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1、板石煤矿瓦斯抽采达标煤量核定一、矿井煤层、瓦斯概况本井田位于珲春盆地西南部边缘地带珲春断陷地的西南端，地层走向大体是北东向展布，倾向北西，为一单斜构造，井田面积为22.5km2。地层倾角10-15，深部趋于平缓，地质构造属中等复杂型，井田内断裂较发育，查明有26条断层，均为正断层。井田南部边界为石炭二迭系及海西期花岗岩组成的低山，西与西北被图门江和珲春河围绕，区内大面积为冲积平原，地面标高为+30m+50m。本区制高点为南部小盘岭，海拔标高为+51.4m，最低点为西崴子一带，海拔标高为+20m。本井田煤层赋存状态，为缓倾斜近距离薄及中厚煤层群，倾角为5-15，平均为8左右。可采煤层11层，煤层
2、总厚度14.34m，平均厚度6.97m，单层厚度0.8-3.98m，平均厚度1.34m，煤层间距一般在7-25m。煤层顶底板为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩及砂岩，厚度0.5-3.0m。该矿井为四条斜井开拓，-480m单一固定水平上下山开采的开拓方式, 该矿井属高瓦斯矿井，煤质为长焰煤，发热量在3500-5800kcal/kg，煤尘有爆炸危险性，煤尘爆炸指数在60%以上，19b、20号煤层不易自燃，其它煤层属于易自燃。该矿的开拓方式为斜井上下山开拓，采煤方法为走向长壁式，采煤方式为综采。矿井通风方式为中央并列式，方法为抽出式，副井、主井和新副井入风，立风井排风矿井总入风量为11968m3/min，需
3、风量为11023m3/min，总排风量为12420 m3/min，富裕系数为1.06。无不合理串联通风，矿井通风系统合理、稳定。矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井，煤层瓦斯含量：19煤层最大为5.58m3/t，20煤层最大为3.73 m3/t；煤层透气性系数：19煤层0.16 m2/MPa2d，20煤层0.271.52 m2/MPa2d；钻孔自然瓦斯涌出量衰减系数：19煤层在0.030.04d-1之间，20煤层0.040.05 d-1 ；19煤层回采工作面瓦斯涌出量预测结果为7.37m3/t，20煤层回采工作面瓦斯涌出量预测结果为6.599m3/t。且该矿的瓦斯资源相当丰富，19层瓦斯储量为35602.
4、69Mm3，19B层为24316.08 Mm3，20层为47463.21 Mm3 19、19B和20煤层均属于可以抽放煤层，进行了地面永久性抽放。瓦斯储量详见下表。 板石煤矿瓦斯储量及可抽量计算结果汇总表煤层编号工业储量/Mt设计资源储量/Mt可采储量/Mt瓦斯储量/Mm3瓦斯抽放率/%可抽瓦斯量/ Mm31911709.307975.516380.4135602.693010680.8119b8154.665334.694357.7224316.08307294.822025700.8316525.2212724.7247463.213014238.9620a7419.445304.9437
5、61.5414030.54304209.16215296.963417.162338.668723.2018302616.96229404.346271.895331.1119885.0403305965.5122a5577.962652.422254.568409.5088302522.852316572.597688.556150.8422942.6332306882.7923a8286.255582.64466.0816658.4784304997.54269556.395350.64280.4815966.1904304789.86282122.95784.31666.662486.6
6、41830745.99围岩32472.63309741.79合计109801.6766887.8952712.78216484.2164945.26二、瓦斯涌出量计算1、-1252区回采工作面瓦斯涌出量预测根据AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法中的计算方法，回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量来表达，采用下式进行计算：式中：回采工作面瓦斯涌出量，m3/t； 开采层瓦斯涌出量，m3/t； 邻近层瓦斯涌出量，m3/t。（1）开采层（包括围岩）瓦斯涌出量：式中：开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t； 围岩瓦斯涌出系数，其值取决于回采工作面顶板管理方法，取1.20； 工作面丢煤瓦
