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1、神华宁煤集团汝箕沟煤矿534工作面井下定向瓦斯抽放钻孔设计 煤炭科学研究院西安分院神华宁煤集团汝箕沟煤矿二O O八年八月神华宁煤集团汝箕沟煤矿534工作面井下瓦斯抽放钻孔设计设 计：审 核：技术负责：项目负责： 煤炭科学研究院西安分院神华宁煤集团汝箕沟煤矿目 录前 言3一、矿井概况4（一）矿井地质情况4（二） 矿井瓦斯基本情况9二、项目区概况10（一）项目区位置10（二）四邻采掘及工作面接续情况10（三）地质构造10（四）项目区煤层气（瓦斯）资源量13（五）抽放方法13三、534工作面井下定向瓦斯抽放钻孔设计14（一）设计原则14（二）抽采半径的确定14（三）钻孔布置16（四）轨迹设计16（五
2、）井身结构设计17（六）施工钻场抽放联接17（七）主要设备情况17四、钻孔施工安全技术措施22五、钻孔工程量统计23六、施工进度计划安排23七、费用概算25（一）费用明细表25(二)测算说明27前 言汝箕沟煤矿位于贺兰山煤田汝箕沟勘探区最南端，是宁煤集团所属的大中型骨干企业之一。所产煤炭为享誉国内外的太西煤（优质无烟煤），2007年矿井设计生产能力为0.9Mt/a。根据矿井地质构造特点，汝箕沟煤矿向斜有利于瓦斯富集，瓦斯赋存量较大，二2煤、三煤工作面回采期间绝对瓦斯涌出量最高达59.47 m3/min，相对瓦斯涌出量最高达15.79 m3/t，如果不进行预抽，仅靠矿井通风方法无法解决矿井瓦斯问
3、题。汝箕沟煤矿近年来瓦斯事故时有发生，2001年6月和2003年3月在上五采区二2煤、三煤掘进工作面分别发生了瓦斯突出事故，多年来矿井还发生了井下瓦斯窒息、瓦斯燃烧等事故，矿井瓦斯已严重影响到矿井的安全生产。近年来，随着矿井采掘活动的延伸，地应力、瓦斯压力增大，煤层瓦斯含量增高，瓦斯（包括瓦斯涌出与突出）、火等自然灾害越来越严重。而井下常规钻机能力偏小，施工钻孔长度短、孔径小，同时井下施工空间受限，井下常规钻孔只有在巷道形成后方能进行施工（尤其是下山采区技改方案中瓦斯抽采方式以顺层钻孔为主），预抽期较短，由此造成矿井瓦斯抽采不能满足矿井生产接续需要，矿井掘、抽、采比例严重失调，以目前的抽放工艺
4、，不利于矿井扩大生产规模的长远规划要求。因此，瓦斯问题仍然是制约汝箕沟矿高效、安全生产的根本问题。 为解决上述问题，神华宁煤集团经过多方调研和考察采购了煤炭科学研究院西安分院研制和生产的ZDY6000LD型井下定向钻机，该钻机具有施工中长距离（1000米以内）定向钻孔、多分支孔、探顶（底）孔和探明地质构造、采空区、积水区段等先进功能。该钻机2008年8月15日到货后先施工汝箕沟矿534工作面的井下定向钻孔，以实现本工作面超前本煤层瓦斯预抽，增大瓦斯抽放量，从源头上治理瓦斯，确保安全生产。一、矿井概况（一）矿井地质情况1、矿井基本情况汝箕沟煤矿位于贺兰山北段，地理坐标为东径106。07,北纬 3
5、9。04。距自治区首府银川市98km，距石嘴山市38km，距西大滩火车站48km，距平罗县60km，交通便利。矿井与相邻的大峰露天矿、白芨沟煤矿同属于贺兰山煤田汝箕沟勘探区。井田南北走向3.1km，东西倾斜宽2.43km，井田面积7.53km2。矿井地形山峦起伏，沟谷纵横，悬崖陡壁，地势险峻。全区南高北低，南部大岭子最高标高+2452m，北部白芨沟沟床最低标高+1720m，井田呈小型盆地构造，井田主体构造为闭合式向斜构造，主要褶皱为汝箕沟向斜，褶皱多，断层少，煤层节理裂隙较发育。煤层露头均露出地表，地表仅在山房及山脊处存有少量风化坡积土层外，大部分地表风化基岩出露。井田内岩层裸露良好，沟壑纵横
