天禹煤礦瓦斯抽放工程初步設計1

1、永龍?zhí)煊恚ǖ欠猓┟簶I(yè)有限公司瓦斯抽放工程初步設計說明書 前 言永龍?zhí)煊恚ǖ欠猓┟簶I(yè)有限公司（以下簡稱天禹煤礦）位于登封市區(qū)西南20km的石道鄉(xiāng)張溝村，行政區(qū)劃隸屬登封市石道鄉(xiāng)管轄。天禹煤礦屬河南煤化集團永煤公司整合的國有控股煤礦企業(yè)。礦井設計生產(chǎn)能力0.3mt/a，服務年限約11a。賦存于山西組下部的二1煤層和下石盒子組上的五3煤層為主要可采煤層，本礦井的開采對象為二1煤層。礦井采用斜井開拓，依據(jù)井田二1煤賦存條件，采煤方法長壁后退式，全部垮落法管理頂板，采煤工藝為炮采。天禹煤礦所處的登封地區(qū)屬于豫西強變形三軟煤層高突瓦斯帶，為煤與瓦斯突出礦區(qū)。鄰近礦井發(fā)生過煤與瓦斯突出事故或瓦斯動力現(xiàn)象，為

2、了保障煤礦安全生產(chǎn)，設計人員認真研究和分析了天禹礦的煤層賦存、開拓開采、瓦斯基礎參數(shù)及瓦斯涌出等情況后，對天禹煤礦的瓦斯抽放系統(tǒng)進行了初步設計，現(xiàn)提交瓦斯抽放工程初步設計報告及相關圖紙。本次設計工作所遵循的依據(jù)是：（1）國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程，2011；（2）國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦瓦斯抽放規(guī)范，aq1027-2006；（3）中國煤炭建設協(xié)會.煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范，gb 50471-2008；（4）國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定，2009；（5）天禹煤礦地質說明書；（6）天禹煤礦初步設計；（7）天禹煤礦初步設計安全專篇；（8）永龍?zhí)煊恚ǖ欠猓┟簶I(yè)有限公

3、司二1煤層煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預測報告。目 錄1 礦井概況11.1交通位置及礦井范圍11.2 自然概況11.3 地質概況21.3.1 礦井地層21.3.2 地質構造41.4 煤層賦存與煤質51.4.1 煤層賦存51.4.2 煤質特征61.5 礦井開拓與開采61.6 礦井通風與瓦斯62 礦井瓦斯抽放的必要性與可行性82.1 天禹礦瓦斯基礎參數(shù)82.1.1瓦斯含量測定82.1.2 煤層瓦斯壓力間接測定92.1.3 瓦斯壓力直接測定102.1.4 煤的瓦斯吸附常數(shù)測定112.1.5 煤的堅固性系數(shù)及瓦斯放散初速度的測定112.2 鄰近礦井瓦斯基礎參數(shù)122.2.1豐陽礦122.3 礦井瓦斯儲量15

4、2.4 礦井瓦斯可抽量162.5 礦井瓦斯涌出量預測162.5.1 礦井瓦斯涌出構成關系172.5.2 回采工作面的瓦斯涌出量172.5.3 掘進工作面的瓦斯涌出量182.5.4 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量預測202.5.5 礦井瓦斯涌出量預測212.6 瓦斯抽放的必要性222.7 瓦斯抽放的可行性233 瓦斯抽采方法243.1 抽采方法選擇243.1.1 抽采方法選擇依據(jù)243.1.2 抽放方法選擇253.2 掘進工作面抽放方法253.2.1 順層長鉆孔預抽煤層條帶瓦斯253.2.2 順層長鉆孔掩護煤巷掘進區(qū)域防突措施263.3 回采工作面抽放方法293.4 采空區(qū)抽放方法303.4.1 采空區(qū)高位

5、抽放303.4.2 采面淺孔抽放313.4.3 采空區(qū)埋管抽放323.5 抽放鉆孔的密封323.5.1 封孔深度323.5.2 封孔材料323.5.3 封孔工藝334 抽放管路系統(tǒng)選型設計354.1 抽放管路系統(tǒng)路線354.2 抽采規(guī)模預計354.3 抽放管路選型計算354.4 管網(wǎng)阻力計算364.5 管路連接與敷設要求384.6 鉆孔與抽放管路連接384.7 抽放管路附屬裝置405 地面抽放泵選型及泵站布置435.1 抽放泵的選型435.1.1 抽放泵的類型確定435.1.2 抽放泵的容量計算435.1.3 抽放泵選型455.2 瓦斯抽放泵站的布置455.3 瓦斯抽放泵站供電475.4 瓦斯

6、抽放泵給排水475.5 防雷設施475.6 瓦斯抽放泵站照明485.7 瓦斯抽放泵站通訊485.8 抽放系統(tǒng)實時監(jiān)測485.9 泵房采暖與通風486 瓦斯抽放系統(tǒng)的安裝496.1 瓦斯抽放系統(tǒng)安裝的基本要求496.2 瓦斯抽放泵的安裝496.3 瓦斯抽放和排放管路及附屬設施安裝497 環(huán)境保護507.1 抽放瓦斯工程對環(huán)境的影響507.2 污染防治措施507.3 抽放站綠化508 瓦斯抽放組織管理及主要安全技術措施518.1 組織管理518.2 瓦斯抽放組織機構管理518.3 瓦斯抽放鉆場管理518.4 采空區(qū)抽放管道的拆裝538.5 瓦斯抽放管路管理538.6 主要安全技術措施548.7 鉆

