矿井瓦斯课程设计指导书

1《矿井瓦斯防治》课程设计任务书及指导书辽宁石油化工大学顺华能源学院安全工程专业二O一四年五月2第一部分设计任务书一、设计题目及已知条件本课程设计题目：晓明矿N2815（307、609）工作面瓦斯抽放工程设计。1）前言（1）设计的基础条件辽宁省铁法晓明煤矿是一个年产1.2（1.8、2.4）Mt的矿井，自矿井进入二水平生产以来，矿井瓦斯涌出量呈逐年上升的趋势。自2001年以来，历年矿井瓦斯等级鉴定均为高瓦斯矿井。近来，矿井部分工作面采煤方式由原来的普采及炮采转变为综采开采，回采工艺随之变化，引起上隅角瓦斯浓度常常超限。为了防止瓦斯事故的发生，保证安全生产，矿方上下一致认为必须建立瓦斯抽放系统对煤层瓦斯进行抽放，并进行N2815（307、609）工作面瓦斯抽放的初步设计及上隅角瓦斯综合治理。（2）设计的主要依据1.晓明煤矿煤层瓦斯基础参数测试结果；2.晓明煤矿井田精查地质报告；1矿井概况1.1交通位置辽宁省铁法晓明煤矿矿区位于辽宁省调兵山市西南方，距调兵山市约10km，行政区划属调兵山市。其范围西北基本以1剖面为界，西南为浅部小窑采空区边界，东北以3号煤层470m等高线为界，东南以马家沟F1断层为界，形状呈菱形，面积约10.5km2。晓明煤矿交通十分便利，公路与铁路专用线直达铁岭，并与全国交通网接轨。1.2地形地貌、水文、气象1.2.1地形地貌井田地形最高点在聂家山，标高1150.17m，最低点在水峪沟、南塞沟一带，标高870m，地形的沟谷为350m。基岩沟谷极其发育，地形比较破碎，沟谷大致呈东西向延伸。井田内有一些蹀形的不规则的洼地，是陷落柱在地表的一种显示。1.2.2水文3井田属辽河水系，水文条件比较简单，无常年性的地表水体。仅有几条较大的沟谷，暴雨时可形成湍急的洪流，因其地形坡降较大，泄洪很快，暴雨后不足一小时就泄完。1.2.3气象井田地处辽河平原北部，属大陆性季风气候。多年平均气温10.1℃，极端最高气温39.4℃，极端最低气温-25.5℃，最大冻结深度0.8~1.0m，多年平均降水量412.0mm，年最大降水量586.6mm（1996年），年最小降雨223.8mm（1981年），年平均蒸发量1559.7mm，为年平均降水量的3.78倍。多年年平均气压927.8hPa，冬春多西北风，最大月平均风速5.2m/s（4月份）。年相对湿度57.8%。1.3煤田地质特征井田位于铁法煤田西南部边缘中段，官地背斜的东翼，由老到新依次出露石炭系上统太原组，二迭系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组，在各时代地层之上，堆积新生界上第三系上新统及第四系地层。井田含煤地层主要为石炭系中统太原组及二迭系下统山西组，在本溪组及下石盒子组仅含几层煤线。其沉积特征是由滨岸三角洲到滨海平原，且以三角洲为主体的典型海陆交互相沉积煤系。1.3.1区域构造铁法地区从整体上看，为一个正地形的近南北向复式向斜构造，西翼陡，东翼缓，北端翘起碳酸盐岩裸露，向南倾没碳酸盐岩深埋。1.3.2井田断裂构造井田位于西山官地背斜的东翼。地层总的走向为NWW，倾向NE，倾角多为8～12°，属于缓倾斜单斜构造，在断层附近由于受断层牵引，地层倾角变大。井田内断裂较为发育，多数为高角度的正断层，小断层繁多，且以NE走向断裂为主。从地表及二水平巷道及采掘工作面观察分析，一些大型的断裂与其旁侧的小断裂有一定的分布规律，且一水平的断裂与二水平有一定的延续性，一、二水平构造的发育具有相同的规律性。1.3.3井田褶皱及陷落柱本区为单斜构造，区内修编1/5000地质图上均无褶曲表示，但从井下揭露和各开采层底板等高线图上，可见波状起伏和短轴褶曲。4陷落柱在本井田特别发育，地表由于岩石滑移塌落的影响，所见极少，大部分为井下所揭露。陷落柱的存在对煤层破坏十分严重，影响了矿井的正常生产，勘探结果及坑下资料所揭露的陷落柱多为椭圆形或不规则形状，大小陷落柱星罗棋布。1.4煤层及煤质1.4.1煤层井田主要含煤地层为太原组和山西组，煤层自上而下为1、2、3、4、6、8、9、10、12号，含煤地层总厚131.96m，煤层总厚16.25m，含煤系数11.6%。