王家焉煤礦瓦斯抽放工程設計說明書

山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司

王家焉煤礦瓦斯抽放工程設計

說 明 書

中國礦業大學礦山開采與安全教育部重點實驗室

2010年5月

山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司

王家焉煤礦瓦斯抽放工程設計

說 明 書



　　　　　　　　　　　　　設計生產能力：300kt/a

　　　　　　　　　　　　　設計抽采純量：10m3/min

　　　　　　　　　　　　　工 程 編 號：C2010

　　　　　　　　　　　　　項目負責人：張仁貴

中國礦業大學礦山開采與安全教育部重點實驗室

2010年5月

資

質

證

書

參加設計人員名單

專 業 姓 名 技術職稱

地 質

采 礦

通 風

工 程 師

高級工程師

高級工程師

高級工程師

機 電 工 程 師

高級工程師

監測監控 工 程 師

建 築 高級工程師

工 程 師

工 程 師

經 濟 經 濟 師

附 圖 目 錄

序號 名 稱 圖 號

1 瓦斯抽放係統平麵示意圖 C2010－100－1

2 瓦斯抽采泵站建築圖 C2010－100－2

目 錄

前 言…………………………………………………………………………………………V

第一章 礦井基本情況 1

　　第一節 礦井概況 1

　　第二節 礦井開拓、開采係統 13

第二章 瓦斯湧出量預測計算 15

　　第一節 煤層瓦斯主要參數 15

　　第二節 礦井瓦斯湧出量預測 16

第三章 礦井瓦斯儲量及可抽量預測 25

　　第一節 瓦斯儲量計算範圍 25

　　第二節 瓦斯儲量及可抽量預測 25

第四章 礦井瓦斯抽采可行性論證 29

　　第一節 抽放瓦斯的必要性 29

　　第二節 抽放瓦斯的可行性 30

第五章 礦井抽放瓦斯方法的選擇 31

　　第一節 礦井瓦斯抽放方法的選擇 31

第二節 瓦斯抽采工藝 39

第六章 瓦斯抽放係統管路和設備布置及選型 47

　　第一節 抽放管路布置及選型計算 47

　　第二節 設備選擇 55

　　第三節 抽放管路敷設及附屬設備的安裝要求 59

　　第四節 瓦斯抽放站 60

第七章 瓦斯抽采參數檢測與監測 69

　　第一節 瓦斯抽采參數檢測 69

　　第二節 抽采泵站監測監控 76

第八章 瓦斯抽采係統安全防範措施 82

第一節 井下抽采係統安全防範措施 82

第二節 地麵係統安全措施 85

　　第三節 地麵建築安全措施 85

　　第四節 安全管理措施 89

　　第五節 事故防範措施 90

第九章 勞動定員及組織管理 95

第一節 勞動定員 95

第二節 組織管理 95

第十章 抽采瓦斯的綜合利用 105

第一節 礦井瓦斯利用的必要性與可能性 105

第二節 瓦斯利用的選擇 106

第十一章 投資概算 107

第十二章 措施及建議 110

第十三章 瓦斯抽采操作規程及崗位職責 111



前 言

　　　山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司井田，位於柳林縣城北（7.5km）賈家垣鄉王家焉村，行政區屬柳林縣賈家垣鄉管轄。其地理坐標為：東經110°51'18”—110°53’39”，北緯37°29’36”—37°30’17”。

　　　為加快培育大型煤礦企業和企業集團,提高煤炭產業集中度和產業水平，促進煤炭產業結構優化升級，由山西柳林王家焉煤礦有限公司、山西柳林董家溝煤業有限公司、山西劉家垣煤礦有限公司兼並重組為山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司， 2009年10月13日由山西省國土資源廳為其頒發《采礦許可證》，證號C1400002009111220045087，批準開采4～10號煤層，井田麵積為3.8718km2，礦井生產能力60萬t/a。王家焉煤礦隸屬於山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司，目前4號煤層已經基本采完，礦井擬開采5號和8號煤層，原《柳林王家焉煤礦有限公司礦井瓦斯抽放工程設計》主要是針對4號煤層設計，且原有設計不夠完善，礦井現有瓦斯抽放係統抽采能力能否滿足當前礦井抽采的需要也未得到論證。

　　　為了認真貫徹落實“先抽後采、以風定產、監測監控”的瓦斯綜合治理方針，真正體現“安全第一、預防為主、綜合治理”的原則，為確保礦井安全生產，解決今後的瓦斯災害，根據《煤礦安全規程》的要求及中華人民共和國國務院令第446號令的規定，山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司委托我單位編製《山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司王家焉煤礦瓦斯抽放工程設計》。我單位受托後，根據目前該礦井煤層賦存條件、儲量、瓦斯湧出、開拓、采區布局，編製了《山西柳林王家焉煤業有限公司王家焉煤礦瓦斯抽放工程設計》。

　　注：1、本抽放設計隻考慮王家焉煤礦，不包括董家溝及劉家垣煤礦。

　　 2、本設計的設計原則為在遵守相關法律、法規以及其他文件的基礎上，充分利用礦井現有瓦斯抽采係統。

　　　一、編製設計的依據：

　　　1、山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司設計委托書。

　　　2、山西地寶能源有限公司2009年10月編製的《山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司兼並重組整合礦井地質報告》。

　　　3、山西省煤炭規劃設計院2010年2月完成的《礦井初步設計方案》。

　　　4、山西國辰建設工程勘察設計有限公司09年3月完成的《礦井瓦斯抽放工程設計》（變更版）。

　　　5、中國礦業大學礦山開采與安全教育部重點實驗室2010年3月完成的《山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司4、5、8煤瓦斯湧出量預測研究報告》。

　　　6、山西省呂梁市煤炭工業局 [2008]540號“關於對山西柳林陳家灣趙家莊煤業有限公司等42對礦井2008年度瓦斯等級和二氧化碳湧出量鑒定結果的批複。”

　　　7、山西省煤炭工業局晉煤安發[2008]313號關於下發《瓦斯抽放工程設計編製提綱》的通知。

　　　8、《煤炭工業礦井設計規範》（GB50215-2005）。

　　　9、《煤礦安全規程》（2009版）。

　　　10、國家安全生產監督管理總局2006年2月發布的《礦井瓦斯湧出量預測方法》(AQ1018—2006)。

　　　11、國家安全生產監督管理總局2006年11月發布的《煤礦瓦斯抽放基本指標》(AQ1026-2006)、《煤礦瓦斯抽采工程設計規範》(GB50471-2008)、《煤礦瓦斯抽放規範》(AQ1027-2006)、《煤礦瓦斯等級鑒定規範》（AQ1025-2006）。

　　　12、國家和地方政府有關煤炭工業生產的法律、法規、技術政策等。

　　　13、山西省柳林淩誌王家焉煤業有限公司提供的其它有關資料及現場踏勘情況。

　　　二、設計簡況

　　　根據有關規定，針對本礦井實際情況，按照建立礦井地麵永久瓦斯抽采係統的設計要求，本設計采用回采工作麵順層鑽孔、鄰近層瓦斯抽放和采空區抽采等綜合抽采方法，抽采泵選用了SKA420型水環式真空泵2台（1台工作、1台備用），主管選擇了φ377×6mm鋼管，幹管和支管選用了φ219×3mm鋼管，選擇了礦井現有的KJ70型全自動瓦斯抽采監控係統來檢測瓦斯抽采數據，製定了較完善的安全技術措施，為礦井瓦斯抽采係統的建立提供了技術資料。

