【正文】 下石盒子組、上石盒子組、石千峰組、平頂山砂巖、第四系黃土坡沙礫石，其中太原組、下石盒子組、上石盒子組為含煤地層，含煤21～56層，～,其中可采煤層七層,分別為庚己161己1戊9戊丁5丙3。太原組由生物碎屑、灰?guī)r、泥巖、泥質(zhì)砂巖和煤組成，含煤6～9層，常見(jiàn)7層，其中庚20煤層為本區(qū)可采煤層。底部鋁土泥巖段：～12m，由淺灰色、乳白色鋁土質(zhì)泥巖組成，有硫鐵礦結(jié)核，層位穩(wěn)定，是確定寒武系與石炭系的良好標(biāo)志層（K1）。庚20直接頂為L(zhǎng)5灰?guī)r，含有燧石結(jié)核，厚度變化不大，是區(qū)內(nèi)良好的標(biāo)志層（K2），灰?guī)r中含有豐富的動(dòng)物化石，主要有長(zhǎng)似紡錘蜒、阿爾卑皺壁蜒、希瓦格蜒未定種，簡(jiǎn)單麥粒蜒等。上部灰?guī)r段：～33m，平均18. 0m，由LL2灰?guī)r、泥巖、砂質(zhì)泥巖組成，L1為泥灰?guī)r，L2灰?guī)r為深灰色，含豐富的方解石脈，常見(jiàn)化石為蜒類和足類。根據(jù)豐富的動(dòng)植物化石和其它沉積特征，本組為三角洲平原至潮坪沉積。三煤段（戊組煤）：～，含煤5～9層，其中戊戊910煤層為全區(qū)可采煤層，戊9與戊10煤層有分叉合并現(xiàn)象。該層砂巖俗稱砂鍋窯砂巖，為區(qū)域標(biāo)志層（K5），是劃分山西組和下石盒子組的區(qū)域性標(biāo)志，其上為大紫斑泥巖（K6），大紫斑泥巖厚度大，一般在12m左右，呈紫紅色，局部為灰綠色，是區(qū)域良好標(biāo)志層，K5距戊910煤層一般93m，距己1617煤層一般70m左右，本段富含動(dòng)植物化石主要有舌形貝定種、劍瓣輪葉、中國(guó)瓣輪葉、東方櫛羊齒、中國(guó)始蘇鐵等。底部砂巖俗稱四底砂巖（K7），層位穩(wěn)定，是劃分三、四煤段的標(biāo)志層，K7距丁56煤層一般40m左右。五煤段（丙煤段）本段為深灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰色細(xì)～中粒長(zhǎng)石石英砂及煤層，局部含紫斑泥巖，含煤3～5層，其中丙3煤層為局部可采煤層。 煤層己組煤層賦存于二疊系山西組，該組發(fā)育煤層4～6層，其中己1己1己17煤層為可采煤層，己1己17煤大部分地段合層，局部分層?！?2176。己1617煤層呈塊狀、片狀、粉末狀，～，含夾矸0～3層，大部分地段為一層夾矸，局部夾矸較厚，4820孔、造成己16與己17分層；4714714819孔揭露己17底部由1～2層薄層夾矸和薄煤組，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但對(duì)實(shí)際生產(chǎn)沒(méi)有影響。區(qū)內(nèi)有兩個(gè)鉆孔揭露特別，一個(gè)是50′15孔，己1617煤層厚度9m，一個(gè)是4916孔。 煤質(zhì)己15煤層物理性質(zhì)：己15煤層呈厚層狀,具條帶狀結(jié)構(gòu)，破壞后呈塊狀、粒狀，煤質(zhì)較硬，煤巖類型以半亮型煤、亮煤為主，單向抗拉強(qiáng)度Rt=44N/cm2，堅(jiān)固性系數(shù)F=，普氏硬度f(wàn)=1～2，單向抗壓強(qiáng)度Rc=915N/cm2。己1617煤層物理性質(zhì)： 16呈塊狀、粒狀，己17呈片狀、粉末狀，己1617煤層的各種物理參數(shù)與己15相近，己17煤層的單向抗拉強(qiáng)度Rt=30N/cm2，堅(jiān)固性系數(shù)F=，普氏硬度f(wàn)=1，單向抗壓強(qiáng)度Rc=793N/cm2。見(jiàn)表2表23。在采區(qū)西南，有龍門口水庫(kù)，此水庫(kù)緊鄰己四采區(qū)，但由于鍋底山斷層阻隔，加上南部地表第四系覆蓋層隔水層較厚，對(duì)己四采區(qū)水文條件無(wú)影響。（二）采區(qū)邊界條件己四采區(qū)位于諸葛廟背斜西翼，己1617煤層底板呈東高西低，采區(qū)南部、西部由鍋底山斷層及分支阻斷了來(lái)自南部及西南部區(qū)域的地下水補(bǔ)給，北部可視為隔水邊界，己四采區(qū)上部的東邊與本礦三采區(qū)相鄰，目前，己三采區(qū)頂板砂巖水已基本排完，因此，本采區(qū)形成了一個(gè)半封閉的水文地質(zhì)塊段，與區(qū)域地下水聯(lián)系較弱，垂向上有多層厚度較大的隔水層相阻隔，在生產(chǎn)過(guò)程中，地下水消耗以凈儲(chǔ)量為主。