矿井瓦斯抽放设计说明书

贵州省监狱管理局XX煤矿矿井瓦斯抽放设计说明书XX煤矿炭设计院前言XX煤矿位于毕节市XX乡北东10km处，矿井年设计生产能力30，服务年限32年，井田面积21.9km2。矿井为一对立井开拓，中央并列抽出式通风方式。矿井主扇为两台BDK-8-№24对旋风机，主要大巷为一进两回。矿井前期设计通风能力为85m3/s，后期通风能力为125m3/s。一、设计的基础条件矿井2007年8月投产至今，先后开采了33101和33103两个采煤工作面。在两面的开采过程中，经常由于瓦斯超限，使工作面时采时停不能正常生产。经实际测定，矿井绝对瓦斯涌出量为40.3m3/min，综采工作面绝对瓦斯涌出量为18.85m3/min，掘进工作面绝对瓦斯涌出量为6m3/min，属高瓦斯矿井。与精查地质报告提供的矿井相对瓦斯涌出量为5.54m3/t（属低瓦斯矿井）比较相差较远。为解决瓦斯问题采取了多种治理措施和方法，即在33101回采时，先后采取了加大矿井总进风量、局扇抽下隅角瓦斯、支架间安设局扇吹下隅角瓦斯、开区均压和“U+L”通风系统等一系列措施，初步总结出采面采用”U+L”通风方法（即U型通风加一条尾巷的方法）可勉强维持生产，并在33103回采工作面得到进一步验证。但总体来说，此法虽见一定效果，但不能从根本上解决瓦斯问题。现矿井有一个正在生产的回采工作面（33104），一个正在准备的回采工作面（33203），四个煤巷掘进工作面，一个岩巷掘进工作面。现运行的2#主扇的叶片角度平均为42.5°，负压为190mmH2O，矿井总进风量5700m3/min,为主扇最大能力。在生产过程中，矿井总回风瓦斯浓度为0.75%左右，基本达到了《规程》允许浓度的上限，且33104胶带顺槽及集中胶带巷瓦斯超限问题严重地制约着采面生产，再加上33203工作面的投产，矿井瓦斯总的涌出量必将增大，瓦斯问题将是影响矿井安全生产的瓶颈。2002年11月，为了彻底解决矿井瓦斯问题，也为了使正常的生产行为符合《规程》的有关规定，集团公司上下一致认为必须建立矿井瓦斯抽放系统进行抽放，因此委托抚顺分院对XX二矿进行矿井瓦斯抽放的初步设计及资金估算。煤炭科学研究总院抚顺分院在2002年4月受XX集团XX矿业有限公司的委托对XX二矿进行了矿井瓦斯基础参数测试及抽放瓦斯可行性研究，在此基础上，又受其委托（《委托书》附后）进行了该矿的抽放瓦斯工程初步设计。在可行性报告的基础上，经过周密细致的现场调研、资料收集、实地踏勘以及充分论证、分析比较后，现提出本抽放瓦斯工程初步设计。二、设计的主要依据1矿井瓦斯基础参数测试及抽放瓦斯可行性研究报告煤炭科学研究总院抚顺分院；2XX二矿提供的其它地质资料和生产实测资料；3XX二矿矿井优化初步设计及相关设计、施工图北京煤矿设计研究院；4XX井田精查地质报告；5矿井抽放瓦斯工程设计规范（MT5018-96）中华人民共和国煤炭工业部；6委托书XX集团XX矿业有限公司。三、设计的指导思想1在符合规范要求、满足使用的前提下，尽可能降低造价、节省投资；2利用原有巷道、已有土地，不另外征购地，不增加开拓费用；3地面泵站尽量集中建设，便于后期利用；4设备、管材选型留有余地，便于系统的改扩建和今后进行瓦斯利用；5采用工艺先进、符合实际。四、本次设计的主要内容1对XX二矿矿井瓦斯赋存情况、抽放的必要性及可行性、抽放方法的确定、抽放效果的预计等进行阐述；2井下瓦斯抽放管网与主管路敷设及管路选择、钻孔布置及钻进设备选型；3地面抽放泵站设计，包括设备选型、土建工程、总平面布置及给排水、供电、供暖、通信及安全监测等辅助环节；4抽放瓦斯管理及安全措施；5技术经济分析和工程投资概算。第一章矿井概况第一节井田概况及地质特征一、交通位置XX二号井田位于贵州省张家口地区宣化县北东，距宣化城约10km，大部分地区隶属宣化县顾家营乡所辖，部分位于毕节市下花园区辛庄子乡，其地理坐标为东经115°07′18″～115°11′16″,北纬40°31′20″～40°34′52″。