天禹煤矿瓦斯抽放工程初步设计(编辑修改稿)

天禹煤矿瓦斯抽放工程初步设计(编辑修改稿)内容摘要：

；泥岩、砂岩泥岩中含植物化石。 顶板为厚层状铝土质泥岩及铝土岩，具暗紫斑和菱铁质鲕粒，局部具鲕状结构（小紫斑泥岩）。 山西组与下伏太原组为整合接触。 （ 2） 下统下 石盒子组（ P1x） 由 砂锅窑砂岩底至田家沟砂岩底，厚 ， 本组以 中上部地层在本区浅部遭受剥蚀，仅在中东部保留该组及其上部的上石盒子组。 下部为灰绿色，砂质泥岩夹细粒砂岩，局部为深灰色泥岩，含紫斑泥岩、偶夹薄煤。 底部为灰绿色紫斑泥岩及浅灰色中粗粒砂岩，俗称砂锅窑砂岩，为区内主要标志层。 上部为青灰色、深灰色、黑色泥岩、砂质泥岩夹青灰色、浅灰色细、中粒砂岩、紫斑泥岩及永龙天禹（ 登封）煤业有限公司瓦斯抽放工程初步设计说明书 第 4 页 共 61 页 薄煤多层。 紫斑泥岩常含铝质，二含菱铁质鲕粒。 上部的底层为灰、灰绿色中粗粒砂岩，称 四煤底板砂岩 ，为区内标志层之一。 该组下部为三煤组，上部为四、五、六煤组，仅五 3 煤大 部可采。 下石盒子组与下伏山西组为整合接触。 （ 3） 上统 上石盒子组（ P2s） 由 田家沟砂岩底至 基岩风化面，保留最大 厚度为 ， 按其沉积旋回，可分为七、八、九煤段。 ① 七煤段 由田家沟砂岩底至八煤地表砂岩底，厚 m。 田家沟砂岩为灰白 ~灰绿色中 ~细粒砂岩，局部相变为粗粒甚至含砾，厚 m左右，为下三种盒子组与上盒子组的分界标志层。 其上为灰 ~灰白色砂岩、灰 ~紫红色泥岩、砂岩泥岩，局部发育 3~5 层灰褐、灰黄色硅质泥岩，是七煤段良好标志。 ② 八煤段 由煤地表砂岩底至九煤底板砂岩，厚度为 m。 八煤地表砂岩为灰、灰绿 色 中 ~细粒砂岩。 中上部为灰、青灰、紫红色泥岩、砂质泥岩透镜体、产植物化石及黄铁质结核。 ③ 九煤段 由九煤地表砂岩底至基岩风化面，保留最大百度为 m。 九煤地表砂岩为灰、灰绿色中 ~粗粒砂岩，厚。 中上部为浅灰、灰绿色泥岩、泥岩、夹砂岩透镜体、产植物化石及黄铁质结核。 上石盒子组与下伏石盒子组为整合接 触 四、新近系（ Q） 以角度不整合覆盖于下伏各时代地层之上。 厚度为 0～ 20m。 主要由黄土、黄褐色亚粘土、土红色砂质粘土、砂砾石组成。 地质构造 矿区位于 颍阳芦店向斜南翼中段，总体构造为一走向 115~140176。 ，倾向25~50176。 ，倾角 30176。 左右单斜构造。 矿区及周边邻近构造较复杂，以断裂为主，多数为 NE 向张性正断层，少数为压扭性逆断层及东西向张扭性正断层。 区内发育 3 条走向为北东向的正断层，结合郭沟井田地质报告构造发育情况确定本区构造复杂程度属中等构造。 （ 1）新庄断层（郭 F2） 永龙天禹（ 登封）煤业有限公司瓦斯抽放工程初步设计说明书 第 5 页 共 61 页 F2 断层位于本区西北边界，正断层，区域延伸长度大于 区内延伸长度约。 断层走向 50～ 85186。 左右，倾向 140~175186。 ，倾角 70186。 落差 100~200m。 该断层在矿区及附近 由 570 5803 孔和地表露头控制，已基本查明。 （ 2）郭 F5 断层 郭 F5 断层位于本区东南部，正断层，区域延伸长度 ，区内延伸长度约。 该断层走向 70~90186。 