7、機操作規(guī)程548.8 瓦斯抽放泵司機作業(yè)操作規(guī)程558.9 瓦斯抽放報表管理579 瓦斯抽放工程技術經(jīng)濟指標599.1 勞動定員599.2 投資概算591 礦井概況1.1交通位置及礦井范圍天禹煤礦位于登封市區(qū)西南20km的石道鄉(xiāng)張溝村，行政區(qū)域劃隸屬登封市石道鄉(xiāng)所轄，地理坐標為：東經(jīng)11251041125214，北緯342035342144。井田走向長約1.0km，傾斜寬約1.8km，面積2.0626km2，以下15個拐點圈定，見表1-1所示。表1-1 井田拐點坐標點號x坐標y坐標13803040.9538394237.2623803520.9638394749.2533803600.9638

8、394737.2543803620.9638394787.2553803590.9638394822.2563804450.9838395717.2573803020.9738396037.2783802326.9738391954.2893802662.9638395461.27103802605.9638395217.27113802602.9638395121.27123802450.9538394849.27133802575.9538394623.26143802630.9538394537.26153802635.9538394537.26礦區(qū)位于登封市西南20km的石道鄉(xiāng)張溝村，

9、南距207國道4km，北距323省道3km，北距伊川新鄭鐵路2km，交通便利。交通位置示意圖詳見（圖1-1）。1.2 自然概況本區(qū)為低山丘陵地形，區(qū)內(nèi)最高海拔標高為523.90m，最低海拔標高為405.7m，相對高差為18.20m，區(qū)內(nèi)總體地勢呈中部高，向東、西南變低，地面坡度大，沖溝發(fā)育，有利于大氣降水的逕流與排泄。區(qū)內(nèi)屬淮河流域穎河水系，區(qū)內(nèi)無常年性地表水體，僅在礦區(qū)西北邊界附近與隱士溝水庫相鄰，其淹沒范圍及庫容較小。地面沖溝幾乎常年干枯。圖1-1 天禹煤礦交通位置示意圖1.3 地質概況1.3.1 礦井地層本區(qū)為丘陵地形，基巖為新近系覆蓋。根據(jù)地表露頭、礦井工程和鉆孔揭露，地層由老至新有：

10、寒武系上統(tǒng)（c3）、石炭中統(tǒng)本溪組（c2b）、二疊下統(tǒng)山西組（p1sh）、下石盒子組（p1x）、上統(tǒng)上石盒子組（p2s）和新近系(q)；現(xiàn)由老至新分述如下：一、寒武系上統(tǒng)（c3）為淺灰色、灰色厚狀白云質灰?guī)r，局部夾泥質條帶及燧石結核，厚度145.62m。二、石炭系（c）（1）中統(tǒng)本溪組（c2b）以淺灰色鋁質泥巖為主，具有鮞狀及豆狀結構，含黃鐵礦結核及團塊，局部呈層狀。本組厚4.4m。本溪組與下伏寒武系上統(tǒng)呈平行不整合接觸。（2）上統(tǒng)太原組（c3t）由深灰色石灰?guī)r、黑色泥巖、砂質泥巖、砂巖和煤層組成，厚度56.11m。依其巖性組合特征可分為三個巖性段。下部灰?guī)r段：自太原組底至l4灰?guī)r頂，由石灰?guī)r

11、（l1l4）、煤層（一1、一2、一3、一4）及泥巖砂質泥巖組成。石灰?guī)r中含大量動物化石及其碎片，裂隙發(fā)育，多被方解石脈充填，其中l(wèi)1石灰?guī)r厚度大且穩(wěn)定，是一主要標志層。煤層僅一1煤偶見可采點，其余均不可采。中部砂泥巖段:自l4石灰?guī)r頂至l7灰?guī)r底,以碎屑巖為主，由深灰色、灰黑色泥巖、砂質泥巖、細粒砂巖組成。本段地層厚21.31m。上部灰?guī)r段：自l7灰?guī)r底至二1煤層底板砂巖，厚18.08m。由石灰?guī)r、泥巖、砂質泥巖組成，局部夾砂巖薄層。發(fā)育石灰?guī)r二層（l7、l8），其中l(wèi)7石灰?guī)r全區(qū)發(fā)育，厚度穩(wěn)定，為本區(qū)主要標志層。三、二疊系（p）（1）下統(tǒng)山西組（p1sh）為灰色、深灰色泥巖砂質泥巖、粉砂巖、

12、中粒砂巖及煤層組成。為本區(qū)主要可采煤層。本組厚52.30m。本組底部為灰、深灰色中、細粒砂巖和煤層（二1煤層底板砂巖），夾泥質條帶，具波狀層理和交錯層理，為本組與太原組分界砂巖。下部由深灰、黑灰色細、中粒砂巖，泥巖、砂質泥巖及二1煤層組成，含大量植物化石及其碎片，含煤兩層（二1、二2），其中二1煤層全區(qū)可采；二2煤層不可采。中、上部為砂巖、砂質泥巖、泥巖組成，其中大砂巖較發(fā)育，為深灰、灰色細中料砂巖，層面含較多白云母片和炭屑，具交錯層理，局部含泥質團塊；香炭砂巖發(fā)育穩(wěn)定，為灰色細中粒砂巖，含炭屑和白云母片及泥質包體、菱鐵質團塊；泥巖、砂巖泥巖中含植物化石。頂板為厚層狀鋁土質泥巖及鋁土巖，具暗紫

13、斑和菱鐵質鮞粒，局部具鮞狀結構（小紫斑泥巖）。山西組與下伏太原組為整合接觸。（2）下統(tǒng)下石盒子組（p1x）由砂鍋窯砂巖底至田家溝砂巖底，厚261.76m，本組以中上部地層在本區(qū)淺部遭受剝蝕，僅在中東部保留該組及其上部的上石盒子組。下部為灰綠色，砂質泥巖夾細粒砂巖，局部為深灰色泥巖，含紫斑泥巖、偶夾薄煤。底部為灰綠色紫斑泥巖及淺灰色中粗粒砂巖，俗稱砂鍋窯砂巖，為區(qū)內(nèi)主要標志層。上部為青灰色、深灰色、黑色泥巖、砂質泥巖夾青灰色、淺灰色細、中粒砂巖、紫斑泥巖及薄煤多層。紫斑泥巖常含鋁質，二含菱鐵質鮞粒。上部的底層為灰、灰綠色中粗粒砂巖，稱四煤底板砂巖，為區(qū)內(nèi)標志層之一。該組下部為三煤組，上部為四、五

