12号煤层综采面瓦斯治理的研究与应用

112号煤层综采面瓦斯治理的研究与应用一、企业概况阳泉市南庄煤炭集团有限责任公司简称南煤集团，于2001年3月组建，2004年进行股权重组，目前注册总资本52503.2万元，重组后的南煤集团由国家开发投资公司控股62%，山西省经济建设投资公司参股24.67%，阳泉市国资委参股13.33%。南煤集团位于山西省阳泉市南2公里处，距石家庄、太原机场均为110公里。有11.4公里铁路运输专线与石太线白羊墅车站接轨，硬化公路与市南外环路相通，向东7公里可进入太旧高速公路，交通十分便利。南煤集团现有两个煤炭生产矿井、八个非煤产业公司以及一个拟建煤电一体化（年产500万吨的煤矿和规模为2×600MW坑口电厂）新区，员工9000余名。矿区煤炭总储量10亿吨，目前两个生产矿井核定煤炭生产能力共计320万吨/年，并分别配套洗选能力为150万吨/年和120万吨/年两座选煤厂，企业总资产27亿元。南煤集团煤炭产品主要有洗中块、洗小块、洗精煤、筛末煤，均为低硫、低灰、高发热量的优质无烟煤产品，是理想的化工、电力、冶金和民用燃料。非煤产业主要有年生产5万吨五钠的化工公司，年发电能力15亿度的龙川发电公司，年发电2400万度的煤层气发电站，年生产2.6亿块煤矸石烧结砖的新型建材公司，以及拥有三台内燃机车的铁路运输公司。2南煤集团组建以来，始终把实施“以人为本、科学管理、励精图治、争创一流”的企业理念作为践行“三个代表”重要思想的切入点，秉承“为股东、为社会、为员工”的企业宗旨，大力实施“以煤炭产业为基础、以煤电联营为重点、以循环经济为主线”的发展思路，形成了集煤炭、化工、建材、电力、机械制造为一体的循环经济发展态势。目前，两矿井采煤机械化程度达到100%，装备三个综采放顶煤工作面，两个薄煤层综采工作面；现有BEZ-90型和EBJ-120/TP型两种型号综掘机10套；两矿井均建有地面瓦斯抽放泵站，安装CBF410型及CBF610型水环真空泵6台，配套φ500mm主抽放管路，井下配备有ZWY85/110型井下移动瓦斯抽放泵站，集团公司平均瓦斯抽放率51%；锚杆锚索支护巷道占年掘进进尺的90%以上，企业经济效益和文化建设得到了长足发展。2008年原煤产量325万吨，营业收入207152.27万元，实现利润44503.63万元，实现利税69134万元。南煤集团多次荣获省、市“模范企业”、“纳税大户”、“精神文明建设先进单位”等荣誉称号，2002年，荣获山西省“五一劳动奖状”，2007年被国家工商总局评为全国“守合同重信用”单位，2004年至2008年连续五年评为山西省百强企业。南煤集团的发展规划是：近期，5年内煤炭产能达到1000万吨；电厂装机容量达到150万千瓦（煤矸石电厂2×13.5万千瓦，西上庄电厂2×60万千瓦，煤层气发电厂28×2000千瓦）；煤矸石砖厂产能15亿块/年（南庄矿井砖厂扩建到2.5亿块/年，煤矸石电厂配套2.5亿块/年，建设西上庄砖厂10亿块/年）；水泥厂产能达到100万吨/年，建成年产1750万平方米的石膏板厂。远期，继3续扩大产能使煤炭产能达到1200—1500万吨；进行预留煤矸石电厂扩建2×30万千瓦热电厂建设，上马西上庄电厂二期2×60万千瓦发电项目，使电厂总装机容量达330万千瓦，实现年收入百亿的宏伟蓝图。二、井田面积及地质概况1、井田面积南庄煤炭集团公司下属南庄和大阳泉两个煤田井田相连，东西总长度约5.75Km，南北总宽度约5Km，总面积约21.37Km2。其中，南庄井田为11.84Km2，大阳泉井田为9.53Km2，开采许可证批准开采3号、6号、12号和15号煤层。2、地质概况南庄井田位于沁水煤田阳泉矿区东南边缘，煤系地层石炭二叠系的太原组和山西组，含煤建造为海陆交互的滨海和海退后的残留过渡相沉积，太原组地层平均总厚度121.25m，岩性为黑色砂质泥岩、泥岩、灰白砂岩及石灰岩，石灰岩有三层分别为K2（四节石）、K3（钱石）、K4（猴石）；含煤6～8层，分别为8、9、10、11、12、13、14、15号煤，含煤平均总厚度8.40m，含煤系数6.9%。