)井系統(tǒng)安裝兩臺(tái) FBDZ10№38 型對(duì)旋式通風(fēng)機(jī)，配套電機(jī)為 YBF800M110 型，額定功率 21120KW，風(fēng)葉角度 25176。/t；在己三采區(qū)免揭煤巷東幫下幫 546 米實(shí)測(cè) 己 15 煤層瓦斯壓力為 ， 煤層 瓦斯含量為 179。 （ 2） 介紹平煤四礦開采開拓情況， 主要含煤地層為二疊統(tǒng)山西組的己組煤。 3 煤層瓦斯涌出量預(yù)測(cè) 煤層瓦斯的基本參數(shù) 煤 層瓦斯基本參數(shù)是工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)、 抽采 瓦斯可行性評(píng)價(jià)、突出危險(xiǎn)性鑒定、瓦斯綜合治理措施的制定及瓦斯 抽采 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，它受煤質(zhì)、埋藏深度、地質(zhì)構(gòu)造和覆蓋層厚度以及透氣性等諸多因素的影響。 平煤四礦 煤層瓦斯 含量 為： 己 15煤層 原始瓦斯含量為 m179。/t， 煤的平均殘存瓦斯含量為 m179。根據(jù)實(shí)際測(cè)得， 己 15煤層 的透氣性系數(shù)為 ㎡ /（ MPa2 根據(jù)實(shí)際測(cè)量， 3煤層的百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為 。煤的原始母質(zhì)沉積以后，一般經(jīng)歷 2 個(gè)成氣時(shí)期： （ 1）從植物遺體到泥炭的生物化學(xué)時(shí)期； （ 2）在地層的高溫高壓作用下從褐煤到無煙煤的煤化變質(zhì)作用成氣時(shí)期。在成煤的沼澤中，當(dāng)有足夠的氧參與生物 化學(xué)反應(yīng)時(shí)，有機(jī)物發(fā)生分解，形成含氧的瓦斯，其成分為 CO N2和硫的氧化物等。 （ 2）放射性分解的瓦斯。由于地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)，當(dāng)煤層暴露于地表時(shí)， CON2 和稀有氣體便可滲入煤層中。 影響瓦斯生成的因素 由于煤層中瓦斯主要是煤化變質(zhì)作用的產(chǎn)物，因而煤中瓦斯生成量的多少和煤的變質(zhì)程度、變質(zhì)分帶及其煤巖組分有一定的關(guān)系。從煤巖學(xué)角度看，煤層瓦斯的生成取決于煤巖組分和成煤作用。在煤化變質(zhì)作用過程中，瓦斯不斷地產(chǎn)生，由于煤層瓦斯的伴生量直接依賴于煤化變質(zhì)程度，所以煤的變質(zhì)程度越高 ，產(chǎn)生的瓦斯量就越多。 煤層瓦斯的賦存 煤體中賦存瓦斯的多少不僅 對(duì)煤層瓦斯含量的大小有很大的影響，而且還直接影響到煤層中瓦斯的流動(dòng)以及發(fā)生災(zāi)害的危險(xiǎn)性大?。灰虼?，研究煤層中瓦斯的賦存狀況對(duì)礦井瓦斯研究的有著重要的作用。 在煤體中，吸附瓦斯和游離瓦斯在外界條件不變的條件下處 于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，吸附狀態(tài)的瓦斯分子和游離狀態(tài)的瓦斯分子處于不斷地交換之中；當(dāng)外界的瓦斯壓力和溫度發(fā)生變化或者給予沖擊或者震蕩，影響了分子的能量時(shí)，則會(huì)破壞動(dòng)態(tài)平衡，而產(chǎn)生新的平衡狀態(tài)。 礦井瓦斯涌出 按照瓦斯涌出的形式不同可分為普通和異常涌出。原始煤層中瓦斯的涌出狀態(tài)主要取決于煤體中瓦斯壓力的大小。 （ 3）巷道中的瓦斯涌出一部分來自掘進(jìn)工作面，這部分的瓦斯涌出量是由于工作面前方煤體產(chǎn)生突然地應(yīng)力變化和煤體破碎；另一部分來自才落得煤炭，其可造成巷道瓦斯涌出量的急劇變化。一般情況下，處于冒落區(qū)的鄰近煤層有些將會(huì)直接向采空區(qū)放散，而有一些則是通過裂隙向采空區(qū)放散瓦斯。它的涌出量比較迅速，往往發(fā)生在老頂?shù)谝淮蚊奥湟院?。下鄰近層的瓦斯涌出一般是比較緩慢的，但當(dāng)層間巖層強(qiáng)度低而且距離不大時(shí)，在下鄰近層高壓瓦斯壓力的推動(dòng)下，可以形成猛烈鼓起，造成底板破裂、瓦斯突然噴出。當(dāng)采空區(qū)的冒落空間擴(kuò)展到鄰近的采空空間時(shí)，如該區(qū)儲(chǔ)存有大量的瓦斯， 在通風(fēng)壓力的作用下也可以流入正在開采的空間，使采區(qū)瓦斯涌出量驟然增加；這種來自開采空間區(qū)域外的瓦斯，不僅可以來自左右相鄰區(qū)域，也可以來自上下區(qū)域。瓦斯涌出量對(duì)礦井設(shè)計(jì)、建設(shè)和開采都有重要影響。這種預(yù)測(cè)方法的特點(diǎn)是建議，預(yù)測(cè)精度基本上可以滿足工程 計(jì)算的需要。由殘差檢驗(yàn)結(jié)果，灰色理論系統(tǒng)預(yù)測(cè)擬合度為好，預(yù)測(cè)結(jié)果正確、可靠。 H=1/2，當(dāng)赫斯特研究了江河的流量、泥漿的沉積等自然現(xiàn)象之后，發(fā)現(xiàn)當(dāng) H1/2 時(shí)，意味著持久性，即所研究物理量時(shí)間序列不是相互獨(dú)立的，而具有相關(guān)性。而根據(jù)不同方法的選擇，所需的人力、物力、財(cái)力，都有所不同。根據(jù)安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》 (AQ1018 2021)，采用分源預(yù)測(cè)法對(duì)平煤四礦煤層瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè) 。