　　　三、設計的主要技術經濟指標

　　　　　1、設計礦井瓦斯抽采純量：10m3/min 。

　　　2、礦井瓦斯儲量、可抽采量

　　　礦井瓦斯儲量為53539.2萬m3，可抽采量為16447.24萬m3。

　　　3、礦井設計抽采率和服務年限

　　　礦井設計抽采率為40％，服務年限為43.97年。

　　　4、瓦斯抽采經濟指標

　　　經計算：該礦井瓦斯抽采建設工程投資概算為659.36萬元。

　　　　　　　　其中：瓦斯抽采鑽孔工程：240.28萬元

　　　　　　　　 瓦斯抽采土建工程：60.58萬元

　　　　　　　　　　 瓦斯抽采設備：27.71萬元

　　　　　　　　　　　　供配電設備及防雷裝置：25.35萬元

　　　　　　　　　　　　鑽孔及封孔機具：49.13萬元

　　　　　　　　　　　　抽采管路：256.29萬元

　　　四、存在的主要問題及建議

　　　1、本設計中煤層5號煤層、8號煤層瓦斯基礎參數缺乏，建議礦井盡快委托具有相應資質的單位對5號煤層、8號煤層的瓦斯吸附常數、孔隙率（F）、煤的破壞類型、瓦斯放散初速度(△P)、堅固性係數(f )、瓦斯壓力、煤層煤層透氣性係數等參數進行測定，以及時完善本設計。

　　　2、本設計中抽放半徑初步定為2.5m，礦井在生產過程中應根據現場實測數據進行適當調整。

　　　　第一章 礦井基本情況

　　　　第一節 礦井概況

一、礦山交通位置、礦界範圍

　　　山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司井田，位於柳林縣城北（7.5km）賈家垣鄉王家焉村，行政區屬柳林縣賈家垣鄉管轄。其地理坐標為：東經110°51'18”—110°53’39”，北緯37°29’36”—37°30’17”。

　　　為加快培育大型煤礦企業和企業集團,提高煤炭產業集中度和產業水平，促進煤炭產業結構優化升級，由山西柳林王家焉煤礦有限公司、山西柳林董家溝煤業有限公司、山西劉家垣煤礦有限公司兼並重組為山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司， 2009年10月13日由山西省國土資源廳為其頒發《采礦許可證》，證號C1400002009111220045087，批準開采4—10號煤層，井田麵積為3.8718km2，礦井生產能力60萬t/a。山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司井田範圍由下列15個坐標點依次連線圈定：（1980西安坐標係）

表1-2-1山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司拐點坐標一覽表

序號 80坐標係（6°帶） 54坐標係（6°帶）

X Y X Y

1 4152191.42 19487199.57 4152240 19487270

2 4152191.42 19488429.57 4152240 19488500

3 4152166.43 19488789.58 4152215 19488860

4 4152186.43 19489009.58 4152235 19489080

5 4152236.43 19489389.58 4152285 19489460

6 4152316.43 19489499.58 4152365 19489570

7 4152561.43 19490589.58 4152610 19490660

8 4152131.43 19490589.58 4152180 19490660

9 4152131.43 19490419.58 4152180 19490490

10 4151851.43 19490419.58 4151900 19490490

11 4150981.42 19490653.59 4151030 19490724

12 4150981.42 19487794.57 4151030 19487865

13 4151541.42 19487794.57 4151590 19487865

14 4151626.42 19487509.57 4151675 19487580

15 4151726.42 19487299.57 4151775 19487370

二、周邊礦井概況

　　　井田北鄰山西柳林宏盛聚德煤業有限公司，西、南均與山西柳林煤礦有限公司相鄰，見四鄰關係示意圖。

圖1-2-1山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司四鄰關係圖

　　　（1）山西柳林宏盛聚德煤業有限公司

　　　山西柳林宏盛聚德煤業有限公司由原山西柳林大東莊煤業有限公司、柳林縣寨則上煤業有限公司等9座煤礦兼並重組而成。重組後井田麵積16.4360km2，礦井生產能力150萬t/a，批準開采4、5、8、9號煤層，現開采4號煤層，開拓方式為斜井開拓，主斜井、副斜井進風，回風斜井回風。采煤方法為高檔普采，運輸方式為皮帶運輸，5號煤層礦井正常湧水量600m3/d，最大湧水量900m3/d。8、9號煤層正常礦井湧水量200 m3/d，最大湧水量300 m3/d。現未發現與本礦有越界開采現象。

　　　（2）山西柳林煤礦有限公司

　　　山西柳林煤礦有限公司為單保礦井，於1966年建井，於1971年建成投產，設計生產能力9萬t/a。1990年為擴大生產規模，委托太原市煤礦設計研究室進行了礦井改擴建初步設計，將礦井生產能力由原來的9萬t/a改擴建為21萬t/a，並在同年開始改造擴建，經過多年建設，各生產環節均得到較大改善，至1999年礦井生產能力達到21萬t/a。之後通過礦井技術改造，礦井生產能力經山西省煤炭工業局核定已達到60萬t/a（晉煤行發[2004]971號）。2007年5月21日由山西省國土資源廳換發1400000732373號采礦許可證（有效期至2012年5月），批準開采4、5號煤層，井田麵積8.9446Km2，現采4號煤層。2008年1月山西省煤炭工業局以晉煤行發（2008）54號文批準，批準改造後生產能力提高到120萬t/a。開拓方式為平硐開拓，采煤方法為長壁式全部跨落法炮采放頂。運輸方式為膠帶運輸機。礦井正常湧水量960m3/d左右，最大湧水量1440m3/d。通風方式為中央並列式通風，采用機械抽出式通風方法，瓦斯絕對湧出量為53.43m3/min，相對湧出量42.74m3/t，鑒定等級為高瓦斯礦井。現與本礦無越界開采現象。

　　　兼並後井田周邊現無生產小窯。

三、地質概況

　　　1、區域地質

　　　區域地層由老到新有：古生界寒武係，奧陶係，石炭係，二疊係，三疊係，新生界上第三係上新統、第四係中上更新統、全新統(見表1-2-1)。

　　　河東煤田屬鄂爾多斯盆地東部邊緣，按地質力學觀點，本煤田為祁呂賀山字型構造脊柱東側盾地與東翼內帶之間一沉積煤盆地，由於受各時期構造運動的影響，形態比較複雜，而東翼以北北東向的新華夏係構造為主。

　　　離柳礦區位於河東煤田中部，基本上是一向北西傾斜的單斜構造，東部發育大的寬緩褶曲，成為礦區控製性構造。褶曲自東而西有離石—中陽向斜、王家會背斜、三交—臨縣單斜，其間伴生有炭窯溝、朱家店、湍水頭等較大斷層。王家會背斜由於隆起部位遭受長期剝蝕，其上含煤地層不複存在，而背斜東部分離出離石煤盆地。離柳礦區以北和以南，構造應力較為強烈，發育了漢高山斷層帶和紫荊山斷層帶。而中部產生了離石鼻狀構造，本構造以離石—聚財塔一線為轉折線，形成了一個弧頂向西突出的弧狀褶曲。這個弧狀褶曲在三交、臨縣區表現明顯，在轉折線以北的三交區，地層走向由北東轉向北北東至南北向，而轉折線以南的柳林區，則由南北轉向北北西至北西。在鼻軸(轉折線)部位由於張力作用產生了一個東西向的張性斷裂帶，即聚財塔斷層和聚財塔南斷層組成的地塹構造，斷距130-255m。本區未發現岩漿岩侵入。

　　　區域上含煤地層主要為石炭係上統太原組和二疊係下統山西組。

　　　太原組（C3t）：本組為一套海陸交互相含煤沉積建造，底部為黃褐色厚層狀石英砂岩（K1）；下部為灰褐、深灰、灰色砂質泥岩、泥岩、炭質泥岩、薄層砂岩、石灰岩及8、9、10、11號煤層，其中8、9號煤層厚度較大，為全區穩定可采煤層，10號煤層局部可采煤層。上部岩性主要為灰岩、泥岩、砂質泥岩以及6、7號煤層，均為不可采煤層。