左右，倾向 340~360186。 ，倾角 70186。 ，落差 30~50m，该断层在区内由 590 600 6103 孔和地表露头控制，已基本查明。 （ 3）郭 F9 断层 郭 F9 断层位于本区南部，原财兴煤矿南部边界，正断层。 区域延伸长度约，区内延伸长度。 断层走向 70186。 ，倾向 340186。 ，倾角 70186。 ，落差 0~。 该断层在矿区附近由地 表露头控制，断层已查明。 煤层赋存与煤质 煤层赋存 本区含煤地层为石炭系上统太原组合二叠系下统山西组、下石盒子组，含煤地层总厚度 ，共计含量煤 12 层，煤层总厚 m，含煤系数 %，其中赋存于山西组下部的二 1 煤层、下石盒子组的五 3 煤层为主要可采煤层，可采煤层总厚 m，可采含煤系数 %。 （ 1）二 1 煤层 赋存于山西组下部，全区发育，结构简单，全区可采，结合郭沟井田地质报告煤层发育情况，属较稳定煤层。 下距 L7 石灰岩 m，距寒武系灰岩 m。 煤层底板标高为 +450~650 m，煤层埋深 60~1070 m，煤厚 ~ m，平均 m，南部和西部厚度较大，煤层厚度变化标准差为 ，变异系数为 22%，煤层结构简单，不含夹矸。 煤层顶板为黑色泥岩、砂质泥岩，老顶为细砂岩；底板为黑色泥岩、砂质泥岩。 （ 2）五 3 煤层 赋存于石盒子组中部全区发育，结构较简单，大部可采，结合郭沟井田煤层发育情况，属稳定煤层，下距二 1 煤层 240 m，下距寒武系灰岩 m。 煤层底板标高为 +450~480 m，煤层埋深 180~900 m。 煤层厚度 0~ m。 煤厚变化标准差 ，变异系数为 16%。 煤层结构较简单，一般不含夹矸。 煤层顶板为深灰色砂岩，局部为泥岩质泥岩伪顶；底板为泥岩或砂质泥岩。 永龙天禹（ 登封）煤业有限公司瓦斯抽放工程初步设计说明书 第 6 页 共 61 页 煤质特征 （ 一 ）煤的物理性质 二 1 煤层颜色为黑色，粉状，间夹块状、粒状煤，粉状煤的原生结构、构造不清，块状煤具有似金属光泽，据测定二 1 煤视密度。 （ 二 ） 煤的化学性质 二 1 煤原煤水份（ Mad）平均为 %~%，平均为 %，为低水分煤；原煤灰份 (Ad)为 ~%，平均为 %，为中灰煤。 原 煤干燥无灰基挥发分（ Vdaf）为 %；属特低硫 、 中高发热量 、 特低磷煤。 （三） 煤类 由前述可知，二 1 煤浮煤挥发份（ Vdaf）为 %，煤中氢元素含量（ Hdaf）为 %，依据《中国煤炭分类国家标准》，本区二 1 煤应为贫煤。 矿区 内二 1煤为中灰、特低硫、特低磷、中高发热量之贫煤。 因此，可做为动力用煤和火力发电用煤，也是良好的民用燃料。 矿井开拓与开采 矿井采用 斜 井开拓 （其中包括主斜井、副斜井、回风井），井筒均布置在 二 1煤 层底板灰岩内，倾角为 30176。 ，主 井斜长 836 米，副井斜长 826 米，回风 斜井斜长 810 米。 井田范围内共有资源储量二 1煤 万吨，可采储量 万吨；矿井主采二 1煤层，井田面积为 ，平均厚度为。 采煤方法走向长壁后退式，全部垮落法管理顶板，采煤工艺为炮采。 目前井下布置有 21031 采煤工作面， 21021 采煤工作面和 21061 掘进工作面。 