煤矿瓦斯抽采课程设计.doc
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1、煤矿瓦斯抽采课程设计402020年4月19日文档仅供参考,不当之处,请联系改正。课 程 设 计题 目 大平一矿1煤层瓦斯抽采设计 院(系)别 安全工程学院 专业班级 煤层气11-1班 姓 名 杨博 指导教师 陈文胜 年 12 月 26 日目 录1 矿井概况及安全条件11.1 井田概况1 1.1.1 交通位置1 1.1.2 地形与地貌特征1 1.1.3 气候地震等情况21.2 井田地质特征2 1.2.1 地层与地质构造2 1.2.2 岩浆与水文地质2 1.2.3 煤层与煤质4 1.2.4 煤系地层5 1.2.5 煤尘、煤的自燃、煤质51.3 矿井开拓、开采概况61.4 矿井通风系统概况62 矿井
2、瓦斯赋存情况72.1 煤层瓦斯基本参数7 2.1.1 煤层瓦斯含量7 2.1.2 百米钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数7 2.1.3煤层透气性系数7 2.1.4围岩瓦斯储量系数72.2矿井瓦斯储量及可抽量72.3 瓦斯抽采的必要性9 2.3.1矿井瓦斯涌出量预测9 2.3.2瓦斯抽采的必要性9 2.3.3从矿井瓦斯涌出量预测结果来看瓦斯抽采的必要性10 2.3.4 从矿井通风能力来看瓦斯抽采的必要性10 2.3.5 从资源和环保的角度来看瓦斯抽采的必要性112.4 瓦斯抽采的可行性113 瓦斯抽采施工工艺的确定133.1矿井瓦斯抽采设计的原则134抽采瓦斯方法144.1矿井瓦斯来源分析14 4.1
3、.1回采工作面瓦斯来源及涌出构成144.2抽采瓦斯方法14 4.2.1选择抽采方法的原则14 4.2.2瓦斯抽采方法的选择方案的确定164.3钻场布置、钻孔参数确定17 4.3.1布孔方式及钻孔布置17 4.3.2钻孔直径、长度及个数的确定18 4.3.3钻孔布置平剖图19 4.3.4封孔方式、材料及工艺19 4.3.5封孔方式、材料及工艺选择225 瓦斯抽采基础参数23 5.1瓦斯抽采量计算Qi23 5.2工作面最大抽采量的抽采率d23 5.3抽采瓦斯时间24结 论251 矿井概况及安全条件1.1 井田概况1.1.1 交通位置大平煤矿位于沈阳市康平县境内,位于法库与康平两县之间,大部分隶属于
4、康平县东关屯乡管辖,其地理坐标为:东经123184512330,北纬42354245。大平煤矿距沈阳130Km,距铁岭70Km。入矿公路3.4Km与自井田东南部经过的203国道连接,矿区铁路在大青编组站与国铁连接,交通十分便利。交通位置图见图1-1。图1-1大平矿交通位置图1.1.2 地形与地貌特征大平一矿井田处于北东走向的八虎山和调兵山两个背斜之间,大平煤田的西南部,井田内无较大河流,北部为低缓的丘陵地形,南部为冲积平原。在中生代晚侏罗纪中期该煤田普遍下降形成了湖泊相和泥炭沼泽相沉积沙海组煤系。在白垩纪末期,该区一直限于侵蚀基准面以上,直到第四纪还仍在接受剥蚀堆积。从而构成了现代的剥蚀堆积地
5、貌类型,形成了井田内平缓的剥蚀堆积丘陵地形。 大平矿井田位于康平煤田西南部,东北以F1、F2、F3号断层为界与康平县三台子煤矿、铁煤集团小康矿相邻,东南以第10勘探线和-300水平为界与法库县边家煤矿相邻,其余均以煤层最低可采厚度(0.70米)圈定。井田中赋存有两层煤:煤层2。两层煤间距为9.3米。煤层发育情况呈全区发育。1.1.3 气候地震等情况本区属大陆性气候,多风少雨,春干冬寒。冬季多西北风,春季多西南风,风力79级,瞬时达10级。冻土层最大厚度1.4米。本区地震历年来未超过二级,烈度为度。1.2 井田地质特征1.2.1 地层与地质构造大平矿井田的煤层总体走向为NW向,倾向NE,倾角79