6、“V”型沟谷发育，切割高差达150m左右，地形最高标高+2451m，最低标高+1919m。截至2005年底，矿井保有地质储量10367.9万吨，剩余可采储量7516.7万吨。矿井剩余可采储量按生产能力180万吨/年计算（储量备用系数1.4），服务年限为29.8年。矿区属于高山大陆性气候，气候干燥，雨量稀少，年平均降水量166.4mm，年最高气温35。C，最低气温23.5。C，最大冻土带深1.2m，最大风力10级，地震烈度7度。2、 地 层 井田地层出露良好，自下而上有三叠系上统延长组，侏罗系中统延安组，侏罗系中统直罗组，上覆为第四系冲积、洪积层，具体描述如下（见附图1-1地层综合柱状图）： 第
7、四系冲积、洪积层：由砂砾及角砾，砂质风积土构成，位于沟谷和山脚边坡地带，与下覆地层呈不整合接触。 侏罗系中统直罗组：以灰白、黄绿粗砂岩为主，并夹有细砾石，巨砾砂岩透镜体以及细砂岩，粉砂岩薄层，出露厚度190m，与下覆地层呈整合接触。 侏罗系中统延安组：为本区主要含煤地层，上部灰白色石英厚层粗砂岩，夹主要煤层及粉砂岩，下部为灰白色石英粗砂岩和粉砂岩互层夹中厚及薄煤层，底部为粉砂岩与下覆地层分界，平均厚度265.59m，与下覆地层呈平行不整合接触。 三叠系上统延长组：黄绿色巨厚层粗、中粒砂岩、粉砂岩及泥岩，上部泥岩中夹薄煤层及煤线。 3、地质构造汝箕沟井田地质构造简单，盆状向斜轴走向北50东，西翼
8、地层略陡，上部倾角达25左右；东翼则平缓，倾角在10以上。落差在4-10m的F16断层为井田内最大断层，其余均为走向短，落差小的断层，而且位于煤层露头边缘，对开采无影响。褶皱：汝箕沟向斜在本井田为一北50东方向的近似对称向斜（西翼略陡于东翼，由于受地形切割致使西翼翼部略大于东翼翼部）至南部翘起倾向北东而闭合。断层：汝箕沟井田有四条小断层，多系与次级褶皱同时产生的正断层，除F16正断层破坏性较大外，其它影响甚小。F16断层延伸长度1900m，地面所见一般落差10m左右。断层特点：断距中间大两头小，向SE逐渐尖灭，在二1和二2煤中分两次段落，且中间破碎带较宽，最大宽度40余米。根据生产巷道揭露最大
9、落差二1煤为6.60m，二2煤14.0m，三煤9.0m。断层产状走向120130。，倾向SW，倾角5070。整个采区为向斜构造，向斜两翼倾角015。，南翼稍缓。4、水文地质（1）含水层：本井田含水岩层划分为：冲积洪积层；第二含水层（第二层煤顶板至侏罗系中统直罗组底界）；第三含水层（侏罗系下统延安组第二层煤底板隔水层至底界）。其中：冲积洪积层：分布不广，仅在汝箕沟河床及河床阶地有所沉积，岩性为砂砾及角砾等。汝箕沟河床中有少量潜水，潜水系降水及上游基岩裂隙水补给，水量微小。第二含水层：灰白色石英质粗、中、细粒砂岩互层夹煤，厚度64.5m，在向斜中心补2孔进行水文地质试验，单位涌水量q0.0023升
10、/秒米，稳定水位标高1977.53m，渗透系数K0.0000828米/昼夜。含水性属于微小岩层。第三含水层：灰白色不同粒度的石英质砂岩，胶结较致密，夹可采煤层，总厚57.6m（121孔），单位涌水量q0.000151升/秒米，渗透系数K0.0000551米/昼夜，充水性微弱。（2） 小窑及老空水：小窑、老空主要受降雨补给，其次原古拉本煤矿个别小井采用水力运煤，故小窑、老空区有一定积水，由于煤层含水系数小，随时间推移，部分积水将渗入煤层。5、煤层赋存井田主要煤层特征如下：第一层煤：上距直罗组底部砂岩86.11m，分布于勘探线以北和以南的向斜东翼部分，平均有益厚度0.37m，属于不可采煤层，仅3号