間接充水含水層為L(zhǎng)7灰?guī)r含水層及寒武系白云質(zhì)灰?guī)r含水層，其它含水層對(duì)煤礦生產(chǎn)影響較小。己組煤層底板隔水層為己組煤層底板厚約10m左右的砂質(zhì)泥巖、泥巖隔水層和L2～L5之間的砂質(zhì)泥巖段隔水層，前者一般可阻斷L2灰?guī)r水直接進(jìn)入礦坑，后者一般可阻斷L2與L7灰?guī)r水之間的水力聯(lián)系，太原組底部的鋁土質(zhì)泥巖厚度穩(wěn)定，可阻斷寒武系灰?guī)r水。頂板砂巖含水層之間在正常情況下水力聯(lián)系較弱，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)證明，同層砂巖水在傾向上受重力作用，滲透能力較強(qiáng)，滲透系數(shù)最大可達(dá)K=，頂板砂巖水水質(zhì)類型為HCO3Na，經(jīng)測(cè)試，PH值試紙呈淺綠色，呈弱堿性?？傊核牟蓞^(qū)頂板砂巖水與其它含水層聯(lián)系較差，礦坑充水以消耗凈儲(chǔ)量為主，易于疏干。太原組灰?guī)r水水質(zhì)類型為HCO3CaMg及HCO3CaNa，富含H2S氣體，具有強(qiáng)烈刺激氣味，水溫43176。C，PH試紙呈淺黃色，PH值為6～7，呈中性偏弱酸。己組煤頂板砂巖水在沒(méi)有開(kāi)采情況下，由于各含水層之間有隔水層存在，各含水層之間水力聯(lián)系較差，開(kāi)采后采空區(qū)上方產(chǎn)生斷裂，裂隙帶高度最大可達(dá)80m，基本能貫穿己組頂板砂巖含水層，采空區(qū)上方砂巖水通過(guò)裂隙導(dǎo)入采空區(qū)，另外，采空區(qū)上部階段頂板砂巖水在重力作用下，沿巖層傾斜方向滲入采空區(qū)，對(duì)采空區(qū)上部階段砂巖水起排泄作用，如己1723140先回采后，上部采面己17231己1723080在回采過(guò)程中基本沒(méi)有進(jìn)行排水。從宏觀上看，己四采區(qū)位于平頂山礦區(qū)灰?guī)r地下水的滯留帶，目前，鍋底山斷層以南灰?guī)r水位+56m，以北灰?guī)r水位238m，證明鍋底山斷層有效阻隔了西部及南部的地下水補(bǔ)給，地下水運(yùn)動(dòng)條件差，灰?guī)r巖溶發(fā)育程度弱，灰?guī)r含水層賦水性差，以凈儲(chǔ)量為主，易于疏干，而且還受東部二礦灰?guī)r地下水降落漏斗和本礦己三采區(qū)開(kāi)采影響，灰?guī)r水位近幾年迅速下降，從94年至今，灰?guī)r水已下降74m。（六）涌水量計(jì)算由于本采區(qū)沒(méi)有水文孔，考慮到己四采區(qū)與己三采區(qū)水文地質(zhì)情況相近，涌水量預(yù)計(jì)采用相關(guān)比擬法。二、煤層瓦斯含量；～。四、百米鉆孔瓦斯流量實(shí)測(cè)百米鉆孔瓦斯流量11～30L/。 采區(qū)瓦斯儲(chǔ)量根據(jù)所提供己四采區(qū)煤層瓦斯含量和儲(chǔ)量，；。根據(jù)《MT501896礦井瓦斯抽放工程設(shè)計(jì)規(guī)范》：設(shè)計(jì)瓦斯抽放率，可根據(jù)煤層瓦斯抽放難易程度、瓦斯涌出情況、采用的抽放瓦斯方法等因素綜合確定；也可參照鄰近生產(chǎn)礦井或條件類似礦井的數(shù)值選取。根據(jù)《AQ10272006煤礦瓦斯抽放規(guī)范》：瓦斯抽出率：——預(yù)抽煤層瓦斯的礦井：礦井抽出率應(yīng)不小于20%，回采工作面抽出率應(yīng)不小于25%；——鄰近層卸壓瓦斯抽放的礦井：礦井抽出率應(yīng)不小于35%，回采工作面抽出率應(yīng)不小于45%；——采用綜合抽放方法的礦井：礦井抽出率應(yīng)不小于30%；——煤與瓦斯突出礦井：預(yù)抽煤層瓦斯后。1 井（或采區(qū)）瓦斯抽放率的測(cè)定與計(jì)算：在瓦斯抽采站的抽采主管上安裝瓦斯計(jì)量裝置，測(cè)定礦井每天的瓦斯抽采量。每月底按式（33）計(jì)算礦井月平均瓦斯抽采率。每月底按式（34）計(jì)算工作面月平均瓦斯抽采率。抽放率為35%。