6、。三台子井田整体为一向斜构造,由于受后期构造的影响,致使向斜的东西两翼不对称。向斜轴由于岩层倾角平缓和断裂的破坏而不突出,可是看出向斜轴总的规律是由北向南逐渐加深,其轴向为N35W,向斜轴倾伏角6,轴部最深处可达830米。井田内无陷落柱和火成岩侵入。地层:大平煤田属于中生代陆相沉积,除元古代地层在煤田西侧以低山形式出露,其它地层几乎都被第四系沉积所覆盖前震旦系花岗片麻岩、结晶片岩等变质岩系构成铁法煤田的基底。晚侏罗系地层不整合于变质岩之上,白垩系地层几乎平行不整合于侏罗系地层接触,白垩系及新生界第四系地层不整合于白垩系之上。根据钻孔资料所见:有中生界侏罗系、白垩系及新生界第四系,现由下而上分如
7、下:1)中生界(M2)(1)侏罗系上统阜新组(J3f)为井田内唯一含煤地层,本组分为四段,分别为:底部沙砾岩段(J3f1)、下含煤段(J3f2)中部砂岩、泥岩段(J3f3)、上含煤段(J3f4)。(2)白垩系上统孙家湾组(K1s),本组分为两段,分别为:下部灰绿色砂岩段(K1s1)和上部紫色砂岩、砾岩段(K1s2)。2) 新生界第四系(Q)下部以砂、沙砾岩为主,中夹砂层,底部较粗。1.2.2 岩浆与水文地质1)岩浆活动本区岩浆活动主要有俩期,一期为燕山期,呈多次间歇,喷发之火山岩,构成本区上侏罗统大明山组地层中段覆盖在石炭二迭地层之上,一般对煤层煤质无影响。另一期为喜山期基性浅层侵入岩及挥绿岩
8、,该挥绿岩以断层为通道,多沿煤层或较软弱地层呈岩床和岩脉分别侵入到煤系地层和煤层中,不同程度的破坏了煤层。2)水文地质(1)含水层:大平矿井田划分3个含水层,分别为:侏罗系直接充水承压含水层、白垩系砂岩及砂砾岩承压含水层、第四系砂岩及砂砾岩承压含水层。(2)侏罗系直接充水承压含水层该层主要由灰白色砂岩及砂砾岩组成。泥质胶结,结构致密质软,赋存于煤层的中下部,一般厚度5 10m。底板平均深度575m。该含水层含水性及透水性很弱,在本采区425号钻孔水位标高是60.77米。从水质分析看:PH值平均8.1,最高达9.1,耗氧量7.78,最高达9.94,矿化度亦很高,这充分说明了该水是处于深层、高压、
9、缺氧、导水性甚微的封闭构造的还原环境。同时亦证明了补给及迳流条件都很迟缓,从而富集了大量的可溶盐,形成了ClHCO3-Na、Cl-Na、ClSO4- Na型水,另外也证明了该含水层与上部含水层无水力联系。(3)白垩系砂岩及砂砾岩承压含水层该含水层据其岩性和沉积建造环境及水文地质特征等可分为两段,即上部白垩系风化带含水段及白垩系下部微弱含水段。a上部白垩系风化带含水段主要由紫红色砂岩及砂砾岩所组成,其成分以石英、长石为主,结构松散破碎,砾径不一,一般5m/m。其分布西北较深,东南部较浅(45.70 77.25m)。含水层厚度也随赋存深度加深而增厚(10.73 62.34m),含水性及透水性较强。
10、水位标高79.59 84.93m,由东北流向西南,并在该段浅部发现有漏水现象,最大漏水量7m3/h。b白垩系下部微弱含水段主要由灰绿色砂岩及砂砾岩所组成,并为泥质胶结,其结构较上部风化带含水段致密,含水性及透水性比较弱。水质分析表明该层的上部风化带含水段主要来源于大气降水的直接补给,而风化带下部含水段则依靠上部风化带含水段水的垂直渗透补给,因此上段含水性及透水性强于下段,同时迳流条件也好于下部含水段。总之越向采区深部迳流条件越差,排泄条件越差。3)隔水层井田内划分为二个隔水层,即第四系粘土及亚粘土隔水层和侏罗系煤层顶板油页(泥)岩隔水层。(1)第四系粘土及亚粘土隔水层主要由黄色或黄褐色粘土及亚
11、粘土所组成,结构密实,含铁质结核,具可塑性,干硬。在井田内分布西北薄而东南厚(1.30 13.47m,平均7.2m)。水库底部南北两侧较薄,约6m,中部较厚,约11m,平均8m左右。据土工试验成果表明在2.66m以下均起隔水作用。(2)侏罗系煤层顶板油页(泥)岩隔水层主要由黑色泥岩及黑褐色油页岩所组成。结构细腻,并直接赋存于煤层之上,在井田内普遍发育,由西南向东北逐渐加深(136 770m),厚度也随之增厚(10 110m),平均60m左右。本采区内水库底部亦是如此规律,由西南向东北逐渐加深,厚度也随之增厚(30 70m),平均50m左右,为矿床良好的隔水层。4)水文地质类型采区内直接充水含水
