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1、目 录一、前言二、矿井概况及瓦斯赋存状况2.1 矿井概况2.2 瓦斯赋存状况三、103、105采区及1034、1051工作面概况3.1 103采区及1034工作面概况3.2 105采区及1051工作面概况四、地面采动井抽采理论和矿区抽采实践4.1 下保护层开采作用机理4.2 井下开采岩层移动特征4.3“O”形圈理论4.4下保护层及被保护层开采范围的确定 4.5矿区采动井抽采实践五、1034、1035工作面瓦斯储量和可抽瓦斯量的预测六、103、105地面钻井予抽8煤卸压瓦斯方案6.1 地面采动布置原则6.2 地面钻井布置方案6.3 钻井结构设计七、地面管路设计及设备校核7.1 新建抽放泵站7.2
2、 新建地面瓦斯抽放管路系统八、地面钻井抽采工程费用概算九、井上下两种抽采瓦斯方案比较9.1 井下抽放方式9.2 井上下工程费用比较9.3 地面钻井及井下抽采优缺点比较9.4有关抽采参数的考察十、地面钻井抽采工程效益分析10.1 产气量预测10.2 经济效益10.3 矿井安全效益10.4 环境效益十一、结论和建议11.1 结论11.2 建议XX矿业集团XX庄煤矿地面钻井预抽103、105采区8煤卸压瓦斯防治瓦斯初步设计一、前言XX庄煤矿为高瓦斯突出矿井，年产煤炭200吨左右。8煤层属特厚构造煤结构，煤层透气性系数低，=8.310-4毫达西。8煤开采过程中曾发生煤与瓦斯突出事故及自燃发火事故，始突
3、深度294m。由于第一水平煤炭储量不多，矿井正向二水平过度，煤和瓦斯突出的危险性也将进一步增大，为解除8煤突出威胁，二水平拟改变开采程序，先采103、105采区10煤下保护层，经采动卸压释放，同时抽采被保护层8煤卸压瓦斯。由地面钻井抽采采动区中组煤卸压瓦斯，已先后在XX芦岭矿、海孜矿取得成功，共施工了13口井，单井产气最大已达368万m3。实践证明：地面钻井抽采中组煤卸压瓦斯，是解除8煤突出威胁，和减少回采面瓦斯涌出量防治瓦斯的最佳途径之一；同时地面井抽采瓦斯的浓度高，是发电或民用的清洁、高效燃料。因此贯彻“以抽促采，以用促抽”的方针，应做到抽采与利用并重，实现先抽后采，提高瓦斯利用经济效益，
4、保护矿区环境，达到“一举三得”的效果。根据集团公司领导指示，充分利用该矿二水平先采10煤保护层的条件，安排地面钻井抽采8煤卸压瓦斯。为此，特编制XX庄矿地面钻井预抽103、105采区8煤卸压瓦斯，防治瓦斯初步设计，结合开采进度，分期安排实施。二、矿井概况及瓦斯赋存状况2.1矿井概况XX庄煤矿位于安徽省宿州市东15公里，属于宿东向斜的北半部，往东南以F1断层和-勘探线与芦岭矿分界。走向长9.5公里，宽1.5-4.5公里，井田面积23.5km2。第四系覆盖层厚度247m，地面标高+25.0m，含煤地层为二迭纪石盒子组和山西组，地层倾角西部平缓15-25，东部45-90，局部倒转。含煤18-25层，
5、平均可采总厚度13.65-16.08m，其中8、10煤层为主采煤层，煤种为气煤、1/3焦煤，煤岩特征见表2-1及附图2-1。可采煤层特征表 2-1煤层名称厚度（m）层间距（m）结构稳定程度顶、底板岩性可采范围最大最小平均顶板底板61.9001.0125-3020-251-570-80简单不稳定泥岩泥岩2、4采区77.4501.50复杂较稳定砂、岩粉砂岩泥岩大部分可采828.075.49.98复杂稳定泥岩粉砂岩泥岩全井田可采92.501.70简单不稳定泥岩泥岩7采区可采104.902.30简单较稳定粉砂岩粉砂岩大部分可采井田位于徐州宿县弧形构造带南端的宿东向斜北部，受燕山期构造运动的影响，地质构