　　　山西組（P1s）：本組為主要含煤地層之一，為一套陸相含煤沉積地層，其含煤地層形成於海退過程中，聚煤作用發生於海退造成的三角洲平原環境中，該組中共發育了1、2、3、4上、4、5號六層煤，其中4、5號煤層為全區可采煤層，其餘為零星可采或不可采煤層。該組其它岩性為長石石英砂岩、泥岩、砂質泥岩、炭質泥岩等。

　　　2、 礦井地質

　　　該井田為黃土覆蓋，無基岩出露。根據鑽孔揭露情況，井田內沉積地層由老到新依次有奧陶係中統峰峰組（O2ｆ）、石炭係中統本溪組（C2b）、上統太原組（C3t）、二疊係下統山西組（P1s）、下石盒子組（P1x）、上石盒子組（P2S）、上第三係上新統（N2）、第四係中上更新統（Q2＋3）。現由老至新分述如下：

　　　(l)奧陶係中統峰峰組(02ｆ)

　　　為井田內煤係地層之基底，本次施工鑽孔沒有打至本組地層，根據三交詳查勘探區資料，本組岩性為灰—灰白色石灰岩，夾有薄層白雲質灰岩或泥灰岩，局部裂隙發育，多被方解石脈充填。據三交詳查勘探區資料，本組厚度為106m左右。

　　　2）石炭係（C）

　　　（1）中統本溪組(C2b)

　　　本次施工6個鑽孔均打至本組地層，但均未揭穿。岩性主要為灰、深灰色中細粒砂岩、砂質泥岩、泥岩、粘土岩、鋁質泥岩、鐵質泥岩及2層不穩定石灰岩組成。下部為深灰色鋁土泥岩，底部為鐵質泥岩，即“山西式鐵礦層”，呈雞窩狀分布。與下伏峰峰組平行不整合接觸。據三交詳查勘探區資料，厚度16～39m，平均29m。

　　　（2）上統太原組(C3t)

　　　連續沉積於下伏本溪組之上，為一套海陸交互相含煤岩係，為本區主要含煤地層之一。岩性為深灰-灰黑色砂質泥岩、泥岩，灰-淺灰色粗、中、細粒砂岩，深灰色石灰岩及3-6層煤層。所含8號煤層為全區穩定可采煤層，其餘為不穩定不可采煤層。所含L5、L4、K2石灰岩為井田穩定的標誌層。本組自K1石英砂岩底至Ｋ3砂岩底，根據本次施工6個鑽孔揭露，本組厚67.70～89.40m，平均81.64m。本組地層灰岩中含腕足、苔蘚蟲、介形蟲、瓣鰓、棘皮等動物化石。

　　　3）二疊係

　　　（1）下統山西組(P1S)

　　　自Ｋ3砂岩底至Ｋ4砂岩底，與下伏太原組整合接觸，厚度56.85～72.05ｍ，平均64.46m。屬陸相碎屑岩沉積，為本區主要含煤地層之一。底部為Ｋ3灰白色粗—細粒砂岩，厚1.65～2.85ｍ，平均2.09ｍ，成份以石英、長石為主。K3砂岩向上為泥岩、砂質泥岩、粉砂岩及粗、中、細粒砂岩與砂質泥岩、泥岩互層，頂部為深灰色砂質泥岩。含煤2-4層，其中4、5號煤層為穩定可采煤層，其餘煤層均為井田內不穩定不可采煤層。泥質岩中含豐富的植物化石碎片。

　　　（2）下統下石盒子組(P2X)

　　　本次施工的鑽孔，僅1001號孔本組賦存完整，71.45ｍ。頂部局部為紫色斑塊狀鋁土質泥岩，上部多為灰色，黃綠色砂質泥岩、粗砂岩、中部為灰色、灰綠色細砂岩、粉砂岩、夾淺灰色粘土岩，下部為白色粉砂岩、泥岩、細砂岩，具滑動麵，裂隙被方解石充填，底部為灰白，灰色含礫粗砂岩，底部為石英砂岩（k4），膠結堅硬，厚約1.35～5.40m，平均3.14m。

　　　（3）上統上石盒子組(P1S)

　　　井田內局部地區賦存本，殘留層段屬本組下部部分地層，最大殘留厚度96.50ｍ。岩性主要由黃綠色砂岩夾紫紅色、黃綠色 砂質泥岩和灰黑色砂質泥岩組成，砂岩長石含量較高，膠結疏鬆，分選性較差，常含石英礫石及泥質碎屑。底部以k6砂岩連續沉積於下石盒子之上，於下伏地層整合接觸，底部為石英砂岩（k6），為黃綠色，粗到細粒砂岩，含岩屑，分選磨圓度差，泥質膠結。

　　　4）上第三係上新統（N2）

　　　本組地層厚5.00～80.50ｍ，平均34.90ｍ。底部為洪積相，為半膠結狀砂礫層，礫石成分主要為石灰岩、石英岩；中、上部為洪積相、湖泊相，主要為一套韻律清楚的暗紅色、淺紫紅色砂質粘土、亞粘土及粘土。上部含2-3層鈣質結核，垂直節理發育；中部夾1-3層半膠結狀礫石層。與下伏地層呈角度不整合接觸。

　　　5）第四係中上更新統（Q2＋3）

　　　井田內普遍發育，岩性主要為亞粘土、亞砂土，夾有鈣質結核，淺黃色，石英顆粒成分較多，粘土質較少，也可稱微粒砂質亞粘土，垂直節理發育，受雨水衝刷，垂直節理發育。厚度0~75.00m，平均42.42m。

　　　3、含煤地層

　　　井田內含煤地層主要為石炭係上統太原組和二疊係下統山西組。現自下而上分別敘述如下：

　　　(一)、石炭係上統太原組（C3t）

　　　為海陸交互相沉積，以其底部K1砂岩與本溪組地層分界，與下伏地層呈整合接觸。本組由砂質泥岩、泥岩、砂岩、石灰岩及煤層組成，成煤環境穩定，沉積旋回明顯，厚67.70～89.40m，平均81.64m。按沉積環境特征，以8號煤層頂板及L5頂分為三段：

　　　1）下段（C3t1）

　　　自K1石英砂岩底至8號煤層頂界，厚度29.85～43.90ｍ，平均38.40ｍ。底部K1為灰白色細粒石英砂岩，中夾不穩定粗砂岩透鏡體，平均厚度4.12m，層麵含黑色有機質，含少量黃鐵礦結核，堅硬。向上為深灰色、灰黑色泥岩、砂質泥岩、中細粒砂岩及煤層。含穩定可采的8號煤層，不穩定不可采的10、11、12號煤層。底部以K1砂岩與下伏地層整合接觸。

　　　2）中段（C3t2）

　　　自8號煤層頂界至L5石灰岩頂，厚度25.05～40.75ｍ，平均為34.64ｍ，主要由K2、L4、L5石灰岩和中、細粒砂岩、泥岩及煤層組成。本組含煤2層，6、7號煤層均為不穩定不可采煤層，所含K2、L4、L5石灰岩平均厚度為7.21m、6.57m、5.77m。