14、、六煤組，僅五3煤大部可采。下石盒子組與下伏山西組為整合接觸。（3）上統(tǒng)上石盒子組（p2s）由田家溝砂巖底至基巖風化面，保留最大厚度為226.13m，按其沉積旋回，可分為七、八、九煤段。 七煤段由田家溝砂巖底至八煤地表砂巖底，厚80.62 m。田家溝砂巖為灰白灰綠色中細粒砂巖，局部相變?yōu)榇至Ｉ踔梁[，厚5.54 m左右，為下三種盒子組與上盒子組的分界標志層。其上為灰灰白色砂巖、灰紫紅色泥巖、砂巖泥巖，局部發(fā)育35層灰褐、灰黃色硅質泥巖，是七煤段良好標志。 八煤段由煤地表砂巖底至九煤底板砂巖，厚度為70.43 m。八煤地表砂巖為灰、灰綠色中細粒砂巖。中上部為灰、青灰、紫紅色泥巖、砂質泥巖透鏡體、

15、產(chǎn)植物化石及黃鐵質結核。 九煤段由九煤地表砂巖底至基巖風化面，保留最大百度為75.08 m。九煤地表砂巖為灰、灰綠色中粗粒砂巖，厚5.50m左右。中上部為淺灰、灰綠色泥巖、泥巖、夾砂巖透鏡體、產(chǎn)植物化石及黃鐵質結核。上石盒子組與下伏石盒子組為整合接觸四、新近系（q）以角度不整合覆蓋于下伏各時代地層之上。厚度為020m。主要由黃土、黃褐色亞粘土、土紅色砂質粘土、砂礫石組成。1.3.2 地質構造礦區(qū)位于潁陽蘆店向斜南翼中段，總體構造為一走向115140，傾向2550，傾角30左右單斜構造。礦區(qū)及周邊鄰近構造較復雜，以斷裂為主，多數(shù)為ne向張性正斷層，少數(shù)為壓扭性逆斷層及東西向張扭性正斷層。區(qū)內(nèi)發(fā)育

16、3條走向為北東向的正斷層，結合郭溝井田地質報告構造發(fā)育情況確定本區(qū)構造復雜程度屬中等構造。（1）新莊斷層（郭f2）f2斷層位于本區(qū)西北邊界，正斷層，區(qū)域延伸長度大于5.0km區(qū)內(nèi)延伸長度約2.0km。斷層走向5085左右，傾向140175，傾角70。落差100200m。該斷層在礦區(qū)及附近由5701、5803孔和地表露頭控制，已基本查明。（2）郭f5斷層郭f5斷層位于本區(qū)東南部，正斷層，區(qū)域延伸長度2.30km，區(qū)內(nèi)延伸長度約1.6km。該斷層走向7090左右，傾向340360，傾角70，落差3050m，該斷層在區(qū)內(nèi)由5901、6002、6103孔和地表露頭控制，已基本查明。（3）郭f9斷層郭f

17、9斷層位于本區(qū)南部，原財興煤礦南部邊界，正斷層。區(qū)域延伸長度約1.4km，區(qū)內(nèi)延伸長度0.2km。斷層走向70，傾向340，傾角70，落差050.0m。該斷層在礦區(qū)附近由地表露頭控制，斷層已查明。1.4 煤層賦存與煤質1.4.1 煤層賦存本區(qū)含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組合二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組，含煤地層總厚度370.17m，共計含量煤12層，煤層總厚7.15 m，含煤系數(shù)1.93%，其中賦存于山西組下部的二1煤層、下石盒子組的五3煤層為主要可采煤層，可采煤層總厚4.17 m，可采含煤系數(shù)1.13%。（1）二1煤層賦存于山西組下部，全區(qū)發(fā)育，結構簡單，全區(qū)可采，結合郭溝井田地質報告煤層發(fā)育情

18、況，屬較穩(wěn)定煤層。下距l(xiāng)7石灰?guī)r11.15 m，距寒武系灰?guī)r45.55 m。煤層底板標高為+450-650 m，煤層埋深601070 m，煤厚0.7014.39 m，平均3.49 m，南部和西部厚度較大，煤層厚度變化標準差為0.78，變異系數(shù)為22%，煤層結構簡單，不含夾矸。煤層頂板為黑色泥巖、砂質泥巖，老頂為細砂巖；底板為黑色泥巖、砂質泥巖。（2）五3煤層賦存于石盒子組中部全區(qū)發(fā)育，結構較簡單，大部可采，結合郭溝井田煤層發(fā)育情況，屬穩(wěn)定煤層，下距二1煤層240 m，下距寒武系灰?guī)r285.5 m。煤層底板標高為+450-480 m，煤層埋深180900 m。煤層厚度00.94 m。煤厚變化標準

19、差0.11，變異系數(shù)為16%。煤層結構較簡單，一般不含夾矸。煤層頂板為深灰色砂巖，局部為泥巖質泥巖偽頂；底板為泥巖或砂質泥巖。1.4.2 煤質特征（一）煤的物理性質二1煤層顏色為黑色，粉狀，間夾塊狀、粒狀煤，粉狀煤的原生結構、構造不清，塊狀煤具有似金屬光澤，據(jù)測定二1煤視密度1.38t/m3。（二）煤的化學性質二1煤原煤水份（mad）平均為0.61%0.87%，平均為0.76%，為低水分煤；原煤灰份(ad)為16.0728.06%，平均為20.21%，為中灰煤。原煤干燥無灰基揮發(fā)分（vdaf）為13.24%；屬特低硫、中高發(fā)熱量、特低磷煤。（三）煤類由前述可知，二1煤浮煤揮發(fā)份（vdaf）為1