6、造复杂，井田内东翼地层倾角60-80受F4逆断层切割，西翼地层倾角12-25（图2-2），井田内落差大于30m的断层有19条，其中正断层13条，逆断层6条，按断层走向可分三组，F10以南为N10-20E的斜切断层组，以北为N60-80W的斜切断层组，井田东翼为走向断层组。井田北部煤系上方有砾岩含水层（五含）、岩溶发育，富水性强，水文地质条件比较复杂，南翼水文地质条件比较简单。矿井年原设计生产能力120万吨，1974年12月建井，1983年4月投产，1988年扩建为180万吨/年，2007年核定220万吨/年，目前年生产能力200万吨。矿井设计以竖井底板运输大巷采区石门开拓，两个开采水平。第一水
7、平标高-435m，回风水平标高-275m，一水平设计10个采区，南部向斜西翼有一、三、五、七4个采区，北部向斜西翼有二、四、六、八4个采区，东翼有十、十二两个采区，采区以断层为界，一般长800-1200m，倾斜长520-600m。二水平设计标高-680m，目前开采正向二水平过度。采煤方法，采用走向长壁顶板垮落、放炮落煤，单体液压支柱和铰接顶梁支护、部分采用简易放顶煤开采。矿井有3座回风井（南一、南二、西风井），采用两翼对角混合式通风，其中南一风井已于2002年关闭停运，目前总抽风量为162513/min，工广西部风井已建瓦斯抽放泵站,装备两台纳西姆公司生产的2BE3-420水环式真空泵，配13
8、2KW电机，能力120m3/分，南二风井拟建抽放泵站，装备2台2BE1600型水环式真空泵，配备315KW电机，额定流量为300m2/min，其中1台工作、1台备用，服务于三、五、七及南翼二水平采区。井下八七采区装备一套移动抽放系统，能力80m3/分。2007年矿井瓦斯鉴定绝对涌出量38.56 m3/分，相对涌出量10.96 m3/t，抽放量2006年为529.0万m3。2.2矿井瓦斯赋存状况XX庄矿南、北两翼瓦斯赋存状况有明显的差异，由于F10剪切断层斜切宿东向斜北段，造成XX庄矿南、北翼煤层互不相连，瓦斯也不构通，彼此成为独立的块段。断层北侧是向斜的仰起端，三面可以沿露头排放瓦斯，加之中生
9、代对煤系切割深，煤盆变浅，煤系之上是透气性好的“五含与四含”，煤系瓦斯经历了长期排放，形成了今天的低瓦斯区。断层南侧，向斜的枢组（褶皱轴）往南加深，地表基岩面又有所提高，煤层枢纽轴到煤层的露头斜距长，煤内拥有瓦斯的绝对量大，煤系上覆的第三系“四含“不发育，透气性低，自第三纪以来煤层处于封闭状态，因此南翼为瓦斯突出危险区，始突深度约在-294m标高附近。XX庄主要高瓦斯突出煤层为8煤层，也是该矿主采煤层，由于宿东向斜是西寺坡断层上盘的一个逆冲推覆构造体，相对于宿南向斜，它是外来系统。它的推移距离在20公里以上，地层在推移过程中沿软弱层8煤层的层面滑动，使宿东向斜8煤层遭受搓揉和不同程度的破碎。8
10、煤破坏类型，据有关调查资料，全区内由顶部到底部破坏程度差异较明显，而在走向上差异不明显，并有下列规律：由XX庄矿北翼采区到南翼采区，一直再延续到芦岭矿8采区，8煤层顶部是一层1.0-1.3m厚分布稳定的破坏轻微煤层，为完好的块状煤或碎裂煤，除顶分层外，各剖面上煤层均以碎粒煤、鳞片煤为主。各种破坏类型煤分层在走向不连续。这种结构往南到芦岭八采区不明显，芦岭八采区8煤层底部变成块状煤，形成四层结构。据实测煤的坚固性系数（f），瓦斯放散初速度（P）和综合指标K值，为评价煤层突出可能性的指标。8煤层顶分层各实测点f值，P值，K值很接近，说明顶分层这层硬煤特性很一致。除顶分层外，而南北两区的f、P、K值
