新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究报告(编辑修改稿)

新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

水平瓦斯抽放技术研究 13 根据煤层瓦斯压力梯度线和煤层瓦斯含量曲线可以得到各煤层标高处煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量推算值，见表 26。 表 26 8 煤层瓦斯压力和瓦斯含量推算值 煤层标高 瓦斯压力 /MPa 瓦斯含量 /m3/t 备注 410 一水平 440 470 500 530 550 590 二水平 620 650 680 710 750 780 三水平 根据表 26 可知， 8 煤层一水平最大瓦斯压力为 ，最大煤层瓦斯含量为 m3/t；二水平 煤层瓦斯压力为 ～ ，煤层瓦斯含量为 ～。 矿井发生的几次煤与瓦斯突出都发图 8 煤层瓦斯含量与埋深的对应关系 400 500 600 700 800埋深 / m瓦斯含量/m3/t图 24 8 煤层瓦斯含量随埋深的变化关系 新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究 14 生在 8 煤层， 进入第二水平，煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量逐渐升高。 为了保证矿井 8 煤层的安全回采，应提前制定瓦斯治理技术规划，采用区域瓦斯治理方法，变高瓦斯突出煤层为低瓦斯非突出煤层，实现8 煤层的安全高效开采。 61 煤层瓦斯基本参数 煤层瓦斯压力实测值见表 27。 表 27 61 煤层实测瓦斯压力汇总表 序号 测压点位置 埋深 /m 标高 /m 压力值 /MPa 1 550 西大巷 1＃ 钻场 2 650 中央轨道石门 (含水 ) 3 550 西翼运输巷 118m 4 550 西大巷 140m处 由表可得埋深与煤层瓦斯压力的关系图 25。 根据统计分析，煤层瓦斯压力与埋深的变化关系为： P＝ H－ 式中： P 煤层瓦斯压力， MPa； H 煤层的埋藏深度， m。 61 煤层的瓦斯压力梯度取 ，因有效瓦斯压 力值较图 25 61 煤层瓦斯压力与埋深的对应关系 01234400 500 600 700 800埋深 / m压力/MPa新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究 15 少，无法直接确定瓦斯压力梯度值。 但根据实践经验，在含煤地层，随着埋深的增加，单位深度内瓦斯压力增加值与静水压力相当，即煤层瓦斯压力变化梯度取。 采用间接法计算 61 煤层瓦斯含量。 表 28 61 煤层工业分析及吸附结果 采样地点 工业分析结果 真密度/t/m3 视密度/t/m3 空隙率 /% 吸附常数 水份/% 灰份/% 挥发份 /% a b 550 西翼 运输大巷 将煤层瓦斯压力 、工业分析和吸附结果等参数带入瓦斯含量计算公式可得到煤层瓦斯含量随埋深的关系曲线，见图 26。 根据煤层瓦斯压力梯度线和煤层瓦斯含量曲线可以得到各煤层标高处煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量推算值，见表 29。 根据表 29 可知， 61 煤层一水平最大瓦斯压力为 ，最大煤层瓦斯含量为 m3/t；二水平煤层瓦斯压力为 ～ ，煤层瓦斯含量为 9. 02～。 进入第二水平，煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量逐渐升高。 为了保证矿井 61 煤层的安全回采，应提前制定 瓦斯治理技术规划，采用区域瓦斯治理方法，变高瓦斯突出煤层为低瓦斯非突出煤层，实现 61 煤层的安全高效开采。 