12、层主要由侏罗系粗砂岩及砂砾岩微弱的裂隙孔隙承压含水层所组成,虽然粗砂岩疏软多裂隙,但单位涌水量均小于0.0043L/sm,而且煤层顶部有较厚的油页岩、泥岩,含水层间发育着具有良好隔水性能的泥岩、粉砂岩层,因此与地表水以及各主要含水层间无水力联系,故将该井田水文地质条件划分为简单的二类一型。1.2.3 煤层与煤质1)煤层大平矿井田含煤地层,由煤层、煤质页岩、黑色泥岩、油页岩及粉砂岩组成,煤层编号自上而下为1煤层和2煤层。1煤层厚度5m,2煤厚3.0 m。煤层全区发育,结构简单,但到东部边缘较复杂。煤层无伪顶,直接顶为黑褐色油页岩,常夹有13层薄层粘土,厚度0.10 0.30m,其下部含有3 5层
13、菱铁矿薄层,一般厚度为0.200.40m。油页岩结构致密、细腻、无裂隙,其厚度分布变化在本采区西南部1517m,东南部28 30 m。老顶以黑色泥岩为主,夹有深灰色粉砂岩,本层中富含蚌、螺及介形虫等动物化石。本层厚2034m。煤层直接顶板:主要由黑褐色油页岩组成。结构致密、细腻、无裂隙,厚度一般在1030米之间,平均20米左右,按其坚固程度属于软质岩石。煤层直接底板:由灰黑色泥岩和灰白色粉、细砂岩所组成。结构较细致,质软。其厚度变化西南薄56米,东北厚约10米以上,一般510米左右,按其坚固程度属于软质岩石。2)煤质煤质工业牌号为长焰煤,黑色,沥青光泽,条带状结构,块状构造,贝壳状断口或平坦状
14、断口,以亮煤为主,暗煤次之,在亮煤条带中常见两组垂直层面的内生裂隙,一组发育,另一组次之,裂隙面平坦。在裂隙中常有方解石及黄铁矿薄膜充填。煤层顶底板一般为整合接触。1.2.4 煤系地层1)煤层底板和2煤层顶板(即1、2煤层间距)为灰黑色泥岩、灰白色粉、细砂岩组成。泥岩结构较细致,质软;而灰白色砂岩则较坚硬。其厚度变化为西南薄,东北厚,最薄处0.10米,最厚处10.8米左右。薄处岩性单一,为泥岩,厚处岩性稍复杂,由泥岩、粉、细砂岩组成。2)煤层底板岩性与1煤层底板基本相同。本采区煤层顶、底板岩石的抗压强度均小于1000 kg/cm2,岩石硬度为中硬偏软,生产过程中应加强底板的维护,防止巷道底鼓。
15、煤层及厚度:煤层:井田内开采煤层为1、2。:煤厚:1#煤层为5.0m,2#煤层为3.0m。1.2.5 煤尘、煤的自燃、煤质大平一矿井田内的两个可采煤层最小厚度3m,厚度最大5m,煤层平均倾角10,煤层节理不发育,挥发分含量为30.89%,有助于煤层气的产生和贮存。经试验测定,1#煤层和2#煤层密度分别为1.35103t/m3和1.38103t/m3,煤炭自然发火期最短20天,煤尘爆炸指数为48.98%。具体参数见表1-1。表1-1煤层结构与特征表Tab.1-1 Coal layer structure and features table 项目单位指标备注煤层厚度最大-最小/m 5.0-3.0
16、煤层倾角最大-最小/ 513 煤层硬度t3.0煤层层理发育程度发育煤层节理发育程度不发育煤质灰分Ag %21.31挥发分 Vr %30.89容重 t/m31.35(1.38)103含硫量 %1.85胶质层厚度Y值0-5自然发火期月1-3最短20天绝对瓦斯涌出量m3/min4.8煤尘爆炸指数%48.981.3 矿井开拓、开采概况大平一矿设计生产能力1.80Mt/a,设计服务年限为83年。大平一矿工业广场布置在井田的储量中心,且地势比较平坦处。煤层埋藏最深为-700m,因此井田采用立井开拓,井筒数目为主井、副井两个井筒,井筒标高+80米。大平一矿采用长壁采煤法,矿井的通风方式采用中央并列式通风,风