本井田交通十分方便，XX公路由井田西南部通过；北部约距东西方向的杨（武）通（化）铁路3.5km；新修的110国道东段已修通至本矿井工业广场，其余未修段将从井田中部通过。二、气象及地震情况本区属寒亚热带半湿闰季风性气候，夏季凉爽短促，冬季寒冷漫长，干燥而少雨，多风沙，年大风（17m/s）日数为40天左右，并多发生在3～5月份，最大风速达28m/s，本区气温变化较大，年平均气温7.6°，最低气温-25.4℃，最高气温39.1℃，年平均降雨量390.07mm，最大降雨量为675.6mm，最小为238.1mm，且多集中在7～8月份。年平均蒸发量为1964.7mm，最大为2327.1mm，最小为1669.5mm，早霜期始于9月下旬，晚霜期终于翌年4月中旬，无霜期为135天，最大冻土深度为1.52m。根据宣化地震办公室资料，本地区地震烈度为8度。三、地质特征1地层、地质构造井田内钻孔揭露及地表出露的地层由老至新有：上元古界青白口系下马岭组、长龙山组；中生界侏罗系中、下统下花园组、中统九龙山组，髫髻山组；新生界第四系。本井田位于XX向斜的西北翼，为一NE走向，SE倾向的单斜构造，地层平缓，倾角5℃～15℃。有一条方向性较好的挠曲，称之为南滩挠曲。井田内构造较简单，断层稀少，落差在30m以上的断层仅有一条（F2）,且为井田边界；落差10～30m的断层有2条，落差2～10m的正断层点4个。总之，井田构造属简单类型，但煤层仍有小的波状起伏和小断层分布，这些小构造均使煤层发生上、下错动或使煤层断薄、断失及破碎成叶片状。从XX一号井在开采过程中小断层的发现，也进一步证实本区小断层的发育。这些小构造均呈NE走向，SE倾向，且均分布在井田的9勘探线以东的南滩挠曲的两翼，故对9勘探线以东的水文地质及开采技术条件有一定的影响，特别是给综合机械化采煤带来一定的影响。主要断层特征表见表1-1。XX煤矿井田精查断层一览表表1-12煤层及煤质井田内含煤地层为侏罗系中下统下花园组。上覆侏罗系中统九龙山组、髫髻山组和第四系。下花园组含可采及局部可采煤层五层，平均厚度10.8m。Ⅲ3煤层位于上部，为主要可采煤层，厚度在0.85～6.96m，平均2.38m；Ⅴ2煤层平均厚度为2.43m，属较稳定型，也是主要可采煤层，其余Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3为不稳定型，是局部可采煤层。煤质以中灰、特低磷、低硫、中高发热量的弱粘煤为主，约占总储量的59.6%，次为气煤及1/3焦煤。各煤层的稳定性及可采煤层特征见表1-2，煤质特征见表1-3。可采煤层厚度及层间距表表1-2四、煤层瓦斯含量根据贵州煤田地质勘探公司对XX一号井1991、1992年测定资料，该井相对瓦斯涌出量均在6.0m3/t以下，鉴定结果为低瓦斯矿井。XX二号井精查地质报告对28个地勘钻孔采取了瓦斯样74个，其中Ⅲ3煤18个，CH4成分为48.26%，CH4含量为1.47m3/t；Ⅳ1煤样2个，CH4成分为44.53%，CH4含量为2.53m3/t；Ⅳ2煤样8个，CH4成分为58.36%，CH4含量为1.93m3/t；Ⅴ2煤样6个，CH4成分为58.40%，CH4含量为2.72m3/t。根据矿井的开拓布置、初期采区的位置，经计算矿井瓦斯相对涌出量为5.54m3/t，属低瓦斯矿井。但矿井自投产以来，瓦斯涌出量一直较大，与预测的低瓦斯矿井的瓦斯涌出量有较大的出入。根据对XX二矿Ⅲ3煤层瓦斯含量的实测以及由典型回采工作面瓦斯涌出量的计算可知，XX二矿煤层瓦斯含量在走向上的变化规律是随着向NE的延伸瓦斯含量有增大的趋势；在倾向上的变化规律是瓦斯含量随采深的增加而增大。根据对XX二矿矿井瓦斯基础参数的测定结果知，Ⅲ3煤层瓦斯含量为5.44~7.57m3/t，平均为7.20m3/t。由于主采煤层Ⅴ2以及其它局部可采煤层尚未揭露，无任何实测资料可供参考，因此其瓦斯含量参照Ⅲ3煤层的平均瓦斯含量取7.20m3/t。五、水文地质本井田按其地层层序、岩性及其富水性和煤层的关系可分为6个含水岩组12个含水层。