7、斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数。工作面回采率取95%，故取其k2=1.05； 准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，根据本矿的实际情况取=0.45；开采层厚度，取3.95m；工作面采高，取3.95m；煤层瓦斯含量，取其实测的最大值3.56m3/t；煤的残存瓦斯含量，取1.73m3/t。则煤层回采工作面的开采层（包括围岩）瓦斯涌出量为：（2）邻近层瓦斯涌出量式中：邻近层瓦斯涌出量，m3/t； 第个邻近层厚度，取层1.59m、层2.02m、层2.52m；开采层的开采厚度，取3.95m；第 邻近层的原始瓦斯含量，取层1.76m3/t、层2.46m3/t、六2.84m3/t；第 邻近层的
8、残存瓦斯含量，取层1.73m3/t、层1.66m3/t、层1.73 m3/t；第邻近层瓦斯排放系数，根据层间距关系得出，分别取0.62、0.81、0.65。邻近层瓦斯涌出量计算结果：层向层涌出： 层向层涌出： 层向层涌出： 所以回采工作面的瓦斯涌量：。-1252区煤层回采工作面瓦斯涌出量预测结果 煤层日产量(t/d)相对涌出量(m3/t)绝对涌出量(m3/min)层13341.861.72由于回采工作面采用高压水枪落煤，落煤期间随着工作面落煤强度大，工作面绝对瓦斯涌出量也随之增大。另外，在老顶周期来压期间，由于采空区和邻近层瓦斯的大量涌出，也会引起绝对瓦斯涌出量的大幅度升高。因此，开采过程中，
9、瓦斯的涌出是不均衡的。其瓦斯涌出的不均衡性用瓦斯涌出不均衡系数表示，该系数是指在所涉及区域内最大瓦斯涌出量与平均瓦斯涌出量的比值。即：式中 瓦斯涌出不均衡系数； 最大瓦斯涌出量，m3/min； 平均瓦斯涌出量，m3/min。根据矿井瓦斯涌出量预测方法中的附录D5和本矿的实际情况，回采工作面的瓦斯涌出不均衡系数为1.42。按照前面回采工作面的瓦斯涌出量预测结果，再考虑到瓦斯涌出的不均衡性，在产量基本保持不变的情况下，预计六道江井-1252区回采工作面瓦斯涌出量可达2.45m3/min。2、-1252区和-1253区掘进工作面瓦斯涌出量预测掘进工作面的瓦斯主要来自煤壁和落煤两部分,其计算公式为：
10、式中：煤壁瓦斯涌出量，m3/min；落煤瓦斯涌出量，m3/min。 掘进工作面煤壁瓦斯涌量在巷道掘进过程中，巷道周围煤层中的瓦斯压力平衡状态遭到破坏，煤体内部到煤壁间存在着瓦斯压力梯度，瓦斯就会沿煤体裂隙及孔隙向巷道泄出。单位时间单位面积暴露煤壁泄出的瓦斯量（煤壁瓦斯涌出速度）随着煤壁暴露时间的延长而降低。通常暴露6个月后，煤壁瓦斯涌出已基本稳定。其计算式为：式中：掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；巷道断面内暴露煤面的周边长度，D=22.23.0=7.4m；巷道平均掘进速度，取0.00337m/min (按133.3m/mon计算)；掘进巷道长度，按300m来计算；煤壁瓦斯涌出初速度，m3
11、/m2min；式中：煤中挥发份含量，%；取实测最大值26.47；煤层瓦斯含量，取实测的最大值3.56m3/t；根据上述公式进行计算：m3/min。 掘进工作面落煤瓦斯涌出量式中：掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；巷道平均掘进速度，m/min，取0.00337m/min；掘进巷道断面积，取6.81m2；煤的视密度，取1.38 t/m3；煤层瓦斯含量，取3.56m3/t；煤层残存瓦斯含量，取1.73m3/t。则m3/min煤层掘进工作面瓦斯涌出量 m3/min从公式可看出，掘进工作面瓦斯涌出量与其掘进速度有关，掘进速度越快，其瓦斯涌出量越大。按本井目前煤巷掘进工作面的推进度为133.3m/mo