矿井通风与瓦斯 矿井采用中央并列式通风方式，即主、副斜井进风，回风斜井回风。 通风方法为抽出式。 主通风机为 型轴流式风机，共 2 台，一备一用。 掘进工作面采用局部通风机压入式通风，回采工 作面采用全负压通风，工作面通风系统为“ U”型，采用上行通风方式。 本矿井位于郭沟井田的西部，根据《河南省登封煤田郭沟井田勘探地质报告》，二 1 煤层在 ~，瓦斯成分以甲烷为主，由 浅 至深甲烷约占气体成分为 ~%，一笛膜在 85%以上，次为氮气和二氧化碳；瓦斯含量为 %~%m3/，平均 %m3/， 其变化和成分变化永龙天禹（ 登封）煤业有限公司瓦斯抽放工程初步设计说明书 第 7 页 共 61 页 大体一致，即随煤层埋深加深，瓦斯含量呈增高趋势。 瓦斯风化带分布在井田浅部 ，其下界深度一般在 160m左右。 以深则瓦 斯含量高，属瓦斯富集区。 本区煤层埋深 0~1070m，除浅 部 煤层露头附近外，基本上处于煤层瓦斯富集区。 属于瓦斯矿井，在 +60m水平以下深部瓦斯含量相对较高，应按高瓦斯矿井管理。 在埋深 ~， CH4 含量为 ~。 本区煤层瓦斯存在不均衡性，特别是在新 F郭 F14 断层附近有可能形成瓦斯相对聚集区。 根据河南省煤炭工业管理局，河南理工大学编著的《河南省瓦斯地质规律研究及煤矿瓦斯地质图》，登封地区属于豫西强变形三软煤层高突瓦斯带，为煤与瓦斯突出矿区。 永龙天禹（ 登封）煤业有限公司瓦斯抽放工程初步设计说明书 第 8 页 共 61 页 2 矿井瓦斯抽 放的必要性与可行性 天禹矿瓦斯基础参数 瓦斯含量测定 煤层瓦斯含量是单位体积或重量的煤体中所含的瓦斯量，常用 m3/t 或 ml/g作为计量单位。 煤层瓦斯含量是煤层瓦斯的主要参数。 生产矿井煤层瓦斯含量普遍采用间接法或直接法测定。 直接法测定煤层瓦斯含量即利用煤层钻孔采集原始煤体煤芯，用解吸法直接测定煤层瓦斯解吸量。 直接法测定煤层瓦斯含量的原理是：用解吸法直接测定煤样的瓦斯解吸量，根据煤样瓦斯解吸量及解吸规律，推算煤样从采集开始至装罐解吸测定前的损失量，再利用解吸测定后煤样中残存瓦斯量计算煤层瓦斯 含量。 20xx 年元月， 河南理工大学 按照《 煤层瓦斯含量井下直接测定方法 》（ AQ106620xx）和 《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》（ GB/T 2325020xx） 的要求， 在 21031 下副巷外段 和 21031 下 副巷里段 等位置测定了 7 组煤层瓦斯含量。 设计 测定 钻孔深度 25~30m。 在施工钻孔过程中，在孔深 15m、 20m、 25m 和 30m处取样，测定 30min 以内的瓦斯解吸量，把解吸量最大的煤样送实验室测定煤层残余瓦斯含量，最终测定出煤层瓦斯含量。 测试结果见表 21。 永龙天禹（ 登封）煤业有限公司瓦斯抽放工程初步设计说明书 第 9 页 共 61 页 表 21 天禹 煤矿煤层 瓦斯含量测定结果 钻孔 开孔位置 标高 （ m） 瓦斯含量 （ m179。 /t） 瓦斯压力 （ MPa） W1 21031 下副巷外段距揭煤点 40m（ 1孔），取样深度 18m 75 W2 21031 下副巷外段距揭煤点 70m（ 2孔），取样深度 25m 74 W3 21031 下副巷外段距甩车场 260m（ 3孔），取样深度 19m 90 W4 21031 下副巷外段距甩车场 260m 上帮（ 4孔），取样深度 20m 62 W5 21031 下副巷外段距甩车场 200m（ 5孔），取样深度 21m 40 W6 21031 下副巷里段迎头（ 6孔），取样深度 16m 42 W7 21031 下副巷里段迎头（ 7孔），取样深度 24m 38 从瓦斯含量（全组分）测定结果来看，二 1 煤层瓦斯含量为 ~,最大瓦斯含量未超过临界值 8m3/t。 煤层瓦斯压力间接测定 直接法测试煤层瓦斯压力受诸多因素的影响，不易获得真实的值，为了尽可能多的获得瓦斯压力资 料，可以依据井下实测的瓦斯含量，用间接法反算得到瓦斯压力。 间接法是井下确定煤层瓦斯含量的重要方法，在已知煤层瓦斯压力、煤的瓦斯吸附常数时，由公式（ 21）计算煤层瓦斯含量：  PMMbPabPW adad 11001001 d  （ 21） 式中 ： W—— 煤层 瓦斯含量， m3/t； P—— 煤层瓦斯压力， MPa； a—— 吸附常数，煤的极限吸附量， m3/t； b—— 吸附常数， MPa1； Mad—— 煤中水分含量， %； 永龙天禹（ 登封）煤业有限公司瓦斯抽放工程初步设计说明书 第 10 页 共 61 页 Ad—— 煤中灰分含量， %； π —— 煤的孔隙 率 ， %；  —— 煤的容重（视密度） ， t/m3。 在采用式 21 计算煤层瓦斯压力时需要注意以下几点： ① 因混合气体的压力是组成混合气体的各种单一气体的压力之和，故在采用间接法计算煤层瓦斯压力时要考虑氮气、二氧化碳、一氧化碳气体等产生的压力； ② 在气体自然组份中， CH4 是分子量最小的气体，在自然组份中与其它气体相比，同等吸附气体体积的气体 CH4 产生的压力小于氮气； 将实测瓦斯含量、气体组份数据和表 21 中的有关数据代入朗格缪尔公式进行计算，得到实测瓦斯含量 推算 的压力结果 如表 21 所示。 按瓦斯 含量反推瓦斯压力的煤层瓦斯压力的值域为 ~， 7 个测定值全部小于临界值。 瓦斯压力直接测定 直接测定煤层瓦斯压力的方法为从岩层巷道或煤层巷道中向预定测量瓦斯压力的地点用钻机打一钻孔，然后从钻孔中引出一个管子及测压装置，再将钻孔严密封闭堵塞，用压力表和引出的管子或测压装置相连，从而测出煤层中的瓦斯压力。 如果在测定中能保证钻孔封闭得严密不漏气，则压力表显示的数值即为测点及其附近的实际瓦斯压力。 严格执行 AQ104720xx（《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》）的有关规定测定煤层瓦斯压力。 在矿井的 不同标高 采用聚胺脂和水泥砂浆封孔方法测定了二 1煤层的瓦斯压力，其 表 压力值为 ～ ，测压孔的参数见表 22。 表 22 二 1 煤层瓦斯压力测定 地点 标高（ m） 钻孔倾角（度） 方位角（度） 终孔深度（ m） 封孔深度(m) 表压力（ MPa） 21031 下副 巷外段水仓处硐室（ 1） 55 30 170 17 14 21031 下副巷外段水仓处硐室（ 2） 45 30 220 17 21061 下副巷密闭外（ 3） 50 50 265 25 22 21061 下副巷密闭。