其中可采煤层厚15.27m，可采煤层含煤系数10.4%。1.4.2煤质井田主要可采煤层肉眼鉴定，光泽以暗淡—油脂光泽为主，质致密坚硬，镜煤条带很少，结构近似于均一状，块状构造。断口多为棱角状、粒状。原生节理两组，发育程度不同，其中一组较为发育。节理面含有方解石薄膜。矿物质以颗粒状粘土为主，呈聚集或星散状分布，有时充填于丝炭化物质的细胞腔内。其次为方解石、黄铁矿等。宏观煤岩组分以暗煤为主，亮煤丝炭次之，煤岩类型为暗淡—半暗型煤。表1-3可采煤层特征表煤层编号范围可采煤厚(m)平均最大—最小煤层间距(m)平均最大—最小顶底板岩性稳定性顶板底板2全区1.14～2.431.951.23～12.43.82泥岩、局部为粉砂岩泥岩、局部为中砂岩稳定3全区3.04～9.355.02泥岩、砂质泥岩有时为细砂岩泥岩、粉砂岩及砂质泥岩稳定12.22～3621.006全区0.80～3.521.60石灰岩泥岩、粉砂岩、有时为细粒砂岩较稳定2.95～13.177.417全区0.45～2.150.82灰岩中、细粒砂岩不稳定17.39～31.0823.248全区2.29～5.363.81石灰岩细粒砂岩或粉砂岩稳定0.83～6.3759全区1.09～2.962.112.26细粒砂岩或粉砂岩泥岩、砂质泥岩或中细粒砂岩稳定表1-4各可采煤层煤质情况汇总表煤层编号水份(%)最小~最大平均灰份(%)最小~最大平均挥发份(%)最小~最大平均硫分(%)最小~最大平均磷分(%)最小~最大平均煤类20.43~1.220.8916.63~20.2418.4715.28~17.0015.890.30~0.690.510.002~0.0530.028贫瘦煤30.52~1.160.8416.71~24.2520.2514.63~17.0615.710.32~1.270.390.018~0.0280.023贫瘦煤60.42~2.641.1125.10~30.1226.8117.21~18.5417.760.84~2.051.380.009~0.0130.011贫瘦煤80.46~1.850.9313.28~21.3818.1312.96~15.4414.261.29~2.041.53贫煤90.56~1.980.9617.88~22.1620.5412.85~14.7214.010.52~2.891.47贫煤1.5矿井开拓与开采布置矿井采用斜井开拓方式。主、副斜井进风，其中主井为皮带斜井，副井为绞车提升斜井。矿区划分二个水平开拓，第一水平于1990年3月全部采完。二水平中央大巷为650m水平，由一对斜井直至井底车场，然后送650m水平大巷。目前矿井共布置二个回采工作面和五个掘进工作面，一个综放工作面和一个高普采面，其中三采区有一个炮掘面；四采区有一个综放工作面和综掘面与炮掘面各一个，五采区有二个综掘面与一个普采面，全井田采用采区前进式开采。四采区采用倾斜长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板；五、六采区采用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。1.6瓦斯、煤尘和煤的自燃1.6.1矿井通风与瓦斯矿井采用中央边界抽出式通风系统。由主、副井进风，回风井回风。矿井总进风量为7860m3/min，总回风量为8360m3/min。井田在一水平生产期间，历年矿井瓦斯等级鉴定都属于低瓦斯矿井。但随着开采深度的增加，进入二水平生产以来，矿井瓦斯涌出量呈逐年上升的趋势。2005年矿井瓦斯等级鉴定矿井绝对瓦斯涌出量为26.53m3/min，相对瓦斯涌出量为10.83m3/t，矿井为高瓦斯矿井。本矿井于1998年5月27日下午5时50分在二水平六采区3607工作面付巷6距付下山200m处发生瓦斯爆炸。1.6.2煤尘及煤的自燃根据2005年煤科院抚顺分院所做的煤尘爆炸试验和自燃倾向鉴定，各煤层火焰长度都为5mm，鉴定本矿井煤尘具有弱爆炸性；自燃倾向性都为Ⅲ类不易自燃煤层。1.6.3地温及地压矿井生产实践表明地温地压一般正常，现尚未发现异常。