12、n计算，煤层煤巷掘进工作面的绝对瓦斯涌出量为0.37m3/min。根据矿井瓦斯涌出量预测方法中的附录D5和本矿的实际情况，按照采区煤巷掘进工作面的瓦斯涌出不均衡系数取最大值1.58计算，煤层煤巷掘进工作面的绝对瓦斯涌出量可达0.58m3/min。-1252区和-1253区采掘工作面瓦斯涌出量预测结果 采区名称日产量(t/d)回采工作面掘进工作面相对涌出量(m3/t)绝对涌出量(m3/min)绝对涌出量(m3/min)-1252区、-1253区13341.861.720.373、-1251区采掘工作面瓦斯涌出量预测依据-1252区采掘工作面计算公式，-1251区层煤瓦斯含量为2.48 m3/t，
13、回采工作面相对瓦斯涌出量为1.23 m3/t，绝对瓦斯涌出量为1.14 m3/min，掘进工作面绝对瓦斯涌出量为0.15 m3/min；采煤工作面瓦斯涌出不均衡系数取1.4，掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数取1.67，则-1251区煤层采煤工作面的绝对瓦斯涌出量可达1.6m3/min，,掘进工作面的绝对瓦斯涌出量可达0.25m3/min。-1251区采掘工作面瓦斯涌出量预测结果采区名称日产量(t/d)回采工作面掘进工作面相对涌出量(m3/t)绝对涌出量(m3/min)绝对涌出量(m3/min)-1251区13341.231.140.15三、瓦斯抽采的必要性根据煤矿安全规程、煤矿瓦斯抽放规范、煤矿瓦
14、斯抽采基本指标、煤矿瓦斯抽采达标暂行规定规定，有下列情况之一，必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下移动泵站瓦斯抽采系统。1、一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决不合理的。2、矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：（1）大于或等于40m3/min；（2）年产量1.61.5Mt的矿井，大于30m3/min；（3）年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m3/min；（4）年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/min；（5）年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。3、开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。下面从几个方面
15、来分析瓦斯抽采的必要性。1、采掘工作面绝对瓦斯涌出量根据-125采区回采期间的通风、瓦斯资料统计及煤层瓦斯涌出量预测结果，回采工作面瓦斯涌出量可达2.45m3/min，掘进工作面瓦斯涌出量可达0.58 m3/min ，因此从矿井涌出现状和瓦斯涌出量预测结果来看，没有达到进行抽放的必要条件。2、矿井绝对瓦斯涌出量六道江井计划年产量为0.8Mt/a，矿井绝对瓦斯涌出量为4.41m3/min（2012年瓦斯鉴定结果），根据规定也无需进行抽放。3、回采工作面通风能力回采工作面是否有必要进行瓦斯抽放的判断标准是：回采工作面设计风量小于稀释瓦斯所需要的风量，即当瓦斯涌出量大于通风所能解决的瓦斯涌出量时，就
16、应当抽放瓦斯，其瓦斯抽放的必要性指标通常以下式表示：式中：回采工作面的瓦斯涌出量，m3/min；通风所能解决的瓦斯涌出量，m3/min；回采工作面允许的最大风速，取4m/s；风流通过的最小通风断面，取4.6m2；规程允许风流中的瓦斯浓度，1%；瓦斯涌出不均衡系数，一般在1.21.7之间，取1.5。根据式4-1计算得出回采工作面通风所能解决的瓦斯涌出量为7.36m3/min，大于回采面的瓦斯涌出量，因此，仅从工作面通风能力来看，六道江井煤层回采工作面不需要抽放。4、瓦斯参数测定结果根据煤炭科学研究总院沈阳分院瓦斯抽放基础参数测定与抽放瓦斯可行性研究报告的结果：煤层瓦斯压力0.30.43MPa、瓦
17、斯含量2.483.56m3/t，无突出危险。评价结论认为：六道江井没有必要建立地面永久抽采系统，从安全角度考虑，应建立井下移动抽采系统进行采空区抽采。四、瓦斯抽放的可行性1、开采层瓦斯抽放开采层瓦斯抽放的可行性是指在自然透气性条件下进行预抽的可能性。一般来说，其衡量指标有二个：一为煤层透气性系数（），二为钻孔瓦斯流量衰减系数（）。按矿井抽放瓦斯管理规范规定的开采层瓦斯抽放可行性的标准和实测的煤层钻孔瓦斯抽放基础参数进行评价。本矿的煤层属较难抽放可以抽放煤层，在不采取一些强化措施的情况下，很难取得理想的抽放效果。2、邻近层、采空区瓦斯抽放邻近煤层瓦斯抽放，即通常所称的卸压层瓦斯抽放。受开采层的采
