【正文】 必要性及可行性、抽采瓦斯量預(yù)計； （ 2）抽采瓦斯方法及抽放工藝設(shè)計，抽采瓦斯鉆場與鉆孔參數(shù)設(shè)計； （ 3）井下移動抽采泵站的位置選擇、供水、供電、通訊等設(shè)計； 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2 （ 4）工程中所需設(shè)備、儀器、儀表及附屬裝置等選型及安裝設(shè)計； （ 5）井下抽采泵站及井下管網(wǎng)的檢測、監(jiān)控系統(tǒng)布置； （ 6） 抽采 瓦斯管理措施及安全措施； （ 7）抽采 所需設(shè)備清單及工程投資概算。該礦新井工業(yè)廣場位于陳莊村的陳莊大樓東約 300m 處，禹（州）一磨（街）公路南側(cè)，東距文殊鎮(zhèn) 5km，西距磨街鄉(xiāng) 5km。（見圖 1l）。西部、中部為構(gòu)造剝蝕類型的低山丘陵區(qū)，東北部文殊一帶為沖、洪積山前崗地。西北側(cè)灰?guī)r裸露，山坡坡度大、溝谷發(fā)育、形成狹窄的 “ V” 字型谷；南東牛頸山、跑馬嶺、云蓋山構(gòu)成單面山地形，其南坡坡角 4～ 13176。 左右，為坡度陡峻的剝蝕坡。烏江河為唯一的季節(jié)性河流，經(jīng)陳莊、文殊店注 入汝河，流量 ～ ，洪峰期間每秒可達數(shù)立方米，河曲比較發(fā)育，并具有河谷坡降大、流速快、地表水下滲不易的特點。最高氣溫 ℃ （ 1972 年 6 月 11 日），最低氣溫 – ℃ （ 197l 年1 2 月 27日），歷年平均氣溫 ℃ ，月平均最高氣溫 ℃ （ 1971 年 7 月），最低氣溫 – ℃ （ 1977 年 1 月）。雨季主要集中在 6～ 9月份。 夏季多西南和東南風(fēng)，冬季多西北、北和東北風(fēng)，年平均風(fēng)速 10m/s。冰凍期一般為 11 月至次年 3月初，最大凍結(jié)深度約 18cm。解放后，禹州成立了地震觀測臺。其中 2級以上地震 6次。 生產(chǎn)礦井及老窯 河南永錦能源有限公司云蓋山煤礦一礦、二礦、棗園煤礦原屬禹州中鋒云蓋山煤業(yè)有限責(zé)任公司，采礦許可證范圍內(nèi)有 3 個開采二 1煤層的煤 礦，即：永錦能源有限公司云蓋山煤礦二礦、永錦能源有限公司云蓋山煤礦一礦、禹州中鋒棗園煤礦，相對位置關(guān)系見下圖 （ 112） 。 電源條件 棗園礦 35kV 變電所新建，位于礦井工業(yè)場地西側(cè)，雙回電源分別引自文殊 110kV變電站和云蓋山 35kV 變電所。兩回線路長度分別為 及 。地下水寒武系上統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r含水層 (Ⅰ) 富水性強，可做為礦井生活用水水源。 井田地質(zhì)特征 地質(zhì)構(gòu)造 本煤礦位于禹州礦區(qū)西緣，總體為一走向北東、傾向南東的單斜構(gòu)造形態(tài)。 ，西南部巖層走向 NE 20～ 30176。 地層傾角一般 15～ 25176。 左右。斷裂構(gòu)造以走向正斷層為主，次為斜交正斷層。在 NE 向斷裂中，下白峪斷 層和祖師廟斷層規(guī)模較大。斷層走向穩(wěn)定，一般在 40176。 之間，斷層性質(zhì)均系正斷層，一般傾向 NW， NW 盤下降。斷層在平面分布上并非簡單的一條直線，既有分岔，又有合并，并派生一系列低序次小斷層，形成斷層組；在剖面上也不是一條簡單的直線，常有波狀起伏，破碎帶并非一個，往往有數(shù)個，并有主破碎帶和次要破碎帶之分，斷裂面之間可以夾著規(guī)模不等、形態(tài)不同的斷片，每一條斷裂的產(chǎn)狀、斷距和落差常有變 化，有時甚至不同部位傾角、落差變化很大。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 圖 121 本井田構(gòu)造綱要圖 Figure 121Honi Da structure outline map 含煤地層及煤層 含煤 地層： 本井田發(fā)育的地層有寒武系上統(tǒng)崮山組，石炭系上統(tǒng)太原組，二疊系山西組、上石盒子組、下石盒子組、石千峰組，三疊系劉家溝組以及第四系。 煤層： 據(jù)生產(chǎn)礦井開采和鉆孔揭露資料，該礦 區(qū)含煤地層為石炭 — 二疊系，主要含煤地層厚約 700m，含煤 50 余層，煤層總厚約 ，含煤系數(shù)為 %左右。 可采和局部可采煤層二四 六 七 4煤四層，平均總厚度 ，可采含煤系數(shù)為 %。 鄰近的白廟煤礦 2021 年 11 月 28 日～ 30 日，副暗斜井掘至 ，曾發(fā)生 2 次瓦斯動力現(xiàn)象， 2021 年 12月 18日主暗斜井掘至 時，發(fā)生一次瓦斯動力現(xiàn)象，拋出煤巖體 ，排出瓦斯 8672m3。石門揭煤及采掘工作面生產(chǎn)均 應(yīng)采取綜合防治煤與瓦斯突出措施。 