　　　3）上段（C3t3）

　　　L5石灰岩頂至Ｋ3砂岩底，厚度1.00～12.80ｍ，平均為8.60ｍ。由深灰色、灰黑色泥岩、砂質泥岩、細—粗粒砂岩組成，泥質岩中含植物化石碎片。

　　　(二)、二疊係下統山西組（P1s）

　　　整合覆蓋於太原組地層之上，為三角洲平原環境下沉積的一套由碎屑岩和煤層組成的含煤地層。自Ｋ3砂岩底至Ｋ4砂岩底，厚度56.85～72.05ｍ，平均64.46m。其中下部為本組細碎屑岩富煤段，底部為Ｋ3灰白色粗—細粒砂岩，厚度1.65～2.85ｍ，平均2.09ｍ，成份以石英、長石為主，分選性、磨圓度較好，水平層理～緩波狀層理發育，鈣質膠結，層位厚度穩定，是劃分山西組與太原組地層的主要標誌層。K3砂岩向上為砂質泥岩、泥岩及粗、中、細、粉砂岩，含2、3、4、5號煤層，其中4、5號煤層為穩定可采煤層，其餘均為不穩定不可采煤層。泥質岩中含豐富的植物化石碎片。底部以K3砂岩與下伏地層整合接觸。

　　　4、構造

　　　受井田北部外聚財塔斷層（落差120-180m）的影響，井田地層總體是一向北西傾斜的單斜構造，在單斜構造的基礎發育寬緩的褶曲構造，地層北東—南西走向，產狀井田西北部較陡，中部較緩，傾角一般3°－13°。原王家焉井田範圍內發現3條斷層，均為正斷層，在原董家溝煤礦井田範圍內發現1條正斷層。斷層情況如下：

　　　1．F1正斷層：位於井田北部，北東東走向，傾向南東，傾角70°，井田內延伸0.88km，斷層落差20m。

　　　2．F2正斷層：位於井田北部，北東東走向，傾向南東，傾角70°，井田內延伸1.7km，斷層落差20～60m。

　　　3．F3正斷層：位於井田北部，北東東走向，傾向北西，傾角70°，井田內延伸1.7km，層落差20m。

　　　4．F4正斷層：位於原董家溝井田內，北東東走向，傾向南東，傾角4～15°，井田內延伸0.4km，斷層落差2.7～5.0m。

　　　本井田未發現陷落柱。

四、煤層、煤質情況

　　　1）含煤性

　　　井田內含煤地層主要為太原組和山西組。太原組含6、7、8、9、10號煤層共5層，其中8號煤層為全井田穩定可采煤層，6、7、9、10號煤層為不穩定不可采煤層，本組平均厚度81.64m，煤層平均總厚度5.24m，含煤係數為6.42%，可采煤層平均總厚2.85ｍ，含煤係數為3.49%。山西組含2、3、4、5號煤層，4、5號煤層為穩定可采煤層，2、3號煤層為不穩定不可采煤層。本組平均厚64.46m，煤層平均總厚度6.34m，含煤係數為9.84%，可采煤層平均總厚5.20ｍ，含煤係數為8.20%。

　　　2）可采煤層

　　　本井田穩定可采煤層為山西組4、5號煤層和太原組8號煤層，現分述如下：（詳見可采煤層特征表）

　　　1、4號煤層：位於山西組下部，下距5號煤層頂平均4.69m，煤層厚度1.90～3.55m，平均2.42m。含0-1層夾石，結構簡單。頂板為泥岩、砂質泥岩，底板為細砂岩、砂質泥岩，屬全區穩定可采煤層。

　　　2、5號煤層：位於山西組下部，下距8號煤層頂平均55.91m，煤層厚度1.50～3.80m，平均2.78m。含0-2層夾石，結構簡單，頂板為泥岩、砂質泥岩，底板為泥岩、粉砂岩、砂質泥岩，屬全區穩定可采煤層。

　　　3、8號煤層：位於太原組中部，煤層厚度2.25～3.45m，平均2.85m，屬全區穩定可采煤層，含0-1層夾矸，結構簡單，該煤層頂板為石灰岩，底板為泥岩、砂質泥岩。

　　　3） 煤 質

　　　根據井田內鑽孔煤芯煤樣肉眼觀測及化驗資料，對井田內主要可采煤層煤質特征綜合評述如下：

　　　(1)物理性質

　　　井田內各煤層物理性質相似，煤的顏色為黑、灰黑色，光澤多為玻璃光澤、瀝青光澤，結構主要以條帶狀結構的中條帶和細條帶狀結構，並見有線狀結構，，構造多為層狀，亦見少數的塊狀構造，斷口多呈階梯狀和貝殼狀，少數為眼球狀，條痕多為黑和黑褐色。



　　　　　　　表1-2-2 各煤層特征一覽表

煤層 厚度 煤層間距 夾石 煤層 穩定性 可采性 頂板 底板

編號 最小-最大 最小-最大 層數 結構 岩性 岩性

4 1.90~3.55 3.80~5.85 0-1 簡單 穩定 全區可采 泥岩 細砂岩

2.42 4.69 砂質泥岩 砂質泥岩

5 1.50~3.80 0-2 簡單 穩定 全區可采 泥岩 泥岩、粉砂岩

2.78 40.28~68.24 砂質泥岩 砂質泥岩

8 2.25~3.45 55.91 0-1 簡單 穩定 全區可采 石灰岩 砂質泥岩

2.85 泥岩

　　　(2)煤岩特征

　　　各層煤的宏觀煤岩組分以亮煤為主，次為暗煤、鏡煤，少量絲炭。宏觀煤岩類型主要為光亮型和半亮型，半暗型次之，少量暗淡型。煤層主要為條帶狀、線理狀結構，層狀構造，次為均一狀結構、塊狀構造。

