矿井机械化升级改造初步设计 第5章 通风和安全.doc
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1、第五章 通风与安全第一节 概 况一、井田瓦斯、煤尘、自燃、煤和瓦斯突出及地温情况(一)瓦斯1、邻近矿井瓦斯等级根据山西省煤炭工业局瓦斯鉴定结果,本矿井邻近矿井瓦斯等级大部分为低瓦斯,见表511。邻近矿井瓦斯等级鉴定结果表 表511矿井名称年度CH4CO2瓦斯等级文件号绝对涌出量(m3/min)相对涌出量(m3/t)绝对涌出量(m3/min)相对涌出量(m3/t)天泰20075.572.14/(技改)/(技改)高晋煤安发20072030百僧庄20060.331.080.351.49低晋煤安发2007734北河坡20050.291.650.281.59低晋煤安发20059862、本井田瓦斯赋存情况
2、(1)2003年6月由山西地宝能源有限公司编制的生产矿井地质报告提供的对井田内P26号孔煤芯取样分析结果,见表512。煤层瓦斯含量表 表512煤号CH4含量(ml/g燃)煤中自然瓦斯成分()煤层埋深(m)备注CH4CO2N2分带915.7694.770.534.70沼气带472.811510.9596.782.900.32沼气带539.415下1.6491.785.242.89沼气带549.18偏小(2)中国矿业大学(北京)2007年6月编制的河北金牛能源股份有限公司段王煤矿煤层瓦斯赋存规律及瓦斯抽放优化研究项目阶段报告中提供的采用井下间接测定法测定的9号煤层瓦斯基本参数结果为:原煤瓦斯含量:
3、 4.645.68m3/t;煤层瓦斯原始压力: 0.560.7MPa;钻孔瓦斯流量衰减系数:0.18(d-1);煤层透气性系数: 0.082 m2/MPa2d;煤层对瓦斯的吸附性: 吸附常数a=57.14m3/t,b=0.20Mpa-1。瓦斯放散初速度: 7.2;煤的孔隙率: 3.33测点距地表垂深:186237m。15号煤层瓦斯基本参数测定结果为:原煤瓦斯含量: 1.66m3/t;煤层瓦斯原始压力: 0.160.19MPa;煤层对瓦斯的吸附性: 吸附常数a=54.64m3/t,b=0.23Mpa-1;瓦斯放散初速度: 5.94;煤的孔隙率: 2.68测点距地表垂深:236m。矿井各区域瓦斯分
4、布不均匀,瓦斯含量随着煤层埋藏深度的增加而增加。(3)2008年6月山西省煤炭地质公司提交的矿井地质报告对部分钻孔采取了煤层瓦斯样,共采样26个,瓦斯含量试验成果见表513。各煤层瓦斯含量试验成果汇总表表513瓦斯含量(毫升/克可燃质)自然瓦斯成分煤层号总计CH4CO2N2C2-C8CH4CO2C2-C8%62.833.890.070.3139.8144.510.882.8854.5455.910.071.403.36 0.19 0.17 42.16 1.88 55.23 0.74 96.5412.290.030.330.030.0768.2894.580.742.882.9329.750.0
5、20.818.23 0.20 0.05 85.24 1.98 12.61 0.20 116.4312.750.060.470.100.0375.6191.530.644.337.2520.060.200.589.34 0.21 0.15 85.11 1.82 12.92 0.39 156.4719.790.120.540.010.8293.6397.501.082.840.173.990.092.3411.34 0.21 0.17 96.08 1.90 1.31 0.71 15下5.6613.540.060.340.010.0789.6197.951.064.700.386.050.050.3
6、89.50 0.22 0.04 94.96 2.65 2.18 0.21 3、矿井瓦斯涌出量根据2007年12月19日山西省煤炭工业局“晋煤安发【2007】2030号关于2007年度年产30万吨及以上煤矿矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复文件”,段王煤矿2007年度瓦斯鉴定结果见表544。鉴定时生产能力为90万t/a,月均日产量为2828t。属高瓦斯矿井。矿井2007年度瓦斯等级鉴定结果表 表514矿井名称年度CH4CO2瓦斯等级文件号绝对涌出量(m3/min)相对涌出量(m3/t)绝对涌出量(m3/min)相对涌出量(m3/t)段王200725.4312.953.551.81高晋煤安