其中15号煤层稳定全区可采，12号煤较稳定大部开采。山西组地层平均总厚度56.68m，主要以黑灰色砂质泥岩、泥岩、灰白色中粗粒砂岩组成，含煤3～6层，分别为1、2、3、4、5、6号煤，4深灰色中间夹有细砂岩本区不可采深灰色夹有薄层细砂岩含植物化石光亮型煤本区不可采深灰色有时变为泥岩灰白色风化面呈棕黄色全区普遍发育但厚度不稳定深灰色有时变为细砂岩较稳定煤层区内部可采中间夹有薄层矸石深灰色砂质泥岩不可采区全区普遍赋存黑色泥岩灰白色细砂岩有时变为砂质泥岩深灰色有时下部变为泥岩灰白色细砂岩局部变为中砂岩深灰色砂质泥岩较稳定煤层全区大部分可采灰白色坚硬全区普遍发育黑灰色质脆含铁质结核不可采局部地区中夹1-2层石灰黄色坚硬风化面呈褐色上部有时变为细砂岩全区发育不可采黑色有时变为砂质泥岩灰白色坚硬下部有时变为粗粒全区普遍发育不可采黑色泥岩灰色坚硬含动物化石俗称猴石不可采全区普遍赋存白色细砂岩较坚硬黑色泥岩全区稳定可采上部含0.20M的夹石灰白色有时变为细砂岩灰白色较坚硬黑色泥岩深灰色含大量的动物化石俗称钱石因含百合茎得名不可采全区普遍赋存黑色砂质泥岩灰白色坚硬上部为砂质泥岩下部变为粗砂岩俗称黄牛石黑色状深灰色块状灰岩中间常夹1-2层泥岩俗称四节石不可采全区普遍发育灰白色较坚硬灰黑色有时变为细砂岩风化后多呈角碎块状光亮型煤井田内的主要可采煤层稳定可采含夹石2-5层总厚0.38M深灰色有时中间夹有细砂岩4.50-19.179.434.69-6.805.862.40-13.888.301.77-10.005.380.20-0.680.533.40-10.605.301.40-12.006.261.12-32.9411.370.37-11.603.800-0.750.310.35-5.363.060.85-10.723.690.95-11.363.330.20-5.311.980.18-1.891.250.15-10.845.301.43-6.833.800.20-0.730.360.18-2.611.690.35-9.732.860-1.300.182.00-39.6513.380.12-16.916.710-1.270.283.68-48.515.930-1.660.310.50-40.2614.630-10.172.440-1.801.041.32-16.446.960.62-3.771.830.69-7.834.300-0.620.290.18-11.093.682.49-9.425.740.50-27.065.120.27-2.401.110.50-22.297.820.56-13.184.500.52-13.015.230-0.740.351.38-33.808.800-0.640.210.65-26.219.499.499.7018.5018.8524.0828.5836.4037.5142.6348.3752.0552.3456.6458.4765.4366.4768.9183.5483.8599.78100.06106.77120.15120.33123.19124.88125.24129.04134.34135.59137.57140.90144.59147.65147.96151.76163.13169.39174.69175.22180.60188.90194.76204.19砂质泥岩泥岩煤泥岩及砂质泥岩细砂岩石灰岩泥岩煤中砂岩煤泥岩及砂质泥岩细砂岩煤砂质泥岩细砂岩泥岩煤砂质泥岩细砂岩砂质泥岩煤砂质泥岩煤砂质泥岩中砂岩煤砂质泥岩砂质泥岩煤中砂岩泥岩煤细砂岩泥岩及砂质泥岩石灰岩煤细砂岩泥岩及砂质泥岩石灰岩煤细砂岩泥岩及砂质泥岩泥岩及砂质泥岩煤山西组1#2#3#4#6#K78#9#K610#11#12#13#14#15#K4K3K2太原组二叠统上石炭统叠系石炭系生界图一煤系地层综合柱状图5含煤平均总厚度3.25m，含煤系数5.7%。