11、孔以西上五采区局部可采。第二1层煤：上距第一层煤5.28m，为稳定厚煤层，一般为单一结构，此煤层全井田已基本采空，平均有益厚度5.74m，倾角815。第二2层煤：上距第二1层煤30.10m，为稳定厚煤层，结构复杂，以G2、G3夹矸层位较稳定，且G3夹矸厚度0.928.20m，平均2.78m。煤层平均有益厚度12.63m，倾角815。第三层煤：上距第二2层煤26.90m，属于较稳定的中厚煤层，结构复杂，厚度及结构变化大，含主要夹矸一层于煤层中部，岩性为砂质泥岩粉砂岩与煤线互层，煤层平均厚度2.92m，倾角815。各煤层变化情况见表1-1。 表1-1 各煤层变化情况表煤层有益真厚m结构情况距上层间
12、距稳定程度顶板岩性底板岩性一05.100.37结构简单不稳定，不可采粉砂岩粉砂岩二12.0512.135.74结构简单1.8013.55.28稳定，可采粉砂岩至细砂岩粉砂岩至砂质泥岩二26.5320.3812.63结构较复杂含主要夹矸两层且以下层（G3）为稳定0.3260.4430.10稳定，可采XIII线以北多为中、粗砂岩，以南多为粉砂岩粉砂岩三0.456.242.92结构较复杂含主要夹矸一层12.9043.426.9较稳定，可采粉砂岩粉砂岩至砂质泥岩表1-2 煤样吸附瓦斯试验与工业分析编号采样地点煤层吸附常数灰分Aad（）水分Mad(%)挥发份Vr（）真密度(t/m3)假比重(t/m3)孔
13、隙率(%)渗透率a（m3/t）b(Mpa)132211集运9-10三41.230.63125.171.0411.061.791.616.240.06723229集运16-21三40.230.59339.591.3417.541.801.5210.236、 煤 质汝箕沟煤矿井田煤质优良，不仅国内早已闻名，而且国际市场上也久负盛名，颇具竞争力。各层煤质单一，均属低灰、特低硫、低磷、高发热量优质无烟煤。其含碳量在93%96%之间，挥发分在6%以下，原煤灰分由南向北、由浅入深逐渐增高，其灰分在6.86%12.67%之间。原煤含硫在0.18%0.33%之间，属特低硫分煤。原煤含磷一般低于0.02%，属低
14、磷煤。煤的变质程度依据煤的凝胶化基质的颜色和反光率的对比结果，是由北向南、由浅入深逐渐增高。煤的可磨性系数为4953。原煤发热量为32.5135.97MJ/kg。原煤工业分析列于表1-3。表1-3 原煤工业分析表煤层灰分 Ag(%)硫分 SgQ(%)发热量Qg(MJ/kg)挥发分Vr(%)二17.110.2032.815.37二28.970.1832.525.25三8.340.2532.515.07四6.860.2535.974.78五9.640.3332.615.24七12.674.97机械强度和热稳定性，由南向北、由浅入深有所下降。机械强度25mm级的含量为6486%,热稳定性（850）13mm级的含量为8095%。（二） 矿井瓦斯基本情况1、矿井煤层气（瓦斯）资源量汝箕沟煤矿瓦斯资源丰富，赋存量大，属煤与瓦斯突出矿井，矿井地质构造汝箕沟煤矿向斜有利于瓦斯的富集，井田内的煤种属变质程度较高的优质无烟煤。煤层赋存稳定，煤的风化、氧化带二2煤仅为20m，三煤仅为17m，随