7、发20072030目前,矿井开采的煤层属于浅部煤层,因此,矿井瓦斯涌出量较小。根据段王煤矿2008年14月测风报表,2008年全矿井最大绝对瓦斯涌出量为23.13 m3/min(含瓦斯抽采量5m3/min),150302工作面最大绝对瓦斯涌出量为3.0m3/min,090412工作面绝对瓦斯涌出量为7.5m3/min以上(含瓦斯抽采量5m3/min)。4、煤与瓦斯突出段王煤矿目前未做煤与瓦斯突出鉴定,同时该矿提交的各种资料说明该矿目前尚未发生过煤与瓦斯突出动力现象,本次设计按高瓦斯矿井进行设计。今后若矿井发生煤与瓦斯突出动力现象,经鉴定为煤与瓦斯突出矿井后,应修改本设计。(二)煤尘根据测试结果
8、,井田内各煤层煤尘均有爆炸性。(三)煤的自燃发火倾向性根据测试结果,井田内6号煤层自燃倾向性等级为类,属容易自燃自燃;9号煤层自燃倾向性等级为类,以自燃、不易自燃为主,局部为容易自燃;11号煤层自燃倾向性等级为类,属自燃不易自燃;15号煤层自燃倾向性等级为类,以不易自燃、自燃为主,局部为容易自燃;15下号煤层自燃倾向性等级为类,属不易自燃煤层。(四)煤和瓦斯突出地质报告未提供有关本井田煤和瓦斯突出的信息。根据矿井开采实践,本井田无煤和瓦斯突出现象。(五)地温本次补充勘查中测试了D3、D8、D10号3个钻孔的简易井温测量,测温资料结果本区为无热害区。二、随着开采深度的增加,对各水平瓦斯等级及地温
9、变化的预测和依据(一)瓦斯涌出量预测随着开采深度的增加,矿井瓦斯涌出量亦会增加。为此,段王煤矿于2008年8月委托煤炭科学研究总院重庆研究院编制了寿阳县段王煤化有限责任公司矿井瓦斯抽采工程初步设计(修订版)。2008年9月12日山西省煤炭工业局以“晋煤安发【2008】787号”文件批准了该设计。该设计根据矿井瓦斯涌出量预测方法(AQ1018-2006,国家安全生产监督管理总局),采用分源预测法对矿井生产规模达到1.8Mt/t时的瓦斯涌出量进行了预测。需要说明的是,由于瓦斯抽放设计编制在前,矿井地质报告编制在后,设计所采用的煤层瓦斯含量为2003年生产矿井地质报告提供的瓦斯样数据。由于仅采取了1
10、个钻孔的3个瓦斯样,数量较少,代表性较差。但对照2008年矿井地质报告提供的瓦斯含量试验成果,可以看出,9号煤层瓦斯含量前者高于后者,15号煤层基本接近,说明瓦斯抽放设计所采用的数据及得出的结论对矿井而言是偏于安全的。本设计以现瓦斯抽放设计做为矿井通风设计的依据。1、设计采用的煤层瓦斯含量采用地质勘探时期对煤芯取样分析的结果,9号煤层CH4含量为15.76ml/g燃,15号煤层CH4含量为10.95ml/g燃,瓦斯含量换算成原煤瓦斯含量,9号煤层原煤瓦斯含量13.40m3/t,15号煤层原煤瓦斯含量10.00m3/t。2、瓦斯涌出量预测(1)回采工作面瓦斯涌出量预测回采工作面相对瓦斯涌出量按下
11、式计算:q采q1q2 式中 q1开采层相对瓦斯涌出量,m3/t; q2邻近层相对瓦斯涌出量,m3/t;、开采层相对瓦斯涌出量按下式计算:q1K1K2K3(W0Wc) 式中 K1围岩瓦斯涌出系数,根据顶板管理方法查表选取;K2工作面丢煤系数,用回采率的倒数来计算;9#煤层15#煤层K3采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数; L回采工作面长度;h掘进巷道预排等值宽度,m,根据煤种查表选取,h13m;9#煤层15#煤层m开采层厚度,m;M工作面采高,m;W0煤层原始瓦斯含量,m3/t;Wc运出矿井后煤的残存瓦斯含量,根据煤的挥发分查表选取,m3/t;回采工作面基本情况见表515,预测结果见
12、表516。综采工作面基本情况一览表 表515煤层埋藏深度(m)煤层厚度(m)采高(m)工作面长度(m)平均日产量(t)地质构造情况备注9#472m左右4.894.41603600无大构造15#540m左右4.354.11401400无大构造综采工作面瓦斯涌出预测结果一览表 表516煤层相对涌出量(m3/t)绝对涌出量(m3/min)备注9#12.4630.1515#8.037.81注:残存瓦斯含量根据煤的挥发分查表选取;9#煤层q11.21.080.84(13.43.1)12.46m3/t;绝对涌出量12.463600/1440=31.15m3/min;15#煤层q11.21.180.81(1
13、0.03.4)8.03m3/t;绝对涌出量8.031400/1440=7.81m3/min、根据可采煤层特征表确定邻近层相对瓦斯涌出量。 式中 mi第i邻近层煤层厚度,m;M工作面采高,m;W0i第i个邻近层煤层原始瓦斯含量,m3/t;Wci第i个邻近层煤层残余瓦斯含量,m3/t; i第i个邻近层瓦斯排放率,根据相关标准查表选取。本矿井,受9#煤层开采影响的邻近层主要有6#、8#、11#三层煤,受15#煤开采影响的邻近层主要有15#下煤,计算结果见表517、表518。9#煤层q2(0.950.85+1.090.9+0.920.45)5.16m3/t;绝对涌出量5.163600/1440=12.