　　　本井田未做各層煤的顯微煤岩組分的工作，本次參考區域資料，4、5、8號煤層顯微煤岩組分含量見表3-2

　　　(3)煤的化學性質、工藝性能

　　　（一）化學性質

　　　井田內可采煤層為4、5、8號煤層，現據鑽孔煤芯煤樣化驗結果，將4、5、8號煤層主要化學性質分述如下：

　　　1、4號煤層：

　　　水分(Mad) 原煤0.10％～0.46％， 平均0.24％；

　　　　　　　　　　　浮煤0.61％～0.83％， 平均0.72％；

　　　灰分(Ad) 原煤14.97％～36.94％， 平均22.44％；

　　　　　　　　　　　浮煤4.96％～7.36％， 平均6.14％；

　　　揮發分(Vdaf) 原煤25.38％～27.45％，平均26.15％；

　　　　　　　　　　　浮煤23.97％～24.05％，平均23.95％；

　　　全硫(St,d) 原煤0.53％～1.18％, 平均0.80％；

　　　　　　　　　　浮煤0.56％～0.95％， 平均0.72％；

　　　發熱量（Qgr,d）原煤20.70～30.12MJ/kg，平均27.09MJ/kg；

　　　　　　　　　　　浮煤33.37～34.58MJ/kg，平均34.09MJ/kg；

　　　膠質層指數: (X)23.0～28.0m ，平均26.0mm；

　　　　　　　　　　( Y)19.0～23.0mm ，平均21.0mm；

　　　粘結指數（GR.I）：84～92 ， 平均88。

　　　原煤元素分析：碳（Cdaf）85.04％；

　　　 氫（Hdaf）5.04％；

　　　 氮（Ndaf）1.13％；

　　　　　　　　　　　氧（Odaf）8.00％。

　　　據《煤炭質量分級》GB/T15224—2004標準煉焦用煤分級，該煤層為特低灰—低灰、低硫—中低硫、低熱值—高熱值焦煤。

　　　2、5號煤層：

　　　水分(Mad) 原煤0.12％～0.61％， 平均0.36％；

　　　　　　　　　　　浮煤0.46％～0.78％， 平均0.69％；

　　　灰分(Ad) 原煤15.87％～43.73％， 平均28.13％；

　　　　　　　　　　　浮煤6.40％～12.85％， 平均7.69％；

　　　揮發分(Vdaf) 原煤24.96％～29.20％，平均26.69％；

　　　　　　　　　　　浮煤23.23％～26.84％，平均24.54％；

　　　全硫(St,d) 原煤0.64％～3.10％, 平均1.27％；

　　　　　　　　　　浮煤0.56％～1.23％， 平均0.86％；

　　　發熱量（Qgr,d）原煤17.77～30.18MJ/kg，平均24.60MJ/kg；

　　　　　　　　　　　浮煤30.94～34.25MJ/kg，平均33.27MJ/kg；

　　　膠質層指數: (X)17.0～40.0mm ，平均27.5mm；

　　　　　　　　　　( Y)19.0～25.0mm ，平均21.3mm；

　　　粘結指數（GR.I）：82～94， 平均88。

　　　原煤元素分析：碳（Cdaf）84.21％；

　　　 氫（Hdaf）4.86％；

　　　 氮（Ndaf）1.09％；

　　　　　　　　氧（O daf）7.64％。

　　　煤灰成分：以二氧化矽（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）為主，分別為44.65%、37.50%。三氧化二鐵（Fe2O3）為7.24％，其他氧化鈣（CaO）、三氧化硫（SO3）、氧化鎂(MgO)、二氧化鈦（TiO2）、五氧化磷（P2O5）、氧化鉀（K2O）、氧化鈉（Na2O）、氧化錳（MnO2）等均在5％以下。

　　　據《煤炭質量分級》GB/T15224—2004標準煉焦用煤分級，該煤層為低灰—高灰、低硫—中高硫、低熱值—特高熱值焦煤。

　　　3、8煤層：

　　　水分(Mad) 原煤0.06％～0.42％， 平均0.25％；

　　　　　　　　　　　浮煤0.24％～0.68％， 平均0.47％；

　　　灰分(Ad) 原煤10.83％～36.00％， 平均20.17％；

　　　　　　　　　　　浮煤6.48％～10.14％， 平均7.94％；

　　　揮發分(Vdaf) 原煤20.93％～25.40％，平均23.06％；

　　　　　　　　　　　浮煤20.22％～22.33％，平均21.18％；

　　　全硫(St,d) 原煤2.28％～4.61％, 平均3.36％；

　　　　　　　　　　浮煤1.70％～2.52％， 平均2.07％；

　　　發熱量（Qgr,d）原煤21.35～31.81MJ/kg，平均27.52 MJ/kg；

　　　　　　　　　　　浮煤32.50～33.95MJ/kg，平均33.22MJ/kg；

　　　膠質層指數: (X)21～30mm ，平均25.2mm；

　　　　　　　　　　( Y)11～22mm ，平均17mm；

　　　粘結指數（GR.I）：72～87 ， 平均82

　　　原煤元素分析：碳（Cdaf）79.87％；

　　　 氫（Hdaf）4.64％；

　　　 氮（Ndaf）1.13％；

　　　　　　　　氧（O daf）7.58％。

　　　煤灰成分：以二氧化矽（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）為主，分別為50.70%、24.49%。三氧化二鐵（Fe2O3）為13.00％，其他氧化鈣（CaO）、三氧化硫（SO3）、氧化鎂(MgO)、二氧化鈦（TiO2）、五氧化磷（P2O5）、氧化鉀（K2O）、氧化鈉（Na2O）、氧化錳（MnO2）等均在5％以下。

　　　據《煤炭質量分級》GB/T15224—2004標準煉焦用煤分級，該煤層為低灰—中灰、高硫、低熱值—特高熱值焦煤。

五、瓦斯、煤塵爆炸危險性及煤層自燃

　　　根據柳林縣煤炭工業局文件柳煤字〔2008〕313號文，轉發“關於對山西柳林陳家灣趙家莊煤業有限公司等42對礦井2008年度瓦斯等級和二氧化碳湧出量鑒定結果度批複”的通知，山西王家焉煤礦有限公司4號煤層瓦斯相對湧出量為51.01m3/t，絕對湧出量11.69m3/min；二氧化碳相對湧出量4.23m3/t，絕對湧出量0.97m3/min，鑒定為高瓦斯礦井。

　　　山西柳林董家溝煤業有限公司5號煤層瓦斯相對湧出量為1.47m3/t，絕對湧出量0.53m3/min；二氧化碳相對湧出量4.77m3/t，絕對湧出量1.24m3/min，鑒定為低瓦斯礦井。

　　　山西劉家垣煤礦有限公司4號煤層瓦斯相對湧出量為0.823m3/t，絕對湧出量0.204m3/min；二氧化碳相對湧出量4.586m3/t，絕對湧出量1.137m3/min，鑒定為低瓦斯礦井。

　　　綜上所述，4號煤層為高瓦斯礦井，根據中國礦業大學《山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司4、5、8煤瓦斯湧出量預測研究報告》，4號煤層開采標高在+540m～+760m時為高瓦斯湧出區域，5號煤層開采標高在+540m～+760m時為高瓦斯湧出區域，8號煤層開采標高在+540m～+744m時為高瓦斯湧出區域。因此，本設計將5、8號煤層也按高瓦斯礦井對待。

　　　瓦斯變化規律與諸多因素有關，如煤的變質程度、埋藏深度、圍岩類型、構造、水文地質條件及開采方法等。一般來講，煤的變質程度越高，埋藏深度越大，圍岩孔隙、裂隙增多以及向斜軸部、斷層附近等均會集存大量瓦斯。山西王家焉煤礦有限公司5號煤層開采標高在+540m～+760m時為高瓦斯湧出區域，8號煤層開采標高在+540m～+744m時為高瓦斯湧出區域。在今後的開采過程中更應認真執行煤礦生產安全規程的有關規定。

　　　井田內3、4、5、7、8號煤層均有煤塵爆炸性。因此，在今後掘進及開采生產過程中應加強灑水防塵工作，以杜絕煤塵爆炸事故的發生。井田內3、5、8號煤層均屬自燃煤層，7號煤層屬容易自燃煤層，4號煤層屬不易自燃煤層。



　　　　第二節 礦井開拓、開采係統

　　　山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司屬於兼並重組礦井，由山西柳林王家焉煤礦有限公司、山西柳林董家溝煤業有限公司及山西劉家垣煤礦有限公司組成，目前兼並重組後尚未生產，所以礦井生產概況按照兼並重組之前進行簡單介紹

　　　（1）山西柳林王家焉煤礦有限公司

　　　山西柳林王家焉煤礦有限公司始建於1990年，2001年投產，設計生產能力9萬t/a，核定生產能力9萬t/a。批準開采4、5號煤層。礦井開拓方式為斜井開拓，井口位於井田東部。主井擔負提煤任務，兼作進風井，副井擔負進風任務，兼作下料、供人員上下，專用回風井擔任全礦井回風。采煤方法為走向長壁式炮采落煤，刮板機運輸，一次采全高，全垮落法管理頂板，大巷支護方式為料石砌镟，工作麵支護方式為單體液壓支柱配金屬鉸接頂梁支柱支護。通風係統：中央抽出式。礦井正常湧水量125m3/d，最大湧水量150m3/d，2008年井下瓦斯相對湧出量為51.01m3/t,屬高瓦斯礦井。

　　　（2）山西柳林董家溝煤業有限公司

　　　山西柳林董家溝煤業有限公司始建於1972年，1973年投產，設計生產能力30萬t/a，實際能力核實為15萬t/a。批準開采4、5號煤層。礦井開拓方式為混合開拓，主井擔負著提升、送風、下料等任務；副井回風，兼並前4號煤層已采空，開采5號煤層，大巷皮帶運輸，工作麵為刮板機輸送，采煤方法為長壁式、炮采落煤，全部跨落法管理頂板，罐籠提升，機械抽出式通風，金屬摩擦支柱鉸接頂梁支護。防爆礦燈照明。礦井正常湧水量150m3/d，最大湧水量200m3/d，2008年井下瓦斯相對湧出量為0.53m3/t,屬低瓦斯礦井。