20、3.24%，煤中氫元素含量（hdaf）為4.15%，依據(jù)中國煤炭分類國家標準，本區(qū)二1煤應為貧煤。礦區(qū)內(nèi)二1煤為中灰、特低硫、特低磷、中高發(fā)熱量之貧煤。因此，可做為動力用煤和火力發(fā)電用煤，也是良好的民用燃料。1.5 礦井開拓與開采礦井采用斜井開拓（其中包括主斜井、副斜井、回風井），井筒均布置在二1煤層底板灰?guī)r內(nèi)，傾角為30，主井斜長836米，副井斜長826米，回風斜井斜長810米。井田范圍內(nèi)共有資源儲量二1煤1032.75萬噸，可采儲量473.8萬噸；礦井主采二1煤層，井田面積為2.0626km2，平均厚度為3.49m。采煤方法走向長壁后退式，全部垮落法管理頂板，采煤工藝為炮采。目前井下布置有

21、21031采煤工作面，21021采煤工作面和21061掘進工作面。1.6 礦井通風與瓦斯礦井采用中央并列式通風方式，即主、副斜井進風，回風斜井回風。通風方法為抽出式。主通風機為fbcdz-no.18型軸流式風機，共2臺，一備一用。掘進工作面采用局部通風機壓入式通風，回采工作面采用全負壓通風，工作面通風系統(tǒng)為“u”型，采用上行通風方式。本礦井位于郭溝井田的西部，根據(jù)河南省登封煤田郭溝井田勘探地質報告，二1煤層在269.36 792.73m取樣范圍內(nèi)，瓦斯成分以甲烷為主，由淺至深甲烷約占氣體成分為55.9897.60%，一笛膜在85%以上，次為氮氣和二氧化碳；瓦斯含量為5.68%13.96%m3/

22、t.daf，平均7.60%m3/t.daf，其變化和成分變化大體一致，即隨煤層埋深加深，瓦斯含量呈增高趨勢。瓦斯風化帶分布在井田淺部，其下界深度一般在160m左右。以深則瓦斯含量高，屬瓦斯富集區(qū)。本區(qū)煤層埋深01070m，除淺部煤層露頭附近外，基本上處于煤層瓦斯富集區(qū)。屬于瓦斯礦井，在+60m水平以下深部瓦斯含量相對較高，應按高瓦斯礦井管理。在埋深510.97642.39m范圍內(nèi)，ch4含量為7.5112.93m3/t。本區(qū)煤層瓦斯存在不均衡性，特別是在新f1、郭f14斷層附近有可能形成瓦斯相對聚集區(qū)。根據(jù)河南省煤炭工業(yè)管理局，河南理工大學編著的河南省瓦斯地質規(guī)律研究及煤礦瓦斯地質圖，登封地區(qū)

23、屬于豫西強變形三軟煤層高突瓦斯帶，為煤與瓦斯突出礦區(qū)。2 礦井瓦斯抽放的必要性與可行性2.1 天禹礦瓦斯基礎參數(shù)2.1.1瓦斯含量測定煤層瓦斯含量是單位體積或重量的煤體中所含的瓦斯量，常用m3/t或ml/g作為計量單位。煤層瓦斯含量是煤層瓦斯的主要參數(shù)。生產(chǎn)礦井煤層瓦斯含量普遍采用間接法或直接法測定。直接法測定煤層瓦斯含量即利用煤層鉆孔采集原始煤體煤芯，用解吸法直接測定煤層瓦斯解吸量。直接法測定煤層瓦斯含量的原理是：用解吸法直接測定煤樣的瓦斯解吸量，根據(jù)煤樣瓦斯解吸量及解吸規(guī)律，推算煤樣從采集開始至裝罐解吸測定前的損失量，再利用解吸測定后煤樣中殘存瓦斯量計算煤層瓦斯含量。2012年元月，河南理

24、工大學按照煤層瓦斯含量井下直接測定方法（aq1066-2008）和煤層瓦斯含量井下直接測定方法（gb/t 23250-2009）的要求，在21031下副巷外段和21031下副巷里段等位置測定了7組煤層瓦斯含量。設計測定鉆孔深度2530m。在施工鉆孔過程中，在孔深15m、20m、25m和30m處取樣，測定30min以內(nèi)的瓦斯解吸量，把解吸量最大的煤樣送實驗室測定煤層殘余瓦斯含量，最終測定出煤層瓦斯含量。測試結果見表2-1。表2-1 天禹煤礦煤層瓦斯含量測定結果鉆孔開孔位置標高（m）瓦斯含量（m/t）瓦斯壓力（mpa）w121031下副巷外段距揭煤點40m（1#孔），取樣深度18m-753.170

25、.41w221031下副巷外段距揭煤點70m（2#孔），取樣深度25m-745.910.66w321031下副巷外段距甩車場260m（3#孔），取樣深度19m-905.080.56w421031下副巷外段距甩車場260m上幫（4#孔），取樣深度20m-626.25 0.67w521031下副巷外段距甩車場200m（5#孔），取樣深度21m-404.68 0.50w621031下副巷里段迎頭（6#孔），取樣深度16m -422.820.29w721031下副巷里段迎頭（7#孔），取樣深度24m-383.980.41 從瓦斯含量（全組分）測定結果來看，二1煤層瓦斯含量為2.826.25m3/t,最