11、的平均值也较接近，可以看作南、北差异不大，所有剖面平均f值均小于0.5、K值均不大于15，所有剖面平均P值小于10。由于综合指标K值等于或大于15，这些煤分层具有突出倾向性，在其它条件配合下，突出会从它些层位发生。详见表2-2-1井田南翼各钻孔煤样f、P、K值统计表（顶分层除外） 2-2-1采 区F值P值K值最小最大/平均（样品数）最小最大/平均（样品数）最小最大/平均（样品数）一采（2个孔）0.260.77/0.54(14)410/6(14)539/12(14)三采（2个孔）0.30.64/0.51(8)610/7(8)933/16(8)五采（3个孔）0.230.67/0.45(13)510
12、/7(13)935/17(13)井田内仅有瓦斯取样钻孔10个，其中以补9线3号孔瓦斯含量最大，标高473.44，可燃基甲烷含量15.97m3/t，分析基甲烷含量12.29 m3/t，推算压力值3.05Mpa，气体成分甲烷为92.26%,CO2、0.58%、N23.16%为优质煤层气。南翼一、三、五采区内共有5个有效实测瓦斯压力值，三采-435大巷为2.6Mpa，五采人行下为2.1Mpa，中国矿大1994年根据瓦斯压力梯度及8煤瓦斯含量等值线图推算8煤3、5采区不同深度的煤层瓦斯压力及瓦斯含量见表2-2-28煤层3、5采区瓦斯压力和瓦斯含量推算值表 2-2-2煤层标高瓦斯压力/Mpa瓦斯含量/m
13、3/t-3601.949.95-3902.2710.79-4102.4911.29-4502.9312.19-4803.2612.80-5303.8113.70-5604.1414.19-5904.4714.65-6204.8015.08-6505.1315.49-6805.4615.88-7105.7916.26-7406.1216.62煤层瓦斯（又称煤层气）为洁净、高效的新能源，必须做到开发与利用并重，为规划开发利用，有关单位曾计算了资源量，预测总资源量31.0亿m3，其中矿井范围内为14.74亿m3，深部16.43亿m3，综合开发、利用瓦斯资源的潜力很大。三、103、105采区及1034
14、、1051工作面概况3.1 103采区及1034工作面概况103采位位于XX庄矿二水平南翼，采区北以F23断层及南一风井煤柱为界，南以F19-1断层为界，浅部以1031工作面为界，深部以-680等高线为界，采区为单翼开采，走向长650700m，倾斜长580-600m，采区可采储量220.6万吨，划分成4个阶段，第一阶段为-400大巷煤柱，首采面为1034面，正准备掘进。上覆8煤为83采区首采面，底板瓦斯抽放巷已开好（约530m）抽放巷距8煤底板30m、岩巷断面9m2、锚喷支护巷道中每30m布置钻窝，向8煤打密集扇形钻孔，抽放8煤卸压瓦斯，8煤-430m，瓦斯含量10.5m3/T。1034工作面为103采区北翼二区段，走向长530m，倾斜140m，倾角23-24，煤厚2.5m，工作面可采煤量19.3万吨，工作面风巷标高-473m，机巷标高-53771m，预计工作面瓦斯含量12-13m/T，煤层直接顶板岩性为砂质泥岩，老顶为中粒砂岩。工作面计划于2008年7月16日投产，至2009年2月结束。为二水平10煤第一个投产的综采面。3.2 105及1051工作面概况105采区位于XX庄矿二水平南翼，南以芦岭矿108采区为邻，北以105回风上山与103采区相邻，浅部以-450m等高线，深部-680等高线为界，设计为单翼采区，走向长1250m，划分为6个阶段，详见图3-2