　　　（3）山西劉家垣煤礦有限公司

　　　該礦為鄉辦煤礦，批準開采4、5、8號煤層，設計生產能力15萬t/a。現開采4號煤層。采用混合開拓，采煤方法為長壁式炮采，大巷采用皮帶運輸，工作麵采用刮板機運輸，單體液壓支柱配金屬鉸接頂梁支柱支護，機械抽出式通風。瓦斯相對湧出量為1.88m3/t，屬低瓦斯礦井。井下正常湧水量為45m3/d，最大湧水量75m3/d。

　　　井田內現無生產小窯。

　　　　第二章 瓦斯湧出量預測計算

　　　　 第一節 煤層瓦斯主要參數

　　　王家焉煤礦隻對煤層進行了工業分析及煤層瓦斯含量測定工作，沒有對煤層的瓦斯吸附常數、孔隙率（F）、煤的破壞類型、瓦斯放散初速度(△P)、堅固性係數(f )、瓦斯壓力、煤層煤層透氣性係數等參數測定，礦井在以後生產過程中要進行實測。

　　　一、煤的工業分析

　　　根據中國礦業大學礦山開采與安全教育部重點實驗室2010年3月完成的《山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司4、5、8煤瓦斯湧出量預測研究報告》， 4號、5號及8號煤層的工業分析結果如表2-1-1所示：

表2-1-1　 山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司工業分析結果

煤樣編號 分析基水分Mad(%) 分析基灰分Aad(%) 分析基揮發分Vad(%) 分析基固定碳FCad(%)

4號煤 0.69 19.39 20.98 58.94

5號煤 1.02 16.35 21.06 61.57

8號煤 1.34 18.75 23.86 56.05

　　　二、煤層瓦斯含量

　　　根據2008年度瓦斯等級和二氧化碳湧出量鑒定結果，王家焉煤礦有限公司4號煤層瓦斯相對湧出量為51.01m3/t，絕對湧出量11.69m3/min；二氧化碳相對湧出量4.23m3/t，絕對湧出量0.97m3/min，鑒定為高瓦斯礦井。

　　　根據中國礦業大學《山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司4、5、8煤瓦斯湧出量預測研究報告》，Ⅰ號區域（即原王家焉煤礦區域）4號煤層開采標高在+540m～+760m時為高瓦斯湧出區域，5號煤層開采標高在+540m～+760m時為高瓦斯湧出區域，8號煤層開采標高在+540m～+744m時為高瓦斯湧出區域。4號煤層瓦斯含量大於8m3/t區域出現在標高+630m區域，根據瓦斯地質圖，四號煤層現采麵煤層瓦斯含量最高為10.0m3/t，由於在繪製瓦斯地質圖時有一定偏差，所得數據不能直接引用，再比對2008年的瓦斯等級鑒定結果，所以預測的煤層瓦斯含量應乘以修正係數，按規定設計采用1.2的修正係數。5、8號煤瓦斯含量由於沒有測定條件，可參照4號煤層。修正後的瓦斯詳見下表2-1-2。



　　　　　　　　表2-1-2 修正後煤層瓦斯含量

瓦 斯 含 量CH4（ m3/t )

4號 5號 8號

12.0 12.0 12.0

高瓦斯礦井 建議作高瓦斯礦井對待 建議作高瓦斯礦井對待

　　　　第二節 礦井瓦斯湧出量預測

一、 預測方法確定

目前，我國礦井湧出量預測方法主要有兩種：分源預測法和礦山統計預測法。其中分源預測法是目前廣為采用的一種具有世界先進水平的預測方法，預測準確率達到85%以上。礦山統計預測法是一種傳統的預測方法，它根據瓦斯湧出統計規律來推算預測地區的瓦斯湧出量，在具有非常相似的地質條件、開采方法時才可以應用，否則，預測率難以保證。

　　　分源預測法是根據回采工作麵瓦斯湧出來源及各源湧出規律並結合煤層開采技術條件、煤層瓦斯賦存參數來計算回采工作麵瓦斯湧出量，適應於各種采煤方法的回采工作麵瓦斯湧出量預測；隻要選取的預測參數合理，可以取得很高的預測準確率。

　　　煤層瓦斯含量和礦井瓦斯湧出的源彙關係如圖2-2-1所示。

圖2-2-1 礦井瓦斯湧出源彙關係示意圖

　　　本設計采用分源預測法對工作麵進行瓦斯湧出量預測。

二、 瓦斯湧出量預測

　　　1、采煤工作麵瓦斯湧出量預測

　　　采煤工作麵瓦斯湧出包括開采層（包括圍岩）瓦斯湧出和臨近層瓦斯湧出

　　　（1）開采層（包括圍岩）瓦斯湧出量按下式計算：

　　　式中 q開－采場的相對瓦斯湧出量，；

　　　　　　　K1－圍岩瓦斯湧出係數，取K1=1.2；

　　　　　　　K2－考慮工作麵采煤損失煤炭的瓦斯湧出係數，取K2=1.10；

　　　　　　　K3－掘進預排係數，K3=(L-2h)/L；

　　　　　　　L－工作麵長度，m；

　　　　　　　h－掘進預排寬度，m；

　　　　　　　M－煤層厚度，m；

　　　　　　　m0－煤層開采厚度，m；

　　　　　　　W0－煤層瓦斯含量，；

　　　　　　Wc－煤的殘存瓦斯含量，。

　　　　煤的殘存瓦斯含量Wc。高變質煤瓦斯含量>10m3/t.r和低變質煤的Wc值可按表2-2-1選取；瓦斯含量<10m3/t.r的高變質煤的Wc值可按下選取。

　　　式中：Wc——煤層殘存瓦斯含量，m3/t.r；　　 W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t.r。

　　　　　　　表2-2-1 煤殘餘瓦斯含量的選取

揮發份（Vr）% 6~8 8~12 12~18 18~26 26~35 35~42 42~56

Wc[] 9~6 6~4 4~3 3~2 2 2 2

注：煤的殘餘瓦斯含量亦可近似地按照煤在0.1MPa壓力條件下的瓦斯吸附量取值

　　　根據中國礦業大學《山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司4、5、8煤瓦斯湧出量預測研究報告》，Ⅰ號區域4煤層殘餘含量為2.32。其中煤的分析基揮發份在18%~26%之間，按照表2-2-1取值應在2~3之間，兩者相符，從另一方麵說明殘餘含量測定的準確性。本次預測計算殘餘瓦斯含量采用2.32。Ⅰ號區域5、8煤層沒有測定煤層瓦斯含量，原始瓦斯含量取值按照4煤層選取，殘餘含量按照表2-2-1選取，5、8煤層分析基揮發份在18%~26%之間殘餘含量均取2.50。開采層瓦斯湧出量各參數取值及計算結果如表2-2-2所示。