煤塵爆炸傾向性： 棗園煤礦所采二 1煤層受滑動地質(zhì)構(gòu)造影響，煤質(zhì)松軟破碎，采掘生產(chǎn)中易產(chǎn)生大量煤塵。 井田水文地質(zhì) 本區(qū)各含水層組之間賦存有良好的相對隔水層，從下而上依次有寒武系饅頭組及毛莊組頁巖和砂質(zhì)泥巖、石炭系太原組底部鋁土泥巖及中部砂泥巖、二疊系層數(shù)眾多的泥巖和砂質(zhì)泥巖、第四系的粘土和亞粘土。 本區(qū)主要開采煤層為山西組二 1煤，煤層底部沉積有薄層及厚層碳酸鹽類巖石，其中個別地段賦存水頭較高、水量較大的巖溶裂隙承壓水，從而對煤層開采局部具有潛在的威脅。 圖 122 區(qū)域水文地質(zhì)略圖 Figure 122regional hydrogeological map 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 礦井開拓、開采概況 棗園 煤礦 的井田境界按 2021 年采礦許可證（ 4100002021081120212557），礦井井田境界二 1煤層以 1～ 12 個坐標(biāo)點連線為界；四 2煤層以 1～ 6 個坐標(biāo)點連線為界；六 2煤層以 1～ 4 個坐標(biāo)點連線為界；七 4煤層以 1～ 6 個坐標(biāo)點連線為界。 表 211 井田 境界拐點坐標(biāo)表 Table 211Ida boundary inflection point coordinate table 煤層編號 坐標(biāo)點 緯距 (X) 經(jīng)距 (Y) 坐標(biāo)點 緯距 (X) 經(jīng)距 (Y) 二 1 1 3783255 38426713 7 3784520 38428640 2 3784070 38427610 8 3784580 38428720 3 3784010 38427663 9 3784270 38429050 4 3784233 38427882 10 3784770 38429480 5 3784500 38427552 11 3783890 38430350 6 3784843 38428163 12 3781788 38428093 四 2 1 3782275 38427635 4 3785060 38429160 2 3783565 38428665 5 3783830 38430450 3 3784210 38428080 6 3781688 38428187 六 2 1 3782757 38427181 3 3783730 38430540 2 3784870 38429350 4 3781570 38428297 七 4 1 3781973 38427918 4 3783425 38428750 2 3782230 38428275 5 3782470 38429620 3 3782500 38428050 6 3781427 38428433 該井田二 1 煤層走向長 ～ ，傾斜寬 ～ ，面積約。 ，云蓋山斷層以深 20～ 25176。 井田內(nèi)二 1煤層資源儲量計算面積 ，獲得查明資源儲量（ 111b） +（ 122b） +（ 333）類 2420 萬 t，其中動用 313 萬 t；保有資源儲量（ 111b） +（ 122b） +（ 333）類 2107 萬 t。 采區(qū)回采率 井筒及工業(yè)場地煤柱 原主立井和副立井在本次設(shè)計投產(chǎn)時已報廢，故不再留設(shè)工業(yè)場地煤柱。 經(jīng)計算， 暗 斜井保護煤柱的水平寬度 S1為 ，該值即為暗斜井一側(cè)的煤柱寬度。四 六 七 4這三組煤層的可采邊界范圍內(nèi)無工業(yè)場地煤柱和主要大巷煤柱。 四 2煤平均厚 ，采區(qū)回收率按 85%計算。 七 4煤平均厚 ，采區(qū)回收率按 85%計算。 根據(jù)上述計算結(jié)果，本礦井共獲得設(shè)計可采儲量 萬 t。故本礦設(shè)計生產(chǎn)能力為 Mt/a。 礦井服務(wù)年限按下 式計算： KAZT .? 式中： T— 礦井服務(wù)年限， a； Z— 礦井設(shè)計可采儲量， 萬 t； A— 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力， ； 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 K— 儲量備用系數(shù)。 礦井通風(fēng)系統(tǒng)概況 礦井通風(fēng)方式： 通風(fēng)方式為中央分列式，即主 斜井 、副斜井和行人斜井進風(fēng)，以副斜井進風(fēng)為主。 