在这12个含水层中除九龙山组二段凝灰岩、凝灰质砾岩含水层和第四系中段砂砾石、卵石含水层为富水性中等的承压含水层外，其余都为富水性较弱的含水层。其中第四系底部砂砾石含水层，在本井田内较大面积基岩呈“天窗”接触，使其与煤系砂岩、辉绿岩、九龙山组各段，髫髻山组等各含水层之间可能发生水力联系。另从水文地质剖面上反映出髫髻山组，九龙山组各段含水层之间均无较稳定的隔水层存在，但在井田内单孔多层次抽水试验中，静止水位的观测资料说明，各含水层间都有水位差存在，表明上述各含水层间水力联系又不密切。井田内构造较为简单，只有几条落差较小的断层，断层的导水性能差或不导水。由于下花园组砂岩裂隙含水层富水性较弱，开采时涌水不会太大，主要是开采后塌陷裂隙连通上覆承压含水层使矿井充水。精查地质报告中根据设计提供的首采区范围，依据各含水层与主要可采煤层的关系，确定下花园组砂岩裂隙含水层，九龙山组1段砂砾岩裂隙含水层、辉绿岩裂隙含水层为直接充水含水层，并采用直线隔水边界和无限隔水边界大井法计算确定出矿井正常涌水量为335m3/h，最大涌水量为500m3/h。第二节矿井概况一、井田境界北以纬线4494750为界，西南以V2煤层剥蚀线取拐点连线为界，西以F2断层与XX一号井相邻，东北以0-0勘探线为界，北东以13-3、5-6、0-3钻孔连线为界。井田走向长约5.2km，倾斜平均宽5.25km，面积26km2。二、煤层储量参与储量计算的煤层有Ⅲ3、Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3和Ⅴ2煤层。煤层最低可采厚度按弱粘煤为0.8m、气煤和1/3焦煤为0.7m计算。由于煤层平缓，倾角为5°~15°，故储量计算面积采用水平投影面积，计算方法采用块段法。根据以上原则储量计算结果汇总于表1-4。矿井地质储量表表1-4（单位：万t）矿井地质储量表（表1-4）单位：万t三、矿井设计生产能力及服务年限根据矿井储量、煤量赋存情况及开采技术条件，XX二矿设计生产能力为0.90Mt/年，初期以开采Ⅲ3煤层为主。服务年限为64.3年，其中一水平为36.0年。四、井田开拓及采区巷道布置1井田开拓矿井为一对立井开拓，副立井罐笼提升，主立井箕斗提升并兼作回风井。井筒开凿至-230m标高设立-230m水平井底车场，并以三条长约700m的大巷进入采区，形成矿井的主要开拓系统。矿井工业广场位于京包铁路和XX公路之间，主、副井井口布置在工业广场中部113钻孔附近，主井井口标高为+595m，副井井口标高为+595.3m。2水平划分根据井田可采煤层赋存特点，将距离较近的Ⅲ3、Ⅳ1、Ⅳ2和Ⅳ3煤层划为一个上开采煤组，Ⅴ2煤层为一个下开采煤组。由于各煤层在井田内赋存标高在-100~-500m之间，且上、下两个开采煤组相距较远，故全井田共划分为二个水平，其中第一水平标高-230m，利用上、下山开采上煤组，第二水平标高为-350m，利用上、下山开采下煤组。3大巷布置根据矿井开拓布置，井筒位置偏离井田中央，矿井初期为单翼开采，从有利于安全、稳产、高产、简化管理等角度考虑，同时井田走向长度较短，设计共布置3条大巷，即-230水平轨道运输大巷、-230水平胶带运输大巷和-200总回风大巷。4采区划分及开采顺序根据矿井开拓水平划分及煤层分组情况，本着合理开发、简化开拓系统，减少井巷工程量，有利于矿井通风和回采，保证矿井生产采区正常接替等原则，将全井田两个水平共划分为10个采区，每个水平各5个采区，其中6个上山采区，4个下山采区。现-230水平已形成两个采区，即Ⅲ3一采区和Ⅲ3二采区。一采区为首采区，首采工作面33101综采工作面于2002年6月份结束并予以封闭。全井田采用采区前进式开采，由井筒附近向井田边界依次开采。采区内工作面采用后退式开采。各煤层间采用下行式开采。5采区巷道布置及采煤方法采区上、下山的运输巷和轨道巷均布置在Ⅲ3煤层中，沿煤层顶板掘进，以保持巷道顶板的完整性，改善巷道的维护条件。胶带运输大巷与运输上、下山采用煤仓和进风斜巷联系，轨道大巷与轨道上、下山采用