　　　　　　　表2-2-2 開采層瓦斯湧出量計算參數表

開采

煤層 區域 K1 K2 K3 M/m0 W0 Wc （m3/t）

Ⅰ號區域5煤層 +540m區域 1.2 1.1 0.71 0.95 10.031 2.50 6.71

+760m區域 1.2 1.1 0.71 0.95 5.433 2.50 2.61

Ⅰ號區域8煤層 +540m區域 1.2 1.1 0.71 0.95 10.031 2.50 6.71

+760m區域 1.2 1.1 0.71 0.95 5.433 2.50 2.61

　　　由表2-2-2知，Ⅰ號區域5號開采煤層瓦斯湧出量最大為6.71 m3/t，Ⅰ號區域8號開采煤層瓦斯湧出量最大為6.71 m3/t，

　　（2）鄰近層相對瓦斯湧出量



　　　　Q鄰——鄰近層相對瓦斯湧出量，m3/t；

　　　　——第i個鄰近層煤層厚度，m；

　　　　——工作麵采高，m；

　　　　——第i個鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3/t，

　　　　——第i個鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3/t，

　　　　 ——第i個鄰近層泄壓排放率，%，按下式計算：

　　　　上鄰近層：K上＝ 257.01 - 53.48 LnH ；

　　　下鄰近層：K下＝ 157.62 - 40.19 LnH ；

　　　根據中國礦業大學《山西柳林淩誌王家焉煤業有限公司4、5、8煤瓦斯湧出量預測研究報告》，得到Ⅰ號區域開采5、8煤的鄰近層瓦斯湧出量，如表2-2-3所示：

　　　　　　表2-2-3 臨近層瓦斯湧出量計算結果

開采煤層 區域 臨近層1湧出量（m3/t） 臨近層1湧出量

（m3/t） 臨近層總湧出量

（m3/t）

Ⅰ號區域

5煤層 +540m區域 6.07 1.67 7.74

+760m區域 2.36 0.65 3.01

Ⅰ號區域

8煤層 +540m區域 1.63 2.17 3.80

+760m區域 0.63 0.84 1.47

　　　取最大瓦斯湧出量，代入實測數據：q開=7.74+3.80=11.54 m3/t

　　　由表2-2-3知，Ⅰ號區域5號煤層鄰近層瓦斯湧出量最大為7.74 m3/t，Ⅰ號區域8號煤層鄰近層瓦斯湧出量最大為3.80 m3/t，

　　　采煤工作麵瓦斯湧出量為

＝+

　　　——采煤工作麵瓦斯湧出量，m3/t；

　　　其餘符號同前。

　　　代入數據：5號煤層采煤工作麵最大瓦斯湧出量為＝6.71+7.74=14.45m3/t

　　　　　　　　　8號煤層采煤工作麵最大瓦斯湧出量為＝6.71+3.80=10.51m3/t

　　（3）回采工作麵相對瓦斯湧出量預測



　　　　—回采工作麵瓦斯湧出量預測值，m3/t；

　　　—回采工作麵相對瓦斯湧出量預測值，m3/min；

　　　—回采工作麵設計日平均產量，t/d；

　　　目前，王家焉煤礦的生產能力為30萬噸/年，日平均產量約為910噸/天，因此計算結果如下：

=+

=+

=4.24+4.89

=9.13 m3/min

　　　　=+

=+

=4.24+3.80

=6.64 m3/min

　　　　　表2-2-4 工作麵瓦斯湧出量總和預測結果

預測

方法 煤層

編號 日產量（t） 瓦斯湧出量預測值

開采層 鄰近層 合計

m3/t m3/min m3/t m3/min m3/t m3/min

分源法 5 910 6.71 4.24 7.74 4.89 14.45 9.13

8 910 6.71 4.24 3.80 2.40 10.51 6.64

　注：一年按330天取。

　　　2、 掘進工作麵瓦斯湧出量

　　　掘進工作麵的瓦斯由巷道煤壁和掘進落煤兩部分組成，即：

　　　式中 Q―掘進工作麵瓦斯湧出量，m3 /min；

　　　　　　q3―掘進巷道煤壁瓦斯湧出量，m3/min；

　　　　　　q4―掘進落煤瓦斯湧出量，m3/min。

　　　(1)掘進巷道煤壁瓦斯湧出量

　　　式中　q3－掘進巷道煤壁瓦斯湧出量，m3/min；

　　　　　　n－煤壁暴露麵個數，單孔送道時，n=2；

　　　　　　m0－煤層厚度，m；

　　　　　　v－巷道平均掘進速度，m/min；

　　　　　　L－巷道長度，m；

　　　　　　q0－煤壁瓦斯湧出初速度，m3/m2.min。按下式計算：

　　　式中 Vdaf－煤中揮發份含量，%；

　　　　　　　X0－煤層原始瓦斯含量，m3/t。

　　　(2)掘進落煤的瓦斯湧出量

　　　式中 q4－巷道落煤瓦斯湧出量，m3/min；

　　　　　　S－掘進巷道斷麵積，m2；

　　　　　　v－巷道平均掘進速度，m/min；

　　　　　　－煤的密度，t/m3, =1.45 t/m3；

　　　　　　X0－煤層原始瓦斯含量，m3/t；

　　　　　　X1－煤層殘存瓦斯含量，m3/t。

　　　(3)預測條件

　　　Ⅰ號區域5號煤層，煤層平均厚度按2.78m計算考慮；煤巷掘進工作麵斷麵均設為7.0 m2，巷道長度均設為800m，掘進速度均設為10m/d；礦井年工作日為330天。

　　　Ⅰ號區域8號煤層，煤層平均厚度按2.80m計算考慮；煤巷掘進工作麵斷麵均設為7.0 m2，巷道長度均設為800m，掘進速度均設為10m/d；礦井年工作日為330天。

　　　原始煤層瓦斯含量按照理論推算值進行考慮，殘餘含量按照實測值進行考慮，掘進工作麵瓦斯湧出量預測結果見表2-2-5。



















掘進

煤層 區域 煤層厚度(m) 煤層瓦斯含量 (m3/t) 殘存瓦斯含量 (m3/t) 巷道長度(m) 掘進速度(m/d) 絕對瓦斯湧出

(m3/min) 相對瓦斯湧出量(m3/t)

　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 煤壁 落煤 合計

Ⅰ號區域

5煤層 +540m區域 2.78 10.031 2.50 800 10 2.30 0.53 2.83 2.24

+760m區域 2.78 5.433 2.50 800 10 1.25 0.21 1.46 1.16

Ⅰ號區域

8煤層 +540m區域 2.80 10.031 2.50 800 10 2.67 2.67 5.34 4.23

+760m區域 2.80 5.433 2.50 800 10 1.44 1.44 2.88 2.28

表2-2-5 掘進工作麵瓦斯湧出量預測結果

　　　　Ⅰ號區域5號煤層掘進工作麵絕對瓦斯湧出量最大為2.83 m3/min，相對瓦斯湧出量最大為2.24 m3/t。

　　　　Ⅰ號區域8號煤層掘進工作麵絕對瓦斯湧出量最大為5.34 m3/min，相對瓦斯湧出量最大為4.23 m3/t。

　　　3、采空區瓦斯湧出量

　　　由於采空區瓦斯湧出十分複雜，直接預測其瓦斯湧出量大小一般無法做到，因此，隻能在工作麵回采期間采用間接法求得。

　　　若按老頂垮落前後風排瓦斯量的變化來估算采空區瓦斯湧出量及其占工作麵總瓦斯湧出量的比例，其計算公式為：

　　　式中　Q3－采空區瓦斯湧出量，m3/min；

　　　　　　Q1－老頂垮落前回風巷風排瓦斯量，m3/min；

　　　　　　Q2－老頂垮落後受采空區瓦斯影響的回風巷風排瓦斯量（含引排瓦斯），m3/min；

　　　　　　Q4－采空區瓦斯抽放量，m3/min；

　　　　　　R－采空區瓦斯湧出量占工作麵瓦斯湧出量的比例，%。

　　　現場實踐表明，采空區瓦斯湧出大小一般占采場總瓦斯湧出量的40%～60%。本預測選取40%，則采空區瓦斯湧出量可參照方程計算，可得采空區瓦斯湧出瓦斯量如表2-2-6所示：