17、井设在井田范围内。井底车场采用立式车场,井田划分为3个阶段,1个开采水平,5个采区,采区分别为S1、S2、S3、N1和N2,首先进行N1采区的煤炭开采,因而本设计针对N1采区的工作面进行瓦斯抽采设计。由于煤层倾角较小,因此采用帯区开采。运输大巷和回风大巷均布置在岩层中,维护方便,带区工作面长度235m,日生产量为5455t,日推进量4m,运输方式采用皮带运输。1.4 矿井通风系统概况大平一矿采用的是中央并列式通风,通风方法为抽出式。风井安装两台GAF26.6/15.8-1型轴流式风机,配套电机1600KW,转速1000转/min。矿井各采区均采用分区通风方式,由主要进风大巷(皮带巷、轨道巷)进
18、风采区石门经采区上山或本煤层上山工作面运输巷工作面工作面回风巷采区上山或本煤层上山采区回风石门到采区回风大巷。2 矿井瓦斯赋存情况2.1 煤层瓦斯基本参数煤层瓦斯基本参数包括:瓦斯风化带深度、煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤的残存瓦斯含量、煤的孔隙率、瓦斯含量分布梯度、煤层透气性系数、抽采钻孔影响半径、百米钻孔瓦斯流量及其衰减系数等6。对于以上参数的确定,根据AQ1027- 煤矿瓦斯抽采规范第5.2.2条规定:新建矿井瓦斯抽采工程设计应以批准的精查地质报告为依据,并参照邻近或条件类似生产矿井的瓦斯资料;改(扩)建及生产矿井应以本矿地质、瓦斯资料为依据2。2.1.1 煤层瓦斯含量1#煤层瓦斯含量8
19、.5m3/t,残余瓦斯含量3.5m3/t。2.1.2 百米钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数 钻孔瓦斯流量衰减系数为0.032d-1。2.1.3煤层透气性系数煤层透气性系数为0.45MPa2d。2.1.4围岩瓦斯储量系数煤层的直接顶板主要由黑褐色油页岩组成。结构致密、细腻、无裂隙,厚度一般在1030米之间,平均20米左右。煤层直接底板主要由灰黑色泥岩和灰白色粉、细砂岩所组成。结构较细致,质软。其厚度变化西南薄56米,东北厚约10米以上,一般510米左右。围岩瓦斯储量系数取定为0.08。2.2矿井瓦斯储量及可抽量根据MT5018-96矿井瓦斯抽采工程设计规范第3.0.1条规定,矿井瓦斯储量应为矿井可采
20、煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。可按下式计算: (2-1)式中,W矿井瓦斯储量,Mm3; W1可采煤层的瓦斯储量,Mm3; W2受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量,Mm3; W3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量,Mm3。(1)可采煤层的瓦斯储量W1 (2-2)式中,A1i矿井可采煤层i的地质储量,Mt X1i矿井可采煤层i的瓦斯含量,m3/t,(2)受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量W2 (2-3)式中,A2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量,Mt; X2i受采动影响后能够向开
21、采空间排放的不可采煤层的瓦斯含量,m3/t; 给定矿井中的所有煤层均为可采煤层,井田面积为18720480m2,煤层平均倾角10,W2取值应为0。(3)受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量W3 (2-4)式中,K围岩瓦斯储量系数,取0.08。按上式计算得出煤层的瓦斯储量及可抽量,计算结果见表2-1所示。表2-1 1#,煤层瓦斯储量及可抽量计算结果汇总煤层工业储量/Mt设计资源储量/Mt可采储量/Mt瓦斯储量 /Mm1#12839251283117772.3 瓦斯抽采的必要性2.3.1矿井瓦斯涌出量预测(1)工作面绝对瓦斯涌出量计算 (2-5)式中,开采煤层涌入工作面的瓦斯量,m3/mi
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