【正文】 圖 技術路線圖 確定瓦斯抽采參數 瓦斯抽采的效果預測和分析 瓦斯涌出量預測與瓦斯涌出量計算 瓦斯抽采的必要性和可行性分析 瓦斯抽采方 法研究 根據實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。 地形地貌 平頂山煤田地處汝河以南、沙 河以北的低山丘陵地帶。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。 氣候條件 本區(qū)屬大陸性半干旱氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，四季分明。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%。平均絕對濕度 ，平均相對濕度 67%，最大凍土深度 14mm（ 1977 年 1 月 30 日）。 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造的切割，形成相對獨立的水文地質單元?！?50176?！?30176。南北分水嶺之間為西窄東寬的槽形谷地，其間多被第四系坡積沖積物覆蓋。左右。主要含水層段為寒武系中統(tǒng)張夏組鮞狀灰?guī)r和上統(tǒng)崮山組白云質灰?guī)r，兩組灰?guī)r厚度為 200m 左右，為 含煤地層基底，己 16 煤層底板間接充水含水層。 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，硅質和鈣質膠結。水質類型Ｈ CO3Na。 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。 ④ 第四系松散孔隙含水層 第四系厚度 0～ 43m，系出露地表巖層經風化后 堆積于山麓，主要由砂礫石組成，在溝谷地帶有季節(jié)性下降泉出露，泉流量 ～ 3L/s，水質類型Ｈ CO3Ca型。 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～巨厚層狀白云質灰?guī)r。 石炭系太原組 上界為Ｌ 1 灰?guī)r的頂面，或為山西組底部砂質泥巖的底面，下界為本溪組鋁土質泥巖的頂面，或Ｌ 7 灰?guī)r的底面，厚度為 53～ 86 米，平均 米，由深色生物碎屑灰?guī)r、燧石灰?guī)r、泥巖、砂質泥巖、粉砂巖和煤組成，間夾菱鎂質泥巖薄層，庚組煤位于本組下部灰?guī)r的上部。含煤 2～ 5 層，為己組煤。依據巖性和含煤性，自下而上分為戊組煤、丁組煤和丙組煤。主要由灰白色、灰黃色泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、中～細粒砂巖及劣質煤層組成。 二疊系石千峰組在井田內出露不全，厚度 0～ 255 米，平均 米。 第四系厚 0～ 33 米，平均為 米。受區(qū)域構造的控制，特別是李口向斜及鍋底山正斷層的影響井田構造總體上為一北北東向緩傾斜的單斜構造，地層走向 100176。傾角 6176。 褶曲 :井田內褶皺主要為晉溝向斜，該向斜在井田內的南東部較為明顯，向北西方向在 3918 孔北約 150 米處消失，延伸長度 2021 米左右，它對井田內各煤層的產狀，巷道布置均有一定影響，但由于甚為開闊，故伴生構造少見，對煤層厚度影響也不明顯，僅局部對生產影響較大。 斷層：斷層走 向 N25176。W，傾向南西，傾角 60176。落差 110～ 200 米，位置在四礦西南，三礦西北部，在一、四、六擴勘區(qū)內有六個鉆孔控制，地表有零星露頭控制。含煤地層厚 5561090m，平均為 796m，含煤 21～ 56 層，主要含煤地層為二疊統(tǒng)山西組的己組煤。 己 15煤層：位于山西組下部，上距砂鍋窯砂巖 39～ 81m，平均 60m。 己 15 煤層厚 ～ ，平均 3m。在井田范圍內，從東向西煤層厚度變簿，穩(wěn)定煤層。 己 16煤層厚 — 平均 10m。矸，多數為一層，屬結構簡單型煤層。據鉆孔及井下揭露資料可知， 己 16煤層厚度一般較穩(wěn)定 ， 屬全區(qū)較穩(wěn)定可采煤層。層狀構造。 己 16煤層：黑色，玻璃光澤，多具條帶狀結構，層狀構造，結構疏松 ，易成粉末。平均容重 t/m179。原煤靜止角為 ，摩擦角為 ，散煤容重為 179。 （ 2） 目前本 礦井的工業(yè)儲量 ，礦井設計儲量為 ，礦井設計可采儲量為 。 （ 2）目前礦井尚有的服務年限： aKA ZT ????? （ 21） 式中： T——礦井 尚有 服務年限， a Z——礦井可采儲量， A——礦井設計生產能力， K——儲量備用系數 K= 井田開拓 由于煤層埋藏比較深，井田范圍里沒有煤層露頭，采用斜井開拓井筒過長，以至初期建井時間過長，斜井不能打在煤層底下，況且要給它留較多煤柱，所以選擇用立井開拓。 立井開拓井筒短，提升能力大，對輔助提升特別有利。 平煤四礦 礦井開拓方式為立井開拓，工業(yè)廣場布置有三個立井。其中一水平深部回采標高為 510m，二水平深部回采標高 600m，三水平深部開采標高為 800m。平煤四礦煤層賦存比較穩(wěn)定，可采煤層主要為 己 16煤層，平均傾角 8176。煤層平均厚度為 。底板為波浪帶砂巖。 井下運輸 根據礦井井下開拓系統(tǒng)和采區(qū)回采工作面的布置，確定煤炭矸石材料設備和人員在內的運輸系統(tǒng)如下： (1) 煤炭運輸系統(tǒng) 綜采工作面的煤炭 ——區(qū)段運輸平巷 ——運輸上山 ——采區(qū)煤倉 ———運輸大巷 ——井底中央煤倉經主井提升至地面 (2) 設備材料和人員的運輸系統(tǒng) 副井罐籠中的設備（材料、人員） ——井底車場 ——運輸大巷 ——采區(qū)軌道上山 ——區(qū)段運輸平巷 ———綜采工作面。 礦井通風 本礦井為 生產礦井，根據生產中的情況可確定本礦井為 突出 礦井。 表 22 四礦 2021年以來礦井礦井瓦斯涌出量 年度 絕對量 (m179。/t) 瓦斯等級 2021 年 突出 2021 年 突出 2021 年 突出 2021 年 7． 8 突出 2021 年 突出 2021 年 突出 2021 年 突出 2021 年 44 突出 2021 年 突出 四礦通風方式為中央混合式 ， 通風方法為抽出式 ， 每個采區(qū)均有獨立的通風系統(tǒng)。目前一水平回風井擔負戊九采區(qū)的回風，采區(qū)為 “兩進一回 ”通風方式；二水平回風井擔負己三采區(qū)、庚一采區(qū)的通風任務，兩個采區(qū)為并聯通風網絡，實現分區(qū)通風，其中己三采區(qū)為 “兩 進 一 回 ”通風方式，庚一采區(qū)為 “兩進一回 ”通風方式；三水平回風井擔負三水平開拓工程和丁九采區(qū)的通風，兩個采區(qū)為并聯通風網絡，實現分區(qū)通風，其中三水平開拓工程為 “兩進兩回 ”通風方式，丁九采區(qū)為 “二進一回 ”通風方式。目前礦井總進風量 22732m179。/min， 己三采區(qū)進風量 6788m179。/min， 庚一采區(qū)進風量 2499m179。/min， 其它進 采區(qū) 風量 354m179。 總回風量 23801 m179。/min， 四礦一水平風井系統(tǒng)安裝 2 臺型號為 主要通風機 ， 配套電機型號為 YR10006/1180，額定功率 1000KW，現運行 2＃風機，風葉角度 10176。/min，負壓為 3800Pa；二水平風井系統(tǒng)安裝 2 臺 FBD606 對旋式風機，配套電機型號 YBF630 ㎡ 8710，額定功率 2710KW，現運行 1＃風機，風葉角度 3176。/min，負壓為 3950Pa；三水平風井系統(tǒng)安裝兩臺 FBDZ10№38 型對旋式通風機，配套電機為 YBF800M110 型，額定功率 21120KW，風葉角度 25176。/min， 負壓 1680 Pa。/t；在己三采區(qū)免揭煤巷東幫下幫 546 米實測 己 15 煤層瓦斯壓力為 ， 煤層 瓦斯含量為 179。 本章小結 （ 1） 平煤四礦 總面積約 ㎡ ，井田地質儲量為 ， 設計服務年限為 建井之初生產能力為 ，經過不斷的技術改造， 2021 年 以來 設計生產能力 達到 ， 開拓方式為 立井 開拓 。 （ 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。 （ 4）介紹了礦井瓦斯涌出情況以及通風系統(tǒng)和井下運輸系統(tǒng)。 3 煤層瓦斯涌出量預測 煤層瓦斯的基本參數 煤 層瓦斯基本參數是工作面瓦斯涌出量預測、 抽采 瓦斯可行性評價、突出危險性鑒定、瓦斯綜合治理措施的制定及瓦斯 抽采 系統(tǒng)設計的依據，它受煤質、埋藏深度、地質構造和覆蓋層厚度以及透氣性等諸多因素的影響。/t 或者 m179。 