26、大瓦斯含量未超過臨界值8m3/t。2.1.2 煤層瓦斯壓力間接測定直接法測試煤層瓦斯壓力受諸多因素的影響，不易獲得真實的值，為了盡可能多的獲得瓦斯壓力資料，可以依據(jù)井下實測的瓦斯含量，用間接法反算得到瓦斯壓力。間接法是井下確定煤層瓦斯含量的重要方法，在已知煤層瓦斯壓力、煤的瓦斯吸附常數(shù)時，由公式（2-1）計算煤層瓦斯含量： （2-1）式中：w 煤層瓦斯含量，m3/t；p煤層瓦斯壓力，mpa；a吸附常數(shù)，煤的極限吸附量，m3/t；b吸附常數(shù)，mpa-1；mad煤中水分含量，%；ad煤中灰分含量，%；煤的孔隙率，%；煤的容重（視密度），t/m3。在采用式2-1計算煤層瓦斯壓力時需要注意以下幾點：

27、因混合氣體的壓力是組成混合氣體的各種單一氣體的壓力之和，故在采用間接法計算煤層瓦斯壓力時要考慮氮氣、二氧化碳、一氧化碳氣體等產(chǎn)生的壓力； 在氣體自然組份中，ch4是分子量最小的氣體，在自然組份中與其它氣體相比，同等吸附氣體體積的氣體ch4產(chǎn)生的壓力小于氮氣； 將實測瓦斯含量、氣體組份數(shù)據(jù)和表2-1中的有關數(shù)據(jù)代入朗格繆爾公式進行計算，得到實測瓦斯含量推算的壓力結果如表2-1所示。按瓦斯含量反推瓦斯壓力的煤層瓦斯壓力的值域為0.290.67mpa，7個測定值全部小于臨界值0.74mpa。2.1.3 瓦斯壓力直接測定直接測定煤層瓦斯壓力的方法為從巖層巷道或煤層巷道中向預定測量瓦斯壓力的地點用鉆機打

28、一鉆孔，然后從鉆孔中引出一個管子及測壓裝置，再將鉆孔嚴密封閉堵塞，用壓力表和引出的管子或測壓裝置相連，從而測出煤層中的瓦斯壓力。如果在測定中能保證鉆孔封閉得嚴密不漏氣，則壓力表顯示的數(shù)值即為測點及其附近的實際瓦斯壓力。嚴格執(zhí)行aq1047-2007（煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法）的有關規(guī)定測定煤層瓦斯壓力。在礦井的不同標高采用聚胺脂和水泥砂漿封孔方法測定了二1煤層的瓦斯壓力，其表壓力值為0.050.25mpa，測壓孔的參數(shù)見表2-2。表2-2 二1煤層瓦斯壓力測定地點標高（m）鉆孔傾角（度）方位角（度）終孔深度（m）封孔深度(m)表壓力（mpa）21031下副巷外段水倉處硐室（1#）-5

29、5-3017017140.0521031下副巷外段水倉處硐室（2#）-45-3022020.5170.2521061下副巷密閉外（3#）-50-5026525220.1521061下副巷密閉外（4#）-75-3513535260.252.1.4 煤的瓦斯吸附常數(shù)測定煤的甲烷吸附常數(shù)的測定是在等溫吸附儀上進行的，該實驗采用壓力法進行測定。實驗時煤樣經(jīng)過粉碎后，用6080目的篩子篩取粒度為0.20.25mm的煤樣，真空干燥后，在恒溫30下，放入吸附缸中真空脫氣，向吸附缸中充入一定體積甲烷，使吸附缸內(nèi)壓力達到平衡，部分氣體被吸附，部分氣體仍以游離態(tài)處于死體積中，已知充入的甲烷體積，扣除死空間的游離體

30、積，即為吸附體體積。重復這樣的測定，得到各壓力段平衡壓力與吸附體積量，連接起來即為吸附等溫線，從而求得吸附常數(shù)a、b值。在井下的合適位置測定了煤樣吸附常數(shù)a、b值和煤樣的視密度及孔隙率，測定結果如表2-3。表2-3 煤樣吸附常數(shù)a、b值的測定結果采樣地點a值b值視密度(g/cm3)孔隙率(%)21061下副巷密閉外32.8950.6771.453.9721031下副巷外段水倉處硐室31.7400.6171.443.362.1.5 煤的堅固性系數(shù)及瓦斯放散初速度的測定煤的堅固性系數(shù)是表示煤體抵抗外力破壞能力的一個綜合指標，主要由煤的物理力學性質決定。它反映的是單位質量的煤被破壞所消耗能量的大小，

31、即煤體是否容易被破壞而發(fā)生突出。鑒定工作實施期間，在煤礦井下的采掘地點采集煤樣，采樣時如果是新暴露的煤層直接采樣，如果不是新暴露的煤層，采樣前先剝落300mm的表層后采樣或打鉆后采取鉆孔內(nèi)的煤樣，在新暴露的煤層表面采樣時，在新暴露的煤層上，取最軟的塊度為100mm煤樣兩塊，煤樣采出后用塑料袋包嚴，使其保持自然含水狀態(tài)，以免風化。本次進行鑒定時，煤的堅固性系數(shù)按照煤和巖石物理力學性質測定方法第12部分：煤的堅固性系數(shù)測定方法（gb/t23561.12-2010）進行煤樣采集及測試。煤的瓦斯放散初速度（p）反映了煤在常壓下吸附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度，表現(xiàn)了煤的微觀結構，是反映煤層突出危險性大小