其中3、6号煤层为较稳定的局部可采煤层。详见煤系地层综合柱状图一所示。井田内可采煤层和局部开采煤层为山西组3、6号和太原组12、15号煤层。（1）3号煤层：赋存于山西组中部，煤层厚度0～2.4m，平均1.2m。在井田北东部有出露，据钻孔和井下开采资料，该煤层冲刷现象较严重，井田南部基本不可采，井田中部该煤层较稳定可采。3号煤属较稳定的局部可采煤层，煤层结构简单，仅个别钻孔含一层夹矸。煤层顶板为砂质泥岩、中砂岩，底板为砂质泥岩、泥岩、细砂岩，在井田北东部有小窑破坏区。冲刷带对煤层开采有较大影响。南庄井田对本煤层的开采已经结束，大阳泉井田的开采也接近尾声。（2）6号煤层：位于山西组中部，上距3号层20.1m左右，为井田主要可采煤层之一，煤层厚度0～1.8m，平均1.17m。在井田北东部有出露，据钻孔和井下开采资料，煤层在井田北部有冲刷，井田北西部、南部基本不可采，在井田中东部较稳定。煤层结构简单，其顶板为砂质泥岩、泥岩、中砂岩，底板为砂质泥岩、细砂岩、泥岩。冲刷带对煤层开采有较大影响。南庄井田对本煤层的开采已经结束，大阳泉井田的开采也接近尾声。（3）12号煤层：位于太原组中部，上距6号层58.99m左右，距K4石灰岩8.7m左右，下距K3石灰岩5.87m左右。煤层厚度0.18～1.70m，平均1.22m。煤层层位稳定，结构简单。含0～1层6夹矸，夹矸厚0.08～0.65m，井田内仅南部128号钻孔附近不可采，其余为较稳定的大部可采煤层。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为砂质泥岩、泥岩、中、细砂岩。南煤集团公司南庄煤矿和大阳泉煤矿目前均开采该煤层。（4）15号煤层：位于太原组下部，上距12号层44.26m左右，距K2石灰岩12.14m左右，下距K1砂岩8.15m左右。为本煤田主要可采煤层，煤层厚度5.24～6.63m，平均5.89m。层位稳定，全区可采，结构复杂。含1～2层夹矸，夹矸厚0.02～0.47m。煤层顶板为泥岩，底板为砂质泥岩、泥岩。南煤集团公司南庄煤矿和大阳泉煤矿目前均开采该煤层，为集团主采煤层。矿井主要可采煤层特征见表一。表一煤层赋存情况表地层煤层编号厚度（m）层间距（m）煤层结构稳定性可采性顶底板岩性最小-最大平均最小-最大平均顶板底板山西组P1s10-0.430.181.78-13.646.63简单极不稳定不可采砂质泥岩泥岩砂质泥岩细砂岩20-1.420.41简单极不稳定基本不可采砂质泥岩细砂岩砂质泥岩泥岩5.0-21.016.7530-2.401.11简单较稳定大部可采砂质泥岩中砂岩砂质泥岩泥岩5.20-12.8210.4940-0.500.30简单极不稳定不可采砂质泥岩细砂岩砂质泥岩细砂岩6.04-16.0611.0360-1.801.25简单较稳定大部可采砂质泥岩泥岩中砂岩砂质泥岩细砂岩泥岩12-14.213.35太原组P1t80-1.380.18简单不稳定零星可采砂质泥岩泥岩中砂岩砂质泥岩8.5-20.4113.1190-1.300.36简单不稳定零星可采中砂岩砂质泥岩中砂岩砂质泥岩8.16-27.0918.82100-0.50简单极不稳定不可采中砂岩泥岩70.081.5-10.54.39砂质泥岩砂质泥岩110-0.70.34简单较稳定不可采石灰岩泥岩中细砂岩4.3-11.48.36120.18-1.71.22简单稳定大部可采泥岩泥质砂岩砂质泥岩泥岩细砂岩6.3-138.82130-0.650.26简单不稳定不可采石灰岩砂质泥岩泥岩16.5-4023.04140-0.250.07简单不稳定不可采石灰岩泥岩砂岩7.66-19.7712.07155.24-6.635.89较复杂稳定全区可采泥岩砂质泥岩泥岩三、井田内瓦斯赋存规律1、主要储气地层煤系地层中，各煤层均含有瓦斯，另外K2、K3、K4三层石灰岩也是主要的储气层。南庄矿井主采煤层分上、下两组，上组煤为3号、6号，下组煤为12号、15号煤层，其中上组煤层已采完，现开采下组煤