平煤四礦 煤層瓦斯 含量 為： 己 15煤層 原始瓦斯含量為 m179。/ t。/t， 煤的平均殘存瓦斯含量為 m179。 己 15煤層 瓦斯壓力為 ， 己 16煤層 瓦斯壓力為 。根據實際測得， 己 15煤層 的透氣性系數為 ㎡ /（ MPa2 百米鉆孔 瓦斯流量及其衰減系數 瓦斯從煤層中涌出的速度（流量）隨時間的延長而衰減。 根據實際測量， 3煤層的百米鉆孔瓦斯流量衰減系數為 。 煤層瓦斯的生成和賦存 瓦斯的生成 廣義的礦井瓦斯是指從煤、巖中涌向礦井巷道的自然瓦斯，在采掘過程中所形成的 瓦斯，井下空氣與有用礦物、圍巖、支架和其他材料之間的化學或生物化學反應所形成瓦斯的總稱。煤的原始母質沉積以后，一般經歷 2 個成氣時期： （ 1）從植物遺體到泥炭的生物化學時期； （ 2）在地層的高溫高壓作用下從褐煤到無煙煤的煤化變質作用成氣時期。除了煤變質生成的瓦斯外，還有其他來源的自然瓦斯，如： （ 1）生物化學來源的瓦斯。在成煤的沼澤中，當有足夠的氧參與生物 化學反應時，有機物發(fā)生分解，形成含氧的瓦斯，其成分為 CO N2和硫的氧化物等。在成煤過程中，隨著煤層上部覆蓋層厚度的增加和溫度的逐漸升高，微生物隨之停止活動，不再生成生物化學來源的瓦斯。 （ 2）放射性分解的瓦斯。煤層中的 He 實際上是處于游離狀態(tài)，而并不被煤所吸附，其中大部分 He可由深部運移向地表。由于地質構造變動，當煤層暴露于地表時， CON2 和稀有氣體便可滲入煤層中。 （ 4）巖石的變質瓦斯。 影響瓦斯生成的因素 由于煤層中瓦斯主要是煤化變質作用的產物，因而煤中瓦斯生成量的多少和煤的變質程度、變質分帶及其煤巖組分有一定的關系。煤的組成比較復雜，是一種固體可燃有機巖。從煤巖學角度看，煤層瓦斯的生成取決于煤巖組分和成煤作用。殼質組在整個成煤過程中都能產生瓦斯，其瓦斯生成量和揮發(fā)份產率最高；但是，它在煤中所占的比例很少，其作用不大。在煤化變質作用過程中，瓦斯不斷地產生，由于煤層瓦斯的伴生量直接依賴于煤化變質程度，所以煤的變質程度越高 ，產生的瓦斯量就越多。從地質時代上看，煤變質總體規(guī)律表現為：晚古生代以中、高變質煤占較大比例，尚未發(fā)現低變質煤；中生代以中、低變質煤為主，并伴隨有高變質煙煤以至無煙煤；第三紀不僅有褐煤，而且也有低變質煙煤。 煤層瓦斯的賦存 煤體中賦存瓦斯的多少不僅 對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以及發(fā)生災害的危險性大小；因此，研究煤層中瓦斯的賦存狀況對礦井瓦斯研究的有著重要的作用。固體表面的吸附作用可以分為物理吸附和化學吸附兩種類型，煤對瓦斯程度吸附作用是物理吸附，是瓦斯分子和碳分子之間相互吸引的結果。 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，則會破壞動態(tài)平衡，而產生新的平衡狀態(tài)。 煤之所以具有吸附性是由于煤結構中分子的不均勻分布和分子作用力的不同所致，這種吸附性的大小主要取決于三個方面的因素，即： （ 1）煤結構、煤的有機組成和煤的變質程度；（ 2）被吸附物質的性質；（ 3）煤體吸附所處的環(huán)境條件。 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。異常瓦斯涌出是事先不能確切知道它的發(fā)生地點和強度，它是在短時間發(fā)生的，在礦井瓦斯平衡中，只在很少的情況下才起明顯的作用。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。 （ 1）在鉆孔壁、巷道兩幫、煤柱等固定表面上，單位面積上的瓦 斯涌出量一般隨煤壁暴露時間的增長而逐漸減少。 （ 3）巷道中的瓦斯涌出一部分來自掘進工作面，這部分的瓦斯涌出量是由于工作面前方煤體產生突然地應力變化和煤體破碎；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。 鄰近層和圍巖中的瓦斯涌出 當開采煤層附近的地層中具有鄰近煤層或大量不可采的煤層時，一般情況下，在煤層開采后，由于圍巖的移動和地應力的重新分布，在地層中造成大量的裂隙，可使頂底板附近煤層中的瓦斯大量涌入開采空間。一般情況下，處于冒落區(qū)的鄰近煤層有些將會直接向采空區(qū)放散，而有一些則是通過裂隙向采空區(qū)放散瓦斯。 通常情況下，上部卸壓變形區(qū)域排