32、的指標之一。煤的瓦斯放散初速度越大，煤層的突出危險性越大。鑒定工作實施期間，在煤礦井下的采掘地點采集煤樣，采樣時如果是新暴露的煤層直接采樣，如不是新暴露的煤層，采樣前先剝落300mm的表層后采樣或打鉆采取鉆孔內(nèi)的煤樣。本次進行鑒定時，煤的瓦斯放散初速度指標（p）測定方法按照煤的瓦斯放散初速度指標（p）測定方法（aq1080-2009）進行煤樣采集及測試。項目研究期間，在二1煤層共采集若干組新鮮煤樣，測定了6套煤的堅固性系數(shù)與瓦斯放散初速度，測試結果如表2-4所示。二1煤層煤的堅固性系數(shù)f為0.120.15，瓦斯放散初速度p為14.025.0。從煤的堅固性系數(shù)和瓦斯放散初速度測試結果來看，天禹煤

33、礦煤質松軟，單從煤體結構來看，已經(jīng)具備了發(fā)生突出的條件。表2-4 煤的堅固性系數(shù)和瓦斯放散初速度測定結果序號采樣地點瓦斯放散初速度（p）堅固性系數(shù)（f）破壞類型121031回采工作面上巷距切眼60m處15.50.13v221031回采面下巷20.00.13v321031回采面切眼14.00.14iv421031下副巷里段掘進頭20.00.12v521031下副巷外段掘進頭25.00.13v621031下副巷外段距巷道開口處240m24.00.15iv2.2 鄰近礦井瓦斯基礎參數(shù)天禹煤礦位于登封煤田的郭溝井田，該井田的西部為突出特別嚴重的馬嶺山井田，東部為突出特別嚴重的新新井田。礦井周圍礦井多為

34、小煤礦，由于小煤礦人員更替頻繁，瓦斯地質資料保存不全，煤與瓦斯突出資料不全。與天禹煤礦近鄰有原河南省登封市陽城企業(yè)集團有限公司陽城二煤礦（現(xiàn)豐陽煤礦）。與郭溝井田西臨的是馬嶺山井田，該井田東部的礦井大多在標高約+50+150m時進入了突出區(qū)，其中原馬嶺山礦在+303m(垂深242m)水平發(fā)生重大煤與瓦斯突出事故。馬嶺山井田距離天禹煤礦比較遠，這里重點介紹郭溝井田內(nèi)的豐陽煤礦。2.2.1 豐陽煤礦天禹煤礦位于豐陽煤礦的西部，豐陽煤礦井田范圍內(nèi)二1煤層共有10個地勘期間瓦斯含量控制點，如表2-5所示，地勘期間瓦斯含量大于8m3/t的控制點全部位于井田的中部和深部（埋深大于550m）或煤層特厚區(qū)（煤

35、厚大于9m），說明埋藏深度和煤層厚度是控制該井田煤層瓦斯含量的一個重要參數(shù)。表2-5 豐陽煤礦二1煤層地勘瓦斯含量測值匯總表 序號鉆孔/地點采樣深度（m）甲烷成分（%）瓦斯含量（ml/g.r）評價結果16701123.365.82.64不合格26303269.3683.354合格3650194.0581.085.66合格46502385.597.67.69合格56705621.4886.937.91合格66602250.4587.2811.8合格76505588.7692.1513.01合格86901594.1489.9613.14合格96902783.594.414.81合格10670674

36、6.789.6616.43合格豐陽煤礦的煤厚在015m，煤厚變化大；天禹煤礦的煤厚0.865.93m，平均煤厚3.49m左右，從煤厚的角度看，天禹煤礦的瓦斯賦存比豐陽煤礦穩(wěn)定。豐陽煤礦在標高+70m以淺（埋深約400m以淺）采掘活動中未有瓦斯動力現(xiàn)象，+70m以深的采掘進活動中有響煤炮等瓦斯動力現(xiàn)象，說明煤層在+70m以深可能升級為突出煤層。表2-6是豐陽煤礦提供的近年來在井下直接測定的瓦斯含量資料，從表中可知：豐陽煤礦在埋深小于300m區(qū)域瓦斯含量小于4.0m3/t，在埋深300400m區(qū)域瓦斯含量小于7.0m3/t，埋深在500m以下區(qū)域瓦斯含量多數(shù)不超過7.0m3/t。表2-6豐陽煤礦二

37、1煤層井下瓦斯含量測值匯總表 序號地點采樣深度（m）甲烷成分（%）瓦斯含量（ml/g.r）評價結果1+135巖石集中巷中部28682.363.84合格2+135巖石集中巷東部29080.043.98合格3+135巖石集中巷西部29580.153.95合格43202回采工作面中部30885.863.86合格5補4*32089.416.64合格6補3*35085.156.35合格7+70m巖石集中巷西段36785.244.82合格8補1*37483.274.84合格9+70m巖石集中巷東段40681.264.85合格10+70m巖石集中巷中部揭煤處41282.365.15合格1130030下副巷1

38、4m處53880.157.18合格1230040下副巷13m處54582.987.69合格13-16m巖石大巷56085.717.65合格14補2*56287.438.14合格15-16m巖石大巷車場56286.937.53合格從豐陽煤礦的地勘瓦斯數(shù)據(jù)和生產(chǎn)期間測定的煤層瓦斯含量看，整個郭溝井田具有中部瓦斯含量高、東西兩翼瓦斯含量低的特點。天禹礦煤層厚度低于豐陽煤礦，所以瓦斯含量要低于豐陽煤礦，根據(jù)這一賦存規(guī)律，可以推斷，在相同埋藏深度條件下，天禹煤礦的瓦斯含量要低于鄰近的豐陽煤礦。在測定煤層瓦斯壓力的同時，河南理工大學瓦斯地質研究所還在豐陽煤礦的-16m標高的巖石大巷以及以上的地點測定了煤層