根據(jù)瓦斯可抽量及年瓦斯抽放量，己四采區(qū)服務(wù)年限為16a。4 瓦斯抽放的必要性和可行性論證 瓦斯抽放的必要性礦井瓦斯抽放可有效地降低風(fēng)流中瓦斯?jié)舛龋瑴p少礦井風(fēng)量，降低通風(fēng)費(fèi)用。建立瓦斯抽放系統(tǒng)可有效地降低風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?，從而解決瓦斯超限問(wèn)題。綜上所述，從礦井安全生產(chǎn)方面考慮，建立己四采區(qū)瓦斯抽放系統(tǒng)是十分必要的。⑵礦井絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到以下條件的：①大于或等于40m3/min；②～，大于30m3/min；③～，大于25m3/min；④～，大于20m3/min；⑤，大于15m3/min。 通風(fēng)處理瓦斯量核定當(dāng)一個(gè)礦井、采區(qū)或工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量大于通風(fēng)所能允許的瓦斯涌出量時(shí)，就要抽放瓦斯，即：= （41）式中：q—礦井采區(qū)或工作面）的瓦斯涌出量，m3/min；qf—通風(fēng)所能承擔(dān)的最大瓦斯涌出量，m3/min；v—通風(fēng)巷道（或工作面）允許的最大風(fēng)速，m/s；S—通風(fēng)巷道（或工作面）斷面積，m2；C—《煤礦安全規(guī)程》允許的風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛龋?；K—瓦斯涌出不均衡系數(shù)，~。 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)己15煤采面開(kāi)采期間瓦斯涌出量預(yù)測(cè)按瓦斯含量計(jì)算工作面的瓦斯絕對(duì)涌出量，其計(jì)算如下：（1）開(kāi)采層瓦斯涌出量計(jì)算 （42）=（）1015/（2460）= m3/min式中：q1 —本煤層開(kāi)采涌入工作面的瓦斯量，m3/min k1 —圍巖瓦斯涌出系數(shù)， A —己15采面工作面日產(chǎn)量， 1015t/d X0 —煤的瓦斯原始含量，m3/t Xc —煤的殘存瓦斯含量，m3/t，取經(jīng)驗(yàn)值X1=3 k2 —工作面丟煤系數(shù)，取回采率的倒數(shù)，k2 =； k3 —工作面巷道瓦斯預(yù)排影響系數(shù)，k3 =（L2h）/L ≈ m — 開(kāi)采層厚度，己15煤層厚度m=； M — 開(kāi)采層采高，M=； L — 工作面長(zhǎng)度，200m； h — 掘進(jìn)巷道預(yù)排等值寬度，24m。根據(jù)礦方提供的資料，己三采區(qū)己15煤層與己1617煤層相距5m，瓦斯相對(duì)涌出量的60%涌入己15煤層采空區(qū)，而在己四采區(qū)兩煤層相距11m，所以，預(yù)計(jì)己1617煤層瓦斯涌出量的約40%涌入己15煤層采空區(qū)。 A — 己15采面日產(chǎn)量1015t/d，（3）采煤工作面瓦斯涌出量計(jì)算q =q1+q2 （44） =+ = m3/min己1617煤層采面開(kāi)采期間瓦斯涌出量預(yù)測(cè)己1617煤層為被解放層，瓦斯相對(duì)涌出量的40%涌入己15煤層采空區(qū)，開(kāi)采己1617煤層時(shí)， m3/t。b、煤壁瓦斯涌出量 （47）=2（2）= m3/min式中：n — 暴露煤面?zhèn)€數(shù)，單巷掘進(jìn)時(shí)n=2；m — 煤層厚度，m；V — 平均掘進(jìn)速度，m/min；L0 — 巷道瓦斯涌出量達(dá)到最大穩(wěn)定值時(shí)的巷道長(zhǎng)度，m；qv=[（Vr2）+] X0=[282+]=式中：Vr — 煤的揮發(fā)份，%；qj = qL + qm =+= m3/min式中：qj — 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量，m3/min；qL — 掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量，m3/min；qm —— 掘進(jìn)煤壁瓦斯涌出量，m3/min。