18、动影响，其上部或下部的邻近层卸压后会发生膨胀变形，透气性将大幅度提高，邻近煤层的卸压瓦斯会通过层间裂隙大量涌向开采空间，为防止和减少邻近层瓦斯涌向开采层，通常采用抽放的办法来处理这一部分瓦斯。根据本矿的煤层赋存与开采条件，其它煤层与煤层距离较远，基本未处在其开采影响范围之内，这些煤层中的瓦斯将随着工作面的开采而进入工作面采空区。由于六道江井煤层采用水采采煤方法，属于短壁式采煤法，工作面较短，在采空区内遗留的煤柱较多，回采率低，使采空区瓦斯涌出量较大，具备进行采空区瓦斯抽放的条件。为防止工作面瓦斯超限，可以通过在回采工作面的回风巷内布置抽放管路，开展采空区埋管抽放或高位钻孔抽放来解决这一难题。综
19、上所述，六道江井煤层开展瓦斯抽放是必要的也是可行的，通过深入开展瓦斯抽放工作，防止出现回采工作面瓦斯超限，确保矿井的安全、高效生产。五、抽采系统本矿井为瓦斯矿井，采用移动式瓦斯抽放泵站进行采空区瓦斯抽放，抽放方法是采用工作面回风顺槽预埋管的方式进行抽放。经设计选型建立了两套移动式瓦斯抽放系统，移动式瓦斯抽放泵站为ZWY62/90型（主要技术参数详见下表），瓦斯抽放干管选用27312.5型高分子PE瓦斯抽放管，回风顺槽内的预埋支管选用1594.5型铁管。移动式抽放泵站设在50m暗主井车场内（为进风巷）。吸气侧干管由抽放泵站（50m暗主井车场内）铺设至采煤工作面的回风顺槽处，回风顺槽内铺设预埋支管
20、，随采煤工作面推进边采边抽。排气侧管路由抽放泵站（50m暗主井车场内）经-50m暗副井车场铺设至500m回风上山内。该抽放系统能有效降低回采工作面的瓦斯浓度，保障了安全生产。ZWY62/90 型移动式瓦斯抽放泵主要技术参数型号最大抽气量(m/min)极限真空度（kPa）耗水量（L/min）电机功率（kw）供电电压（v）外形尺寸（mmm）泵的装机能力核算如下：经过核算需要配备60 m3/min的抽放泵，现有抽放泵的额定流量为62 m3/min，满足要求。六、瓦斯抽采达标煤量验证经煤炭科学研究总院沈阳分院瓦斯抽放基础参数测定与抽放瓦斯可行性研究报告鉴定测定，煤层瓦斯压力0.30.43MPa、瓦斯含
21、量2.483.56m3/t，残存量1.73 m3/t，煤的可解析量1.83 m3/t，六道江井回采工作面涌出的瓦斯主要来自本煤层，按规定煤的可解析量小于4 m3/t，所有煤量均属于达标煤量。矿井和采面瓦斯抽放率计算矿井瓦斯抽采率式中：矿井瓦斯抽采率，%； 当月矿井平均瓦斯抽采量， m3/min；其测定、计算方法为：在井田范围内地面钻井抽采、井下抽采（含移动抽采）各瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯抽采检测、监测装置，每天测定不少于12次，按月取各测定值的平均值之和为当月矿井平均瓦斯抽采量。 当月矿井风排瓦斯量， m3/min。其测定、计算方法为：按天取各回风井回风瓦斯平均值之和为当天矿井风排瓦斯量
22、,取一月中最大一天的风排瓦斯量为当月矿井风排瓦斯量。采煤工作面瓦斯抽采率 式中：工作面瓦斯抽采率，%； 回采期间，当月工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min；其测定和计算方法为：在工作面范围内包括地面钻井、井下抽采（含移动抽采）各瓦斯抽采干管上安装瓦斯抽采检测、监测装置，每周至少测定3次，按月取各测定值的平均值之和为当月工作面平均瓦斯抽采量。 当月工作面风排瓦斯量， m3/min。其测定和计算方法为：工作面所有回风流排出瓦斯量减去所有进风流带入的瓦斯量，按天取平均值为当天回采工作面风排瓦斯量，取一月中最大一天的风排瓦斯量为当月回采工作面风排瓦斯量。瓦斯抽放效果评价六道江井煤层已经达到了中华人民共
23、和国安全生产行业标准煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006）中规定的煤层瓦斯压力、含量、解吸量、抽放率的要求，已经达标。七、抽采达标能力核定1、允许生产工作面个数核定按照煤矿安全规程（2011）等规定确定矿井允许生产的最多工作面个数，一个采区内同一煤层的一翼最多只能布置1个回采工作面和两个掘进工作面同时作业。一个采区内同一煤层双翼开采或多煤层开采的，该采区最多只能布置2个回采工作面和4个掘进工作面同时作业。现矿井-1251、-1252生产采区及-1253准备区均为双翼开采。布置2个回采工作面，10个掘进工作面，符合上述要求。2、采煤工作面瓦斯抽采达标能力核定单个采煤工作面日产量计算：Ac