图 26 61煤层瓦斯含量随埋深的变化关系 400 500 600 700 800埋深 / m瓦斯含量/m3/t新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究 16 表 29 61 煤层瓦斯压力和瓦斯含量推算值 煤层标高 瓦斯压力 /MPa 瓦斯含量 /m3/t 备注 410 一水平 440 470 500 530 550 590 二水平 620 650 680 710 750 780 三水平 新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究 17 3 矿井一水平保护层开采方案 矿井 主采煤层 61 煤层、 8 煤层和 131 煤层瓦斯压力大、含量高，为突出危险煤层， 550m 以 下 都具有突出危险性。 目前矿井开采进入一水平深部，一水平 61 煤层 瓦斯 最大压力为 ， 含量为，一水平 8 煤层 瓦斯 最大压力为 ， 含量为 ，一水平 131 煤层最大 压力为 ， 含量为 ， 该区域各煤层瓦斯压力和含量相对较高。 为了各突出煤层的安全高效开采，并结合国家的方针政策，采取保护层开采技术治理煤层瓦斯，即开采 8 煤层保护 61 煤层，开采 112 煤层保护 13 煤层 ， 下面把目前的保护层开采 方案做一下总结。 开采 8 煤层保护 61 煤层 8 煤层平均煤厚为 ， 61 煤层平均厚度为 ， 8 煤层位于 61 煤层的上部， 层间距为 15～ 61m，平均层间距为 33m，两层煤都具有突出危险性， 8 煤层的突出强度大于 61 煤层，但由于 61 煤层位于 8 煤层的下部， 8 煤层位于 61 煤层的冒落带的顶部，开采 61煤层会破坏 8 煤层的开采条件，因此选用开采 8 煤层做为上保护层来保护 61 煤层的开采。 保护层与被保护层的基 本参数 保护层基本参数： 煤层编号： 8 煤层 煤层厚度： ～ 煤层倾角： 平均 20176。 最大煤层瓦斯压力： （一水平） 最大煤层瓦斯含量： 突出危险性： 具有突出危险性 该区域煤层赋存稳定，煤层较 厚 ，适合于采用 综合机械化 采煤，新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究 18 按综合机械化设计，工作面设计平均日产量为 2020～ 3000t。 被保护层基 本参数： 煤层编号： 61 煤 煤层厚度： ～ 煤层 倾角 ： 平均 20176。 最大 煤层瓦斯压力： （一水平） 最大 煤层瓦斯含量： 煤层危险性：具有突出危险性 该区域煤层较厚，赋存稳定，适合于综合机械化采煤。 按综合机械化采煤设计，在卸压范围内工作面设计平均日产量为 2020～ 3000t。 保护范围 保护范围是指保护层开采后，在空间上使突出危险煤层完全消除突出危险的有效范围。 根据《防治煤与瓦斯突出细则》的有关规定，应根据矿井实际考察结果确定保护范围，对暂无实测数据的矿 井，可参考表 32 确定。 1）层间的保护范围 表 31 给出了各种煤层条件下满足保护层开采的最大层间距。 表 31 保护层与被保护层之间的有效垂距表 煤层倾斜类别 最大有效垂距 /m 上保护层 下保护层 急倾斜煤层 60 80 缓倾斜或倾斜煤层 50 100 61 煤层与 8 煤层间距为 15～ 61m，平均为 33m，小于《细则》中规定的上保护层最大保护层间距，能够满足层间距要求。 2）倾斜方向的保护范围 可参考图 31 与表 32 的数据确定。 新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究 19 表 32 保护层开采后沿倾斜方 向的卸压角 煤层倾角  /176。 卸压角 /176。 1 2 3 4 0 80 80 75 75 10 77 83 75 75 20 74 86 75 75 30 70 90 80 70 40 67 93 80 70 50 64 96 80 70 60 62 98 80 70 70 64 96 80 72 80 68 92 78 75 90 75 75 75 80 煤层倾角 20176。 ，则下部卸压角 3 =75176。 ，上部卸压角 4 =75176。 