39、瓦斯壓力，部分測定結果見表2-7。由表2-7可以看出，豐陽煤礦在-16m標高測定的最大煤層瓦斯壓力（表壓）為0.56mpa。表2-7 二1煤層瓦斯壓力測定結果測點編號號2號3號4號5號測壓地點-16m巖石大巷-16m巖石大巷車場+70m巖石大巷揭煤點+70m巖巷中部+135m順槽巖石集中巷西部鉆孔深度/ m4142454232巖層中孔深/ m2536352926煤層中孔深/ m16610136見煤點標高/ m05122110145封孔長度/ m2036202525表壓力/ mpa0.560.520.450.480.282.3 礦井瓦斯儲量礦井瓦斯儲量是指在煤田開發(fā)過程中能夠向礦井排放瓦斯的煤層

40、及圍巖所儲存的瓦斯量，應為礦井可采煤層的瓦斯儲量、受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層及圍巖瓦斯儲量之和。礦井瓦斯儲量計算公式如下： w = w1 + w2 + w3 （2-2）式中 w礦井瓦斯儲量，萬m3； w1可采煤層的瓦斯儲量總和，萬m3； （2-3） a1i礦井每一個可采煤層的煤炭儲量，萬t； x1i礦井每一個可采煤層的瓦斯含量，m3/t； w2受采動影響后能夠向開采空間排放的各不可采煤層的瓦斯儲量，萬m3； （2-4） a2i受采動影響后能夠向開采空間排放瓦斯的不可采煤層的地質儲量，萬t；x2i受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層的瓦斯儲量，m/t； w3受采動影響后能夠

41、向開采空間排放的圍巖瓦斯儲量，萬m3，實測或按下式計算： w3=k（w1+w2） （2-5） k圍巖瓦斯儲量系數(shù)，一般取k=0.050.20。由天禹煤礦的初步設計可知，該礦保有儲量為1032.75萬t，由此可得天禹煤礦的礦井瓦斯儲量為5655.59萬m3。2.4 礦井瓦斯可抽量為計算礦井的瓦斯可抽量，需首選確定礦井的瓦斯抽采率。瓦斯抽采率可根據(jù)煤層瓦斯抽采難易程度、瓦斯涌出情況、采用的瓦斯抽采方法等因素綜合確定，也可參照鄰近礦井或條件類似礦井數(shù)值選取。根據(jù)煤礦瓦斯抽放規(guī)范（aq1027-2006）第8.6.3條規(guī)定，以本煤層預抽為主的礦井，工作面抽采率不小于25%，礦井抽放率不小于20%。根據(jù)

42、煤礦安全規(guī)程（2012）第190條，采用預抽煤層瓦斯作為防突措施時，煤層瓦斯預抽率大于30%。根據(jù)防突規(guī)定，高、突采面采前瓦斯預抽率不得低于30%。 根據(jù)天禹煤礦二1煤層的實際情況，采煤工作面瓦斯預抽率設計為30%，礦井瓦斯抽放率設計為30%。礦井瓦斯可抽量是指礦井瓦斯儲量中能被抽出的瓦斯量，由下式計算： （2-6）式中： wkc礦井瓦斯可抽量，萬m3；k礦井瓦斯抽放率，按照天禹煤礦的現(xiàn)狀預計，k =2535%，取平均值k = 30%； wk礦井瓦斯儲量，萬m3。由此可得天禹煤礦的瓦斯可抽量為1696.68萬m3。2.5 礦井瓦斯涌出量預測目前，我國用于瓦斯涌出量預測的方法有二類：即分源預測法

43、和礦山統(tǒng)計法。統(tǒng)計預測法則要求被預測的工作面在開采方法、煤層賦存條件、瓦斯地質條件與樣本工作面相同或相似，否則，預測準確率難以保證。分源預測法根據(jù)工作面瓦斯涌出來源及各源涌出規(guī)律并結合煤層開采技術條件、煤層瓦斯賦存參數(shù)來計算工作面瓦斯涌出量，適應于各種采煤方法的工作面瓦斯涌出量預測；只要選取的預測參數(shù)合理，可以取得很高的預測準確率。各個瓦斯源涌出瓦斯量的大小是以煤層瓦斯含量、瓦斯涌出規(guī)律及煤層開采技術條件為基礎進行計算確定的，該方法適應較為廣泛。本次礦井瓦斯等級鑒定依據(jù)礦井瓦斯涌出量預測方法（aq1018-2006）采用分源預測法對礦井瓦斯涌出量進行預測。2.5.1 礦井瓦斯涌出構成關系根據(jù)礦

44、井的采掘布置情況，礦井瓦斯涌出主要由生產(chǎn)采區(qū)的瓦斯涌出、已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出等構成，礦井瓦斯涌出關系如圖2-1所示。圖2-1 礦井瓦斯涌出構成關系圖2.5.2 回采工作面的瓦斯涌出量礦井主采二1煤層，平均煤厚3.49m。依據(jù)礦井瓦斯涌出量預測方法（aq1018-2006）a.1.2，一次采全高時，開采層瓦斯涌出量采用式2-7計算： （2-7）式中：開采層相對瓦斯涌出量，m3/t； k1圍巖瓦斯涌出系數(shù)；k2工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)；k3采區(qū)內(nèi)準備巷道預排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù)； m開采層厚度，m； m工作面采高，m； w0煤層原始瓦斯含量，m3/t； wc煤的殘余瓦斯含量，m3/t。其中

45、：采區(qū)巷道預排瓦斯影響系數(shù)k3依據(jù)礦井瓦斯涌出量預測方法（aq1018-2006）附錄d中規(guī)定，采用長壁后退式回采時，k3按照式2-8計算。k3 （2-8）式中：k3采區(qū)內(nèi)準備巷道預排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù)；l工作面長度，m，取l=122m；h掘進巷道預排等值寬度，m；與煤的變質程度有關，本礦井煤種為貧煤，依據(jù)礦井瓦斯涌出量預測方法（aq1018-2006）附錄d中表d.1取變質程度較高的無煙煤的最短暴露時間25天時h=6.5m；根據(jù)以上參數(shù)可計算出k3=0.89。開采層瓦斯涌出量預測時各參數(shù)的取值見表2-8。表2-8 開采層瓦斯涌出量預測各參數(shù)取值表參數(shù)取值取值依據(jù)k11.3依據(jù)（aq