14、90m3/min;邻近层瓦斯涌出预测结果一览表(1) 表517邻近层煤层厚度(m)采高(m)瓦斯含量(m3/t)残存瓦斯含量(m3/t)瓦斯排放率(%)相对涌出量(m3/t)备注6#0.954.413.403.1851.898#1.094.413.403.1902.3011#0.924.413.403.1450.9715下#1.524.110.003.4801.96邻近层瓦斯涌出预测结果一览表(2) 表518 邻近层相对涌出量(m3/t)绝对涌出量(m3/min)备注6# 8# 11#5.1612.909#煤邻近煤层15下#1.961.9115#煤邻近煤层15#煤层q2(1.520.8)1.9
15、6m3/t;绝对涌出量1.961400/1440=1.91m3/min。把q1和q2的计算结果代入式:q采q1q2 中,考虑到瓦斯涌出的不均衡性,因此瓦斯涌出量还需乘以不均衡系数Kn,取Kn为1.2,计算结果见表519。 回采工作面瓦斯涌出预测结果一览表 表519回采工作面不均衡系数相对涌出量(m3/t)绝对涌出量(m3/min)备注9#煤回采工作面1.221.1452.8515#煤回采工作面1.211.9911.66从表中可以看出:9#煤回采工作面相对瓦斯涌出量q1.2(5.16+12.46)21.14m3/t; 绝对瓦斯涌出量21.143600/1440=52.85m3/min。15#煤回
16、采工作面相对瓦斯涌出量q1.2(1.96+8.03)11.99m3/t;绝对瓦斯涌出量11.991400/1440=11.66m3/min。(2)掘进工作面瓦斯涌出量预测掘进工作面的瓦斯涌出量由落煤瓦斯涌出量和煤壁瓦斯涌出量两部分组成,其绝对瓦斯涌出量按下式确定:q掘q3q4 式中:q掘掘进工作面绝对瓦斯涌出量,m3/min;Q3落煤瓦斯涌出量,m3/min; Q4煤壁瓦斯涌出量,m3/min;q3Sv(W0Wc) 式中S煤巷掘进断面积,m2;V巷道平均掘进速度,m/min;煤的密度,t/m3。Wc运出矿井后煤的残存瓦斯含量,根据煤的挥发分查表选取,m3/t。式中:q4煤壁瓦斯涌出量,m3/m
17、in; D巷道断面内暴露煤面的周边长度,m。对于薄及中厚煤层,D=2m0,m0为煤层厚度,对于厚煤层,D=2h+b,h及b分别为巷道的高度及宽度; v巷道平均掘进速度,m/min; L巷道长度,m; qo煤壁瓦斯涌出强度,m3/(m2min),按下式计算:q00.0260.0004(Vr)20.16W0 式中Vr煤的挥发份,%。W0煤层原始瓦斯含量,m3/t。9#、15#煤掘进工作面基本情况见表5110,瓦斯涌出量预测见表5111。掘进工作面基本情况一览表 表5110 煤层煤层厚度(m)密度(t/m3)挥发分(%)巷道断面(m2)巷道长度(m)掘进速度(m/min)瓦斯含量(m3/t)9#4.
18、891.4314.2515.7525000.00713.4015#4.351.4113.721225000.00710.00注:矿井的综掘速度为300m/月。9#煤综掘工作面瓦斯涌出量:q3=15.751.43(13.4-3.1)=1.61m3/min;q4=(23.5+4)0.084(2)=7.70m3/min;q掘1.61+7.709.31m3/min。15#煤综掘工作面瓦斯涌出量:q3=121.41(10.0-3.4)=0.78m3/min;q4=(23+4)0.061(2)=5.08m3/min;q掘0.78+5.085.86m3/min。 掘进工作面瓦斯涌出量预测一览表 表5111煤
19、层煤壁瓦斯涌出量(m3/min)落煤瓦斯涌出量(m3/min)绝对瓦斯涌出量(m3/min)备注9#7.701.619.31综掘15#5.080.785.86综掘(3)采区瓦斯涌出量预测根据采区布置,在矿井产量1.8Mt/a时,设两个采区,每个采区配一个回采工作面,两个掘进头。采区内瓦斯涌出量除了回采和掘进涌出外,还包括采区内已采区段老空区瓦斯涌出。其计算公式为: 式中:q区生产采区相对瓦斯涌出量,m3/t; Ao 生产采区平均日产量,t/d; q采i第i回采工作面瓦斯涌出量,m3/t; Ai 第i回采工作面平均日产量,t/d; k生产采区内采空区瓦斯涌出系数,取1.2; q掘i第i掘进面工作
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