表 521 各用風(fēng)地點風(fēng)量分配 Table 521the wind place air distribution 序號 用風(fēng)地點 風(fēng)量（ m3/s） 個數(shù) 小計（ m3/s） 備注 1 綜采工作面 25 1 25 2 瓦斯抽放工作面 15 1 15 3 煤巷掘進面 8 2 16 4 巖巷掘進面 8 3 24 （含后期一個底抽巷掘進工作面） 5 采區(qū)變電所 3 2 6 6 采區(qū)絞車房 3 2 6 7 避難硐室 4 1 4 8 爆炸材料庫 3 1 3 9 其他 5 小計 104 計算總風(fēng)量 考慮 設(shè)計取值 130 經(jīng)驗算，各用風(fēng)地點的風(fēng)量和風(fēng)速均滿足《煤礦安全規(guī)程》要求，能保證井下各處瓦斯?jié)舛?、有害氣體濃度不超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。 瓦斯抽采濃度 ： 根據(jù)對本礦瓦斯涌出量的預(yù)測，礦井瓦斯涌出量為 ，抽采率為 35%，瓦斯抽采純量為 ，其中： 回采工作面抽采量 (高負壓 ) 掘進工作面抽采量 (高負壓 ) 采空區(qū)抽采量 (低負壓 ) 高負壓抽采系統(tǒng)取 20%，低負壓抽采系統(tǒng)取 5%。測定步驟如下： (1)采樣：用普通巖芯管采取煤芯 (煤樣 )，當(dāng)煤芯 (煤樣 )提升至地表之后選取 300～400g 立即裝入密封罐中，在采樣過程中，注意記錄開始提芯、煤芯提至地表和裝罐前在空氣中暴露的時間。 (3)損失瓦 斯含量計算： 通過大量地勘鉆孔采樣試驗測定，煤樣在最初暴露的一段時間內(nèi)，累計解吸瓦斯量與煤樣解吸時間的平根成正比，即： ttKV ?? 0 (1) 式中： V —— 煤層自開始暴漏起至 tt?0 時總的瓦斯解吸量， mL； 0t —— 煤樣在解吸測定前暴漏時間， min， 210 t21 tt ?? ； 1t —— 提鉆時間， min； 2t —— 解吸測定前在地面暴漏時間， min； t —— 煤樣瓦斯解吸測定時間， min； K —— 瓦斯解吸速率， ； 由上式可知，在解吸量測定前，煤樣在暴漏時間為 0t 時的瓦斯解吸量為： 01 tKV ? ； 由此，可知在時間 t時解吸量為： VttKVVV ????? 012 ； 將不同解吸時間下測得數(shù)據(jù)按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積 Voi： )273( )( 500 w iswi t VphpV ?? ??? (2) 式中 V0i－－換算成標(biāo)準(zhǔn)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――h w下飽和水蒸汽壓力， Pa； tw―― 量管內(nèi)水溫， ℃ 。 (4)殘存瓦斯量： 將解吸測定后的煤樣送實驗室測定煤樣中的殘存瓦斯量、水分、灰分和煤樣重量。 表 31 禹州棗園煤業(yè)有限公司二 1煤層瓦斯含量 Table 31Yuzhou coal limited pany two1 coal seam gas content 測試地點 23032風(fēng)巷 22052風(fēng)巷 22052機巷 150巖巷 測試標(biāo)高 50m 150m 含量（ m3/t） 煤層透氣性系數(shù) 煤層透氣性系數(shù)是煤層瓦斯流動難易程度的標(biāo)志，是煤層對于瓦斯流動的阻力，通常用透氣性系數(shù)表示。d 。 1m2/MPa2178。 煤層透氣性系數(shù)測定以中國礦大法周世寧院士提出的徑向不穩(wěn)定流動法較為簡便，應(yīng)用也最多。d 鉆孔瓦斯流量和流量衰減系數(shù) 鉆孔自然初始瓦斯涌出強度 0q 和鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù)α是表征鉆孔自然瓦斯涌出特征的參數(shù)。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 13 表 32 禹州棗園煤業(yè)有限公司二 1煤層透氣性及鉆孔流量衰減系數(shù) Table 32Yuzhou coal limited pany two1coal seam permeability and drilling flow attenuation coefficient 測試地點 150m水平巖巷 副暗石門 測試標(biāo)高 150m 150m 透氣性系數(shù) 鉆孔流量衰減系數(shù) 可抽性評價 勉強可以抽放 礦井瓦斯儲量 勘探報告未提供全礦井瓦斯儲量，建議進行專門勘查。 采動影響范圍：上鄰近層取 50～ 60m，下鄰近層取 20～ 30m； n— 礦井可采煤層采動影響范圍內(nèi)的不可采煤層數(shù)； X1i— 可采煤層采動影響范圍內(nèi)每一個不可采煤層 的瓦斯含量， m3/t； W3— 圍巖瓦斯儲量， Mm3；按下式計算： W3=K(W1+W2) 式中： K— 圍巖瓦斯儲量系數(shù)，一般取 K=～ ，本設(shè)計取 。 礦井可抽瓦斯量 礦井可抽瓦斯量 根據(jù)《煤礦瓦斯抽 采 規(guī)范》（ AQ 10272021）