46、1018-2006）中附錄a：全部陷落法管理頂板k21.18二1煤層回采率按照0.85k30.89依據(jù)式2-8計算m3.49依據(jù)天禹礦初步設計m1.80依據(jù)21031采煤工作面規(guī)程w06.25見本報告2.1，本次測定的最大值wc3.79依據(jù)礦井瓦斯涌出量預測方法（aq 10182006）推測根據(jù)式2-7及表2-8中所列數(shù)據(jù)計算可得回采工作面開采層瓦斯涌出量為： =1.31.180.891.942.46 =6.52m3/t2.5.3 掘進工作面的瓦斯涌出量依據(jù)礦井瓦斯涌出量預測方法（aq1018-2006）掘進工作面瓦斯涌出量預測用絕對瓦斯涌出量表達，采用式2-9進行計算。 （2-9）式中：掘進

47、工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min； 掘進工作面巷道煤壁絕對瓦斯涌出量，m3/min； 掘進工作面落煤絕對瓦斯涌出量，m3/min。（1）掘進巷道煤壁瓦斯涌出量掘進巷道煤壁瓦斯涌出量采用式2-10計算。 （2-10）式中：d巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面的周邊長度，m； v巷道平均掘進速度，m/min； l巷道長度，m； q0煤壁瓦斯涌出強度，m3/(m2min)，可按式2-11計算。 （2-11）式中：vr煤中揮發(fā)分含量，%； w0煤層原始瓦斯含量，m3/t；掘進巷道煤壁瓦斯涌出量預測時各參數(shù)的取值見表2-9。依據(jù)式2-10、式2-11及表2-9所列數(shù)據(jù)計算掘進工作面煤壁瓦斯涌出量為： =0.37m3

48、/min表2-9 掘進巷道煤壁瓦斯涌出量預測參數(shù)取值表參數(shù)取值取值依據(jù)d6.98依據(jù)（aq1018-2006）中附錄b（按中厚煤層）：d=2m0，m0：開采層厚度v0.0035掘進速度一般在150m/月左右計算w06.25見本報告2.1，本次測定的最大值l300按瓦斯涌出量穩(wěn)定的巷道極限長度，約為300m（2）掘進落煤的瓦斯涌出量掘進巷道落煤的瓦斯涌出量采用式2-12計算。 （2-12）式中：s掘進巷道斷面積，m2；r煤的密度，t/m3； v巷道平均掘進速度，m/min； w0煤層原始瓦斯含量，m3/t； wc煤的殘余瓦斯含量，m3/t。掘進巷道落煤瓦斯涌出量預測時各參數(shù)的取值見表2-10。表

49、2-10 掘進巷道落煤瓦斯涌出量預測各參數(shù)取值表參數(shù)取值取值依據(jù)s9.3掘進巷道的實際斷面v0.0035掘進速度一般在150m/月r1.45見本報告中1.4w06.25見本報告2.1，本次測定的最大值wc3.79根據(jù)aq 1018-2006標準附錄c 選取依據(jù)式2-12及表2-10所列數(shù)據(jù)計算掘進工作面落煤瓦斯涌出量為0.12m3/min。（3）掘進工作面瓦斯涌出量預測結果根據(jù)以上計算結果，可得掘進工作面絕對瓦斯涌出量為0.49 m3/min。2.5.4 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量預測生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)瓦斯涌出量除了回采工作面和掘進工作面瓦斯涌出外，還包括采區(qū)內(nèi)已采區(qū)域采空區(qū)瓦斯涌出。依據(jù)礦井瓦斯涌出量預測方

50、法（aq1018-2006）其計算可按式2-13計算。 （2-13）式中：生產(chǎn)采區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t； k生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)； 第i個回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t； ai第i個回采工作面的日產(chǎn)量，t；第i掘進工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；a0生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t。礦井目前主采山西組二1煤層，依據(jù)礦井初步設計，礦井設計年產(chǎn)量為30萬噸，年生產(chǎn)天數(shù)按330天，回采工作面日產(chǎn)量約為820t，每個掘進工作面日產(chǎn)煤量約為90t，采區(qū)日產(chǎn)量為910t，生產(chǎn)采區(qū)進行瓦斯涌出量預測時的參數(shù)取值見表2-11。表2-11 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量預測參數(shù)取值表參數(shù)取值取值依據(jù)k1.35依據(jù)

51、（aq1018-2006）中附錄表d.46.52本報告中計算結果0.49本報告計算結果采區(qū)日產(chǎn)量910依據(jù)天禹礦初步設計依據(jù)式2-13及表2-11中所列數(shù)據(jù)，采區(qū)的瓦斯涌出量預測結果見表2-12。表2-12 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量預測結果采區(qū)名稱采區(qū)瓦斯涌出量m3/t采區(qū)日產(chǎn)量(t)瓦斯涌出量備注相對量 m3/t絕對量m3/min21采區(qū)8.989108.985.672.5.5 礦井瓦斯涌出量預測礦井瓦斯涌出量依各個時期的礦井配采安排不同而異。按礦井瓦斯涌出量預測方法（aq1018-2006）預測礦井瓦斯涌出量可按式2-14計算。 （2-14）式中：礦井瓦斯涌出量，m3/t；q區(qū)i第i生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量，m3/t；a0i第i生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t；已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)。天禹煤礦已開采多年，在進行礦井瓦斯涌出量預測時要考慮已開采區(qū)的影響，并且礦井的煤層厚度變化大，采空區(qū)遺煤必然較多?？紤]到采空區(qū)的影響，礦井瓦斯涌出量預測時的參