其值取決于回采工作面頂板管理方法：取k1=； k2 ——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，其值為工作面回采率 93%的倒數(shù)，取源：開采層瓦斯涌出 源：鄰近層瓦斯涌出 源：煤壁瓦斯涌出 源：落煤瓦斯涌出 匯：礦井瓦斯涌出 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出 源：已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出 回采工作面瓦斯涌出 面 源：生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出 源：開采層瓦斯涌出源：鄰近層瓦斯涌出源：煤壁瓦斯涌出源：落煤瓦斯涌出匯：礦井瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出源：已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出面源：生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出掘進(jìn)工作面瓦斯涌出k2=； k3 ——準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)工作面煤體瓦斯涌出 影響系數(shù)， k3=（ L2h/L）； L ——工作面長度，取 L=210m； h ——巷道瓦斯預(yù)排等值寬度， 無煙煤、貧煤取 10m，瘦煤、焦煤取 14m；其他煤種取 18m，由礦井資料可知， 3號(hào)煤層煤為 焦 煤， h取 10； 取 h=14m； k4——不同通風(fēng)方式的瓦斯涌出系數(shù)， U型通風(fēng)取 ， Y型通風(fēng)取 ～ ； k5——本煤層 抽采 瓦斯影響系數(shù)，取 ～ ； m ——煤層的實(shí)際厚度， M—煤層的開采厚度， m/M=； Woi——煤層原始瓦斯含量， Woi= m179。 iini cii MmWWq ????? ??1 02 )( （ 32） 式中 oiW —— 第 i 鄰近層煤層原始瓦斯含量， m3/t，取 己 16 煤瓦斯含量 。 ηi—— 第 i 個(gè)鄰近層瓦斯排放率， 52%. 鄰近層 己 16 煤瓦斯涌出量 q 鄰 為： ????? ）（鄰q m179。 表 32 煤瓦斯涌出量計(jì)算表 序號(hào) 參數(shù) 單位 3 煤綜采面 一 開采層參數(shù) 1 圍巖瓦斯涌出系數(shù)， 1K 2 工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)， 2K 3 準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù) 3K 4 瓦斯涌出度系數(shù) ， 4K 5 開采層厚度， m m 6 煤層原始瓦斯含量 oiW m179。/t 2 鄰近層瓦斯涌出量 鄰q m179。/ t 則 己三采區(qū) 己 16煤開采層（包括圍巖）瓦斯涌出量 為 : ?????????? ）（開q (2)鄰近層瓦斯涌出量預(yù)測(cè) 鄰近層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)按照公式（ 32）計(jì)算 參數(shù)取值： oiW =； ciW =； mi=； M=； ηi=56% 則 鄰近層 己 162 號(hào) 煤瓦斯涌出量 q 鄰 為： ????? ）（鄰q m179。 表 32 煤瓦斯涌出量計(jì)算表 序號(hào) 參數(shù) 單位 3 煤綜采面 一 開采層參數(shù) 1 圍巖瓦斯涌出系數(shù)， 1K 2 工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)， 2K 3 準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù) 3K 4 瓦斯涌出度系數(shù) ， 4K 5 開采層厚度， m m 6 煤層原始瓦斯含量 oiW m179。/t 2 鄰近層瓦斯涌出量 鄰q m179。/t，鄰近層瓦斯涌出量為 m179。/t， 其中開采層瓦斯涌出量 179。 4 平煤四礦煤層瓦斯 抽采技術(shù) 瓦斯 抽采 的必要性 及可行性 分析 瓦斯抽采必要性研究 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第 145 條規(guī)定， “有下列情況之一的礦井，必須建立地面永久瓦斯 抽采 系統(tǒng)或者臨時(shí)瓦斯 抽采 系統(tǒng)： （ 1） 1 個(gè)采煤工作面瓦斯涌出量大于 5m179。/min； ② 年產(chǎn)量 ～ 的礦井，大于 30m179。/min； （ 3）開采具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的； （ 4）高瓦斯礦井 [14]。/t，鄰近層瓦斯涌出量為 m179。/t， 其中開采層瓦斯涌出量 179。原煤炭工業(yè)部頒布的《礦井瓦斯 抽采 管理規(guī)范》規(guī)定的開采層預(yù)抽瓦斯可行性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見下表 。d ，表明本礦區(qū)煤層透氣性較差、煤層比較松軟破碎、鉆孔較困難、采用本煤層預(yù)抽瓦斯有一定難度。 瓦斯抽采方法的選取原則 合理選擇 抽采 方法是提高 抽采 效果的關(guān)鍵，選擇 抽采 方法應(yīng)深入分析煤層賦存條件、瓦斯來源及涌出規(guī)律、開采布置及開采程度、巷道布置條件， 抽采 設(shè)備的能力及經(jīng)濟(jì)條件，瓦斯利用前景等，以求達(dá)到最佳效果。其主要目的在于降低煤層中的瓦斯含量，以減 少回采工作面或巷道掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量，防止工作面或巷道風(fēng)流中的瓦斯體積分?jǐn)?shù)超