己1617煤層掘進(jìn)時(shí)，工作面瓦斯絕對(duì)涌出量計(jì)算過(guò)程如下：a、己1617煤層掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量 （48）=（）= m3/minb、煤壁瓦斯涌出量 （49）=2（2）= m3/min式中：qv=[（Vr2）+] X0=[282+]=qj = qL + qm=+= m3/min（3）巖巷掘進(jìn)工作面～，掘進(jìn)過(guò)程中瓦斯涌出量很小，可以忽略。q=+++=。通過(guò)上述計(jì)算與分析，根據(jù)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果，只有在抽放后，通過(guò)風(fēng)排才可以保證己四采區(qū)安全生產(chǎn)。 鄰近層抽放瓦斯的可行性根據(jù)煤層賦存條件及開(kāi)拓開(kāi)采布置，己四采區(qū)可以采用鄰近層抽放瓦斯，但鉆孔參數(shù)不好掌握。實(shí)測(cè)百米鉆孔瓦斯流量12 ~ 30L/,抽放管內(nèi)濃度達(dá)35～45%，最高達(dá)65%。綜合鄰近生產(chǎn)礦實(shí)測(cè)指標(biāo)和實(shí)際抽放效果，可說(shuō)明本礦瓦斯抽放是可行的。并應(yīng)符合下列要求：a)盡可能利用開(kāi)采巷道抽放瓦斯，必要時(shí)可設(shè)專用抽放瓦斯巷道；b)適應(yīng)煤層的賦存條件及開(kāi)采技術(shù)條件；c)有利于提高瓦斯抽放率；d)抽放效果好，抽放的瓦斯量和濃度盡可能滿足利用要求；e)盡量采用綜合抽放；f)抽放瓦斯工程系統(tǒng)簡(jiǎn)單，有利于維護(hù)和安全生產(chǎn)，建設(shè)投資省，抽放成本低。 采區(qū)瓦斯來(lái)源分析礦井瓦斯來(lái)源是確定抽放方法的主要依據(jù)，因此，應(yīng)盡量詳細(xì)地做好以下測(cè)量工作：――必須測(cè)定出掘進(jìn)、采煤與采空區(qū)的瓦斯涌出量分別占全礦井瓦斯涌出量的比例；――必須準(zhǔn)確地判斷出采區(qū)工作面的瓦斯主要來(lái)自本煤層還是鄰近層。由于己15煤采面為近距離開(kāi)采保護(hù)層采面，己15煤層與己1617煤層層間距厚度不均，在開(kāi)采過(guò)程中己1617煤層瓦斯釋放入該采面，尤其是采空區(qū)附近。瓦斯抽放方法及各方法的抽放率詳見(jiàn)《AQ10272006煤礦瓦斯抽放規(guī)范》附錄B。（1）為提高瓦斯抽放率應(yīng)采用開(kāi)采層、采空區(qū)相結(jié)合的綜合抽放方法；（2）當(dāng)井下采掘工作所遇到的瓦斯主要來(lái)自開(kāi)采層本身，只有抽放開(kāi)采層本身的瓦斯才能解決問(wèn)題時(shí)，應(yīng)采用開(kāi)采層瓦斯抽放；（3）工作面后方采空區(qū)瓦斯涌出量大，危害工作面安全生產(chǎn)或老采空區(qū)瓦斯積存量大，向鄰近的回采工作面涌出瓦斯量多以及增大采區(qū)和采區(qū)總排瓦斯量，應(yīng)采取采空區(qū)瓦斯抽放；（4）對(duì)于瓦斯含量大的煤層，在煤巷掘進(jìn)時(shí)，難以用加大風(fēng)量稀釋瓦斯，可在掘進(jìn)工作開(kāi)始前對(duì)煤層進(jìn)行大面積預(yù)抽或采取邊掘邊抽的方法加以解決；（5）對(duì)于煤層透氣性較低，采用預(yù)抽方法不易直接抽出瓦斯，掘進(jìn)時(shí)瓦斯涌出不很大而回采時(shí)有大量瓦斯涌出的煤層，可采用邊采邊抽或增大孔徑和孔長(zhǎng)及鉆孔密度等措施進(jìn)行抽放瓦斯的方法；（6）若圍巖瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂縫帶儲(chǔ)存有高壓瓦斯并噴出時(shí)，應(yīng)采取圍巖瓦斯抽放措施。為達(dá)到降低回采時(shí)的絕對(duì)瓦斯涌出量，控制采面瓦斯超限事故，考慮五礦現(xiàn)有抽放手段。 鉆孔及鉆場(chǎng)布置及封孔方法順層平行鉆孔預(yù)抽（1）抽放層位開(kāi)孔位置在己15煤層上、下順槽，鉆孔終孔位置位于己15煤層中。（3