相对于保护层工作面，被保护层工作面的卸压范围在倾向上内错距离分别为： 57ctg 57ctg21   HL HL 1 2 4 1 2 2 3 3 3 3 图 31 保护层 沿倾斜方向的保护范围 1— 保护层； 2— 被保护层； 3— 保护层边界线 3 新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究 20 式中： H 为层间距， 33m； 1L 为 机 巷 侧的内错距离， /m； 2L 为 风巷 侧 的内错距离， /m。 将数据带入公式计算出风巷、机巷侧的内错距离为分别 ，即若被保护层工作面严格按照保护范围进行布置，则被保护层工作面倾向长度比保护层工作面倾向长度短。 3）走向方向的保护范围 在被保护层中，走向方向的保护范围可按卸压角划定，走向方向的卸压角按 60176。 设计。 保护层工作面走向长度减去工作面开切眼和停采线卸压角造成的内错距离就是被保护层在走向方向的保护长度，按60o计算内错距离为： 开切眼向里内错 603 ctgHL  停采线向里内错 604 ctgHL  式中： H 为层间距， 33m； 3L 为开切眼侧的内错距离， /m； 4L 为停采线侧的内错距离， /m。 将数据带入公式计算 出开切眼侧和收作线侧的内错距离 分别 为 ，即若 被 保护层工作面 严格按照保护范围进行 布置，则被保护层工作面 走 向长度比保护层工作面 走 向长度短。 目前工作面的布置方式 目前在 8 煤层保护层工作面的保护下， 61 煤层有两个被保护层工作面正在采掘作业，分别是 W1607 工作面和 2611 工作面。 W1607工作面被 W1805 工作面保护正在回采， 2611 工作面由 1811 工作面 和2813 工作面共同保护正在风巷和机巷的掘进 ，下面以被保护层工作面 2611 工作面和保护层工作面 1811 和 281 被保护层工作面 W1607工作面和保护层工作面 W1805 为例说明一下目前的保护层开采巷道布置方式。 2611 被保护层工作面由 1811 和 2813 两个保护层工作面保 护，新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究 21 2611 工作面的保护层工作面 1811 和 2813 工作面分别于 1998 年和2020 年 3 月收作。 W1607 工作面被 W1805 工作面保护正在回采， 保护层工作面W1805 于 2020 年 10 日 收作。 工作面介绍 1811 保护层工作面基本参数： 标高范围： 538～ 597m 工作面走向长： 900m 工作面倾斜长： 170m 煤 层 厚 度 ：平均 3m 煤 层 倾 角 ：平均 20176。 工作面瓦斯压力： 工作面平均瓦斯含量 ： 工作面煤层赋存稳定，地质构造简单，适合于综合 机械化采煤，按综合机械化设计，工作面设计平均日产量为 2020～ 3000t。 2813 保护层工作面基本参数： 标高范围： 582～ 663m 工作面走向长： 955m 工作面倾斜长： 145m 煤 层 厚 度 ：平均 煤 层 倾 角 ：平均 22176。 工作面瓦斯压力： 工作面平均瓦斯含量 ： 与 1811 工作面的煤柱宽度： 15m 工作面煤层赋存稳定，地质构造简单，适合于综合机械化采煤，按综合机械化设计，工作面设计平均日产量为 2020～ 3000t。 2611 被保护层工作面基本参 数： 标高范围： 600～ 650m 新集二矿保护层开采方案优化与二水平瓦斯抽放技术研究 22 工作面走向长： 905m 工作面倾斜长： 185m 煤 层 厚 度 ：平均 煤 层 倾 角 ：平均 20176。 工作面瓦斯压力： 工作面平均瓦斯含量 ： 工作面煤层赋存稳定，地质构造简单，适合于综合机械化采煤，按综合机械化设计，工作面设计平均日产量为 2020～ 3000t。 W1805 保护层工作面基本参数： 标高范围： 440～ 504m 工作面走向长： 1175m 工作面倾斜长： 181m 煤 层 厚 度 ：平均 煤 层 倾 角 ：平均 8176。 工作面瓦斯压力： 工作面平均瓦斯含量 ： 工作面煤层赋存稳定，地质构造简单，适合于综合机械化采煤，按综合机械化设计，工作面设计平均日产量为 2020～ 3000t。 W1607 被保护层工作面基本参数： 标高范围： 474～ 542m 工作面走向长： 1162m 工作面倾斜长： 151m 煤 层 厚 度 ：平均 煤 层 倾。