24、i=lcihcicivcici 式中：Aci第i个采煤工作面日产量， t/d；lci第i个采煤工作面平均长度，m；hci第i个采煤工作面煤层平均采高，放顶煤开采时为采放总厚度，m；ci第i个采煤工作面的原煤视密度，t/m3;vci第i个采煤工作面平均日推进度，m/d;ci第i个采煤工作面回采率，%，按矿井设计规范和实际回采率选取小值。-1251、-1252采区采煤工作面Aci=lcihcicivcici=133.951.3825.30.93=1667 t/d瓦斯抽采达标核定单个采煤工作面瓦斯抽采达标能力对瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面，核定的工作面产量应以表1中煤层可解吸瓦斯量对应的工
25、作面日产量为核定采煤工作面瓦斯抽采达标能力Abi。Abi为第i个采煤工作面抽采达标时允许最大工作面日产量，根据表1取值，按差值法进行计算，单位为t/d。根据AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法及矿井实测，六道江井煤层煤的可解吸量为1.83m3/t，查表1允许工作面日产10000吨以上，大于实际采煤工作面日产3334吨，符合规定。表1 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量对应的工作面日产量可解吸瓦斯量/m3/t抽采达标时允许工作面日产量/Ab/t7.08.010006.07.0100125005.56.0250140005.05.5400160004.55.0600180004.04.580
26、0110000410000单个采煤工作面瓦斯浓度、风速核定瓦斯抽采达标能力按照采煤工作面风速不得超过4m/s，回风流中瓦斯浓度不得超过1%核定采煤工作面瓦斯抽采达标能力A1i，A1i按式（3）计算。 （3）式中：Ali第i个采煤工作面满足回风瓦斯浓度、工作面风速要求的工作面日产量，t/d；Qfci第i个采煤工作面满足工作面风速要求的最大供风量， m3/min；qdci第i个采煤工作面瓦斯抽采后的工作面相对瓦斯涌出量， m3/t。-1251区采煤工作面抽采达标能力 =14400.01212/0.12 =25440t/d-1252区采煤工作面抽采达标能力 =14400.01200/0.28 =10
27、286t/d根据所得出的产量大于大于采煤工作面日产量，说明抽采达标能力满足要求。矿井采煤工作面瓦斯抽采达标能力核定单个采煤工作面的瓦斯抽采达标能力核定按Aci 、Abi和A1i选取小值，矿井采煤工作面瓦斯抽采达标能力 计算。 式中：采煤工作面的瓦斯抽采达标能力，t/d；n核定的采煤工作面个数。=1667+1667=3334工作面名称计算项比较小值（t/d)Aci（t/d)Abi（t/d)Ali（t/d)-1251区回采面166710000254401667-1252区回采面1667100001028616673、掘进工作面瓦斯抽采达标能力核定掘进工作面瓦斯抽采达标能力 估算。 式中：A2掘进工
28、作面瓦斯抽采达标能力，t/d；系数，取1015%。A2=333415%=500 t/d4、煤矿瓦斯抽采达标能力核定煤矿瓦斯抽采达标能力 计算：A =（A1+A2）33010-4 式中：A煤矿瓦斯抽采达标能力，万t/a；330矿井年工作日。A=（3334+500）33010-4 =127万t/a（八）煤矿瓦斯抽采达标能力验证1、验证煤矿瓦斯抽采达标能力估算：Apc 式中：Apc估算的矿井瓦斯抽采达标能力，104 t/a；Q瓦斯抽采达标允许最大矿井绝对瓦斯涌出量，m3/min；（以月抽放率对应比例取值）q矿井相对瓦斯涌出量， m3/t；330矿井年工作日。Apc =330144010-419.1/3.08=295万 t/a表3 矿井瓦斯抽采率对应的达标允许最大矿井绝对瓦斯涌出量指标矿井瓦斯抽采率/%达标允许最大矿井绝对瓦斯涌出量Q/m3/min35Q20354020Q40404540Q80455080Q1605055160Q3005560300Q50060Q500因为验证煤矿瓦斯抽采达标能力为295万t/a，大于核定的煤矿瓦斯抽采达标能力127万t/a，所以应以核定瓦斯抽采达标的产量为矿井抽采达标能力的产量，最终的六道江井瓦斯抽采达标能力为127万t/a。