西沟二号井煤矿瓦斯抽采系统方案(编辑修改稿)

西沟二号井煤矿瓦斯抽采系统方案(编辑修改稿)内容摘要：

K=，因地质报告中无不可采煤层的煤炭地质储量数据，本设计中根据矿井 不可采煤层厚度，取不可采煤层瓦斯储量为可采煤层瓦斯储 量的 20%。 西沟二号井目前设计开采 中央采区 +800m～ +680m水平之间的煤层， +740m水平正好处于中间水平，因此取 +740m水平的煤层瓦斯含量作为 +800m～ +680m水平之间的煤层的平均瓦斯含量是合适的。 因此 +800m～ +680m水平煤层平均瓦斯含量取8m3/t， 经计算得出西沟二号井 +800m～ +680m水平煤层 的瓦斯储量 ， 表 221 矿井瓦斯储量计算结果表 开采水平 瓦斯含量 (m3/t) 煤炭地质储量 (kt) 围岩含量系数 瓦斯储量 (km3) 备 注 +800～ +740 8 K= +740～ +680 8 合计 52888 第 三 节 矿井瓦斯涌出量预测 根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》（ AQ1018—— 20xx）对矿井瓦斯涌出量进行预测分为分源预测法和矿山统计法。 分源预测法是根据时间和地点的不同，分成数个向矿井涌出的瓦斯源，在分别对这些瓦斯涌出源进行预测的基础上得 出矿井瓦斯涌出量的方法。 一、 分源预测法 预测数学模型 1．回采工作面瓦斯涌出量计算 回采工作面的瓦斯涌出量由开采层、邻近层瓦斯涌出量两部 分组成，其相对瓦斯涌出量按下式确定： Q采 ＝ Q1＋ Q2 （ 23） 式中 Q1—— 开采层相对瓦斯涌出量， m3/t d； Q2—— 邻近层相对瓦斯涌出量， m3/t d； 开采层相对瓦斯涌出量按下式确定： )( 03211 cWWMmKKKQ  （ 24） 式中 K1—— 围岩瓦斯涌出系数； 瓦斯抽采系统方案设计说明书 12 K2—— 工作面丢煤系数，用回采率的倒数来计算； K3—— 采区内准备巷道预排瓦斯对开 采层瓦斯涌出影响系数； L hLK 23  （ 25） L—— 回采工作面长度； h—— 巷道煤体瓦斯排放带宽度； m—— 开采层厚度； M—— 工作面采高； W0—— 煤层原始瓦斯含量； Wc—— 运出矿井后煤的残存瓦斯含量； 邻近层相对瓦斯涌出量按下式确定：   ni iicii MmWWQ 1 02 )(  （ 26） 式中 mi—— 第 i邻近层厚度， m； M—— 工作面采高， m； W0i—— 第 i个邻近层的原始瓦斯含量， m3/t； Wci—— 第 i个邻近层残余瓦斯含量， m3/t； η i—— 第 i个邻近层瓦斯排放率； 2．掘进工作面瓦斯涌出量计算 掘进工作面的瓦斯涌出量由落煤瓦斯涌出量和煤壁瓦斯涌出量两部分组成，其绝对瓦斯涌出量按下式确定： Q掘 ＝ Q3＋ Q4 （ 27） 式中 Q掘 —— 掘进工作面绝对瓦斯涌出量， m3/min； Q3—— 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量， m3/min； Q4—— 掘进巷道落煤瓦斯涌出量， m3/min； )12(03  vLQvDQ （ 28） 式中： D—— 巷道断面内暴露煤面的周边长度， m。 对于厚煤层， D=2h+b， h及 b分别为巷道的高度及宽度； 瓦斯抽采系统方案设计说明书 13 v—— 巷道平均掘进速度， m/min； L—— 巷道长度， m； Qo—— 暴露煤壁初始瓦斯涌出初速度， m3/m2 min，按下式计算： Q0＝ [(Vr)2＋ ]W0 （ 29） 式中 Vr—— 煤的挥发份， %。 Q4＝ Svγ (W0－ WC) （ 210） 式中 S—— 煤巷掘进断面积， m2； v—— 掘进速度， m/min； γ —— 煤的密度， t/m3。 3． 采区瓦斯涌出量 采区内瓦斯涌出量除了回采和掘进涌出外，还包括采区内已采区段老空区瓦斯涌出。 