1.7N2815（307、609）工作面概况N2815（307、609）工作面所采煤层为八（三、六）煤层，上山方向为原始实体煤，下山方向为N2817（307、609）工作面采空区，西北方向为F7断层，走向长度为510m、倾斜长度为170m，煤层厚度为5.25m左右，厚度相对稳定，含一至二层夹矸，尤其是靠边煤层底板处的夹矸（底板往上0.20m煤上部）厚度变化较大，在0.1～1.5m之间，煤层产状倾向东北，倾角5～14°、平均10°左右，工作面顶底板岩性见表所示。表N2815（307、609）工作面煤层顶底板赋存情况名称厚度（m）岩类别颜色岩性老顶2.3砂岩灰白色层理发育直接顶1.7砂质泥岩灰黑色脆硬伪顶0.01～0.05泥岩灰黑色易碎直接底2～3砂质泥岩灰黑色质硬运输巷回风巷开切眼回风下山轨道下山皮带下山2N2815（307、609）工作面瓦斯涌出量预测2.1瓦斯涌出量预测涉及煤层瓦斯的基础参数2005年，煤炭科学研究总院抚顺分院进行了煤层瓦斯基础参数测定并进行了煤层瓦斯抽放可行性研究工作，根据测定结果得出本矿井8#（3、6）煤层瓦7斯基础参数如表所示。煤层瓦斯基本参数表（每名学生按学号在树枝上加0.1）参数名称参数值煤层原始瓦斯压力0.43MPa煤层瓦斯含量5.059m3/t残存瓦斯含量2.616m3/t煤容重1.38t/m3.煤层透气性系数1.798m2/MPa2·d钻孔瓦斯流量衰减系数0.073~0.115d-1煤层水分1.16％煤层灰分11.84％煤层挥发分14.07％2.2工作面瓦斯涌出量预测2.2.1掘进工作面瓦斯涌出量预测根据工作面掘进过程中瓦斯源分析，在掘进工作面的掘进过程中，瓦斯主要来自煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出两部分，其计算公式为：LBqqq掘(2-1)式中：Bq－煤壁瓦斯涌出量，m3/min；Lq－落煤瓦斯涌出量，m3/min。2.2.1.1掘进工作面煤壁瓦斯涌出量)12(0vlqvDqB(2-2)式中：Bq－掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；D－巷道断面内暴露煤面的周边长度，m；N2815（307、609）工作面煤层厚度为5.25m（按表1-3取）左右，巷道沿煤层底板掘进，毛断面规格为4×3m左右，故D＝10.0m；v－巷道平均掘进速度，m/min；L－掘进巷道长度，按N2815（307、609）工作面走向长度450m（每名学生按学号分别加20m）参与计算；80q－煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2·min；)](16.0)(0004.0[026.01020XXvqf式中：fv－煤中挥发份含量，%；0X－煤层原始瓦斯含量，m3/t。2.2.1.2掘进工作面落煤瓦斯涌出量10XXvSqL式中：Lq－掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；v－巷道平均掘进速度，m/min；S－掘进巷道断面积；－煤的视密度，t/m3；0X－煤层原始瓦斯含量，m3/t；1X－煤层残存瓦斯含量，m3/t。2.2.1.3掘进工作面瓦斯涌出量LBqqq掘2.2.2回采工作面瓦斯涌出量预测2.2.2.1回采工作面瓦斯来源分析采场影响范围内能涌出瓦斯的地点称为瓦斯源，瓦斯源的多少、各源涌出瓦斯量的大小直接影响着采场的瓦斯涌出量。9工作面采落煤采区内丢煤及煤柱上、下邻近层围岩顺槽煤壁工作面切眼煤壁工作面采落煤瓦斯涌出工作面采空区瓦斯涌出工作面煤壁及顺槽煤壁瓦斯涌出N2815工作面瓦斯涌出图工作面瓦斯来源构成示意图2.2.2.2回采工作面瓦斯涌出量预测回采工作面预测瓦斯涌出量可根据8#煤层的瓦斯基础参数、煤层的赋存条件、顶底板及邻近层情况、采煤方法等数据进行计算确定。根据前面的分析，回采工作面瓦斯涌出量包括开采层瓦斯涌出量和邻近层瓦斯涌出量两部分。即：邻开回qqq式中：回q—回采工作面瓦斯涌出量，m3/t；开q—开采层瓦斯涌出量，m3/t；邻q—邻近层瓦斯涌出量，