其计算公式为： 011)1 4 4 0(AQAQkQniiniii 掘回采采区 （ 211） 式中： Q采区 —— 采区瓦斯涌出量， m3/t； Ao —— 采区平均日产量， t； Q回 i—— 第 i回采工作面瓦斯涌出量， m3/t； Ai —— 第 i回采工作面平均日产量， t； k采 —— 采区内采 空区瓦斯涌出系数 ； Q掘 i—— 第 i掘进面工作面瓦斯涌出量， m3/min。 4． 矿井瓦斯涌出量  niiniinAAQkQ11采区矿 （ 212） 式中： Q矿 —— 矿井瓦斯涌出量， m3/t； Q采区 i—— 第 i采区瓦斯涌出量， m3/t； A i—— 第 i采区日平均煤炭产量， t； 瓦斯抽采系统方案设计说明书 14 Kn—— 已采采空区瓦斯涌出 系数。 5． 矿井瓦斯涌出不均衡预测 考虑到矿井瓦斯涌出的不均衡性，矿井瓦斯涌出量应乘以瓦斯涌出不均衡系数，即： Q矿 ‘ = Kn‘ Q矿 （ 213） Kn‘ —— 矿井瓦斯涌出不均衡系数。 6．分源预测法小结 根据公式 24，开采层瓦斯涌出量与系数 K3（采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数）成正比关系，西沟二号井 的回采工作面设计长度为 ，根据公式 25， K3值还与 h（巷道煤体瓦斯排放带宽度）有关，查 《矿井瓦斯涌出量预测方法》（ AQ101820xx），得下表： 表 231 巷道预排瓦斯带宽度值 巷道煤壁暴露时间 不同煤种巷道预排瓦斯宽度 T（ d） 无烟煤 瘦煤及焦煤 肥煤、气煤及长焰煤 25 9 50 13 100 9 16 150 18 200 11 250 12 300 13 18 23 西沟二号井开采各煤层属气煤，根据表中各种煤种的巷道预排宽度值 和 西沟二号井 的掘进速度， 巷道煤壁暴露时间 在 100d以上，因此巷道预排宽度值取 16m。 由公式25得 K3＝（ 2） /＝。 此计算结果为负数说明本煤层瓦斯涌出量已经 基本释放完毕。 但 西沟二号井采用 水平分层开采 方法 ，开采 +791m水平时， 由于+791m水平煤层被开采，下部的煤层因为卸压作用， 从 +782m水平到 +740m水平甚至更下水平煤层的瓦斯皆会涌向 +791m水平工作面的采空区，然后进入回风巷中， 本煤层瓦斯涌出是矿 井主要瓦斯来源， 这与计算结果中的本煤层瓦斯已经释放完毕相矛盾，因此西沟二号井水平分层开采煤层时的瓦斯涌出量不适于采用 目前《矿井瓦斯涌瓦斯抽采系统方案设计说明书 15 出量预测方法》（ AQ101820xx） 分源预测法 中的公式 进行预测。 二、矿山统计法 根据前面论述，西沟二号井不适于采用现分源预测法 中的 公式进行矿井瓦斯涌出量预测， 因此本设计中矿井瓦斯涌出量预测采用矿山统计法进行预测。 矿山 统计法是根据对本矿井或邻近矿井实际瓦斯涌出资料的统计分析得出矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律，预测新井或新水平瓦斯涌出量的方法。 西沟一号井井田位于黄山街 倒转向斜北翼，呈南倾单斜构造，倾角 48～ 64度，走向基本为东西向，井田内未发现有较大的断层。 中大槽煤层厚度 ～ ，平均 ，煤层稳定，结构简单，顶板为粉沙岩及细砂岩，局部为中粒砂岩，顶板为泥岩及粉沙岩。 西沟二号井与西沟一号井通过对比其地质构造，煤层赋存及煤层埋藏深度，两个矿井处于同一个地质单元，两矿井之间无复杂的地质构造。 西沟一号井测定中大槽煤层瓦斯基本参数的标高为 +854m，其煤层埋深为 200多米， 测得中大槽煤层原始煤层瓦斯含量为 ， 20xx年开采水平到 +854m时 ，生产能力为 100kt/a，矿井瓦斯绝对涌出量为 ， 相对瓦斯涌出量为 ，采煤方法为 仓储式采煤法 ，回采率为 45%。 西沟二号井 在中央采区 +740m水平测得中大槽煤层原始瓦斯含量为 ，测点埋深 240m。 二号井在开采东翼采区时， 20xx年矿井瓦斯等级鉴定结果为绝对瓦斯涌出量 m3/ min，相对涌出量 m3/ t；绝对二氧化碳涌出量 m3/ min, 相对二氧化碳涌出量 ，矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井； 20xx矿井瓦斯等级鉴定结果为 相对瓦斯涌出量 m3/t，绝对涌出量 m3/min；相对二氧化碳涌出量 m3/t,绝对二氧化碳涌出量 m3/min，矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井； 20xx年 矿井 开采深度 到 220m时，测得矿井 瓦斯相对涌出量为 22m3/t。 西沟二号井开采东翼采区时采用仓储式采煤法， 回采率为 45%，根据历年的瓦斯等级鉴定结果看，煤层瓦斯涌出量承着开采深度的加深而增加。 根据西沟二号井对矿区内火烧区的勘察，东翼采区火烧区在 +860m水平以上，中央采区火烧区深度最深到了 +740m水平，最浅部 +850m水 平。 由火烧区的深度可知在同一水平时中央采区相同煤层的瓦斯含量会低于东翼采区。 中大槽煤层中央采区在+791m水平巷道掘进时瓦斯涌出量为 ， +740m水平巷道掘进时瓦斯涌出量为 ，由此可证明中采采区受火烧区的影响，其瓦斯含量较低。 如果中央采区与 东翼采区采用同样的采煤方法通过对比可知中央采区的相对瓦斯涌出量会小于东翼采区相同水平煤层的相对瓦斯涌出量。 瓦斯抽采系统方案设计说明书 16 根据分源预测法的公式 24开采层瓦斯涌出量与丢煤系数 K2（即回采率的倒数）成正比关系， 也即是与回采率成反比关系，说明矿井回采率越 低，相对 瓦斯涌出量越大， 井下实际开采中也证明 丢煤中所含瓦斯的绝大部分会涌入巷道或采空区。 西沟二号井中央采区采用水平分层采煤法，目前还没有建立此种采煤方法的瓦斯涌出数学模型，经咨询相关专家 暂时采用与邻近矿井或采区回采率相对比的方法预测水平分层采煤法的瓦斯涌出量较合适。 西沟二号井经改扩建后设计生产能力为 90kt/a，采煤方法设计为水平分层走向长壁综放采煤法，回采率可达到 75%。 参考西沟一号井在煤层瓦斯含量为 井相对瓦斯涌出量为 时瓦斯涌出量为 22m3/t，取二者中较大的相对瓦斯涌出量 22m3/t作为中央采区瓦斯涌出量预测的参照数据， 并取 ， 经计算如下： /%75 %4522 3＝＝矿 Q 因此西沟二号井开采中央采区 +740m水平以上煤层时，矿井相对瓦斯涌出量为，根据其矿井设计产量，则绝对瓦斯涌出量为。 矿井在以后的生产中应随时监测矿井瓦斯涌出量，当实际矿井相对瓦斯涌出量超过 ，及时和 设计单位联系，以便作出相应的调整。 西沟二号井中央采区设计开采深度为 +800m~+680m，但 目前西沟二号井还没有+740m水平以下的相关瓦斯资料， 也没有水平分层开采的瓦斯涌出梯度， 无法预测+680m水平的瓦斯涌出量， 因此在开采 +740m水平以上煤层，矿井需要做好各水平开采时瓦斯涌出量记录，以便为预测 +680m水平 煤层开采时的瓦斯涌出量做指导。 第 四 节 瓦斯抽采规模及矿井瓦斯可抽量 1．矿井瓦斯抽采规模 西沟二号井 煤矿 开采中央采区 +740m水平以上煤层时，矿井相对瓦斯涌出量为， 绝对瓦斯涌 出量为 ，根据《 煤矿瓦斯抽采基本指标 》矿井绝对瓦斯涌出量≤ 20m3/min，矿井瓦斯抽采率≥ 25%。 根据矿主提供的资料，西沟一号井抽采期间瓦斯抽采率为 40%~45%，为了稳定抽放流量，设计矿井瓦斯抽采率为 35%。 由于 小型 矿井 生产产量不均衡及 瓦斯涌出的不均衡性，设计矿井瓦斯抽采规模为。 瓦斯抽采系统方案设计说明书 17 2．矿井瓦斯可抽量 瓦斯可抽量是指在瓦斯储量中能被抽出的最大瓦斯量，其计算公式如下： W抽 ＝ W0 Kg （ 214） 式中 W抽 —— 可抽瓦斯量， Mm3； Kg —— 矿井瓦斯抽采率， %。 设计矿井瓦斯抽采率 Kg=35%，经计算，矿井瓦斯可抽量为。 第 五 节 矿井瓦斯抽采必要性和可行性分析 西沟二号井 矿井 相对瓦斯涌出量预计为 ，因此属于 高瓦斯矿井 ，根据 国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定（国务院令 446号） ，高瓦斯矿井必须建立瓦斯抽采系统，因此该矿需加强矿井瓦斯治理，进行瓦斯抽采工作。 同时 西沟二号井。