　　　　　表2-2-6 采空區瓦斯湧出量計算結果

開采煤層 區域 開采層湧出量（m3/t） 臨近層湧出量（m3/t） 開采層與臨近層總湧出量（m3/t） 采空區瓦斯湧出量（m3/t）

Ⅰ號區域

5煤層 +540m區域 6.71 7.74 14.45 9.63

+760m區域 2.61 3.01 5.62 3.75

Ⅰ號區域

8煤層 +540m區域 6.71 3.80 10.51 7.01

+760m區域 2.61 1.47 4.08 2.72

　　　　Ⅰ號區域5號煤層采空區最大瓦斯湧出量為9.63 m3/t。Ⅰ號區域8號煤層采空區最大瓦斯湧出量為7.01 m3/t。

　　　4、礦井瓦斯湧出量

　　　根據上述計算結果Ⅰ號區域5、8煤層及Ⅰ號區域的5、8煤層的開采層相對瓦斯湧出量、臨近層相對瓦斯湧出量、采空區相對瓦斯湧出量及掘進工作麵的相對瓦斯湧出量，可得對應區域的總的相對瓦斯湧出量。按年產原煤30萬t計算，每年330個工作日，日產原煤910t，進行換算可得對應區域的絕對瓦斯湧出量。計算結果如表2-2-7所示：

　　　　　表2-2-7 瓦斯湧出量計算結果

開采煤層 區域 相對湧出量（m3/t） 絕對瓦斯湧出量（m3/min）

開采層 臨近層 采空區 掘進工作麵 合計

Ⅰ號區域

5煤層 +540m區域 6.71 7.74 9.63 2.24 26.32 36.56

+760m區域 2.61 3.01 3.75 1.16 10.53 14.63

Ⅰ號區域

8煤層 +540m區域 6.71 3.80 7.01 4.23 21.75 30.21

+760m區域 2.61 1.47 2.72 2.28 9.08 12.61

　　　　Ⅰ號區域5號煤層礦井瓦斯相對瓦斯湧出量為26.32 m3/t，礦井瓦斯絕對湧出量最大為36.56 m3/min。

　　　　Ⅰ號區域8號煤層礦井瓦斯相對瓦斯湧出量為21.75 m3/t，礦井瓦斯絕對湧出量最大為30.21 m3/min。

　　　5、礦井瓦斯湧出量預測結果及分析

　　　根據前述預測方法及確定的預測參數對首采工作麵進行了瓦斯湧出量預測。值得指出的是，由於這個工作麵的煤層較穩定，為一次采全高進行回采開采，煤層瓦斯含量在開采過程中變化較小。工作麵瓦斯湧出量在沒有瓦斯異常湧出的情況下，瓦斯湧出量沒有明顯的差異。

　　　礦井瓦斯湧出量預測是為滿足礦井達到設計時期的通風要求。因此，預測時應根據配產關係預測采區處於煤層瓦斯含量較高的地區；回采工作麵處於采區內瓦斯含量最大的位置，以求得通風係統設計能滿足礦井達產時最大礦井瓦斯湧出量的要求。

　　　預測礦井瓦斯湧出來源如下：

　　　5號煤層：投產初期回采工作麵瓦斯湧出占54.90%，掘進瓦斯湧出占8.50%，采空區瓦斯湧出占36.60 %。

　　　8號煤層：投產初期回采工作麵瓦斯湧出占48.32%，掘進瓦斯湧出占19.44%，采空區瓦斯湧出占32.24%。





　　　　第三章 礦井瓦斯儲量及可抽量預測

第一節 瓦斯儲量計算範圍

　　　一、設計依據

　　　根據《煤礦瓦斯抽放規範》礦井瓦斯儲量係指煤田開發過程中，能夠向開采空間排放瓦斯的煤岩層賦存的瓦斯總量。礦井瓦斯儲量計算範圍包括可采煤層的瓦斯儲量總和、可采煤層采動影響範圍內的不可采鄰近煤層的瓦斯儲量總和、圍岩瓦斯儲量三部分。

　　　二、煤層賦存情況

　　　根據地質報告，井田內含煤地層主要為太原組和山西組。太原組含6、7、8、9、10號煤層共5層，其中8號煤層為全井田穩定可采煤層，6、7、9、10號煤層為不穩定不可采煤層，本組平均厚度81.64m，煤層平均總厚度5.24m，含煤係數為6.42%，可采煤層平均總厚2.85ｍ，含煤係數為3.49%。山西組含2、3、4、5號煤層，4、5號煤層為穩定可采煤層，2、3號煤層為不穩定不可采煤層。本組平均厚64.46m，煤層平均總厚度6.34m，含煤係數為9.84%，可采煤層平均總厚5.20 m，含煤係數為8.20%。

第二節 瓦斯儲量及可抽量預測

　　　一、瓦斯儲量計算

　　　礦井瓦斯儲量是指在煤層開采過程中，能夠向開采空間排放瓦斯的煤、岩層所賦存的瓦斯總量。瓦斯儲量的大小標誌著瓦斯資源多寡，同時亦是衡量有無開發利用價值的重要指標。

　　　瓦斯儲量計算公式為：

　　　W =W1+W2+W3

　　　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；



　　　　　　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—開采煤層采動影響範圍內不可采鄰近層的瓦斯儲量總和，萬m3；



　　　　　　A2i—開采層采動影響範圍內的每一個不可采鄰近煤層的煤炭儲量，萬t；

　　　　　　X2i—開采層采動影響範圍內的每一個不可采鄰近煤層的瓦斯含量，m3/t；

　　　　　　W3－圍岩瓦斯儲量，萬m3。

　　　　　　W3=K(W1+ W2)

K—圍岩瓦斯儲量係數，可取0.05～0.20；當圍岩瓦斯很小時，可取0；若瓦斯含量較多時，可按經驗取值或實測確定。

　　　計算礦井瓦斯儲量時，按以下原則考慮：

　　　1、鄰近層的瓦斯含量視為與其鄰近的開采層相同，各煤層的瓦斯含量均取其直接法測定結果的平均值；

　　　2、根據中國礦業大學對本礦井各采煤層瓦斯含量預測圖分析，Ⅰ號區域（即原王家焉煤礦區域）4號煤層開采標高在+540m～+760m時為高瓦斯湧出區域，5號煤層開采標高在+540m～+760m時為高瓦斯湧出區域，8號煤層開采標高在+540m～+744m時為高瓦斯湧出區域。4號煤層瓦斯含量大於8m3/t區域出現在標高+630m區域，根據瓦斯地質圖，四號煤層現采麵煤層瓦斯含量最高為10.0m3/t，由於在繪製瓦斯地質圖時有一定偏差，所得數據不能直接引用，所以預測的煤層瓦斯含量應乘以修正係數，按規定設計采用1.2的修正係數。5、8號煤瓦斯含量由於沒有測定條件，可參照4號煤層。修正後的瓦斯詳見下表2-2-1。

　　表2-2-1 各可采煤層地質儲量及可采煤層平均瓦斯含量取值

煤層編號 地質儲量（萬t） 平均瓦斯含量（m3/t） 瓦斯儲量（萬m3）

5 1142 12.0 13704

8 1496 12.0 17952

合計 31656

　　　2、由於地質報告沒有提供各不可采煤層的地質儲量，但根據對地質報告分析結果可知，各不可采煤層較對稱地分布與可采煤層組的兩側和中間，根據瓦斯賦存規律，煤層瓦斯含量隨埋藏深度會逐步增大，因此不可采煤層瓦斯含量平均值可由可采煤層瓦斯含量平均值來估計。不可采煤層儲量可由其平均厚度總和與可采煤層厚度的比值進行估算。

　　　不可采煤層厚度總計為5.24－2.85+6.34－5.20=3.53（m）

　　　因此，推斷不可采煤層煤炭地質儲量為：

　　　3.53÷（2.85+5.20）×（1142+1494+599）=1418萬t

　　　不可采煤層平均瓦斯含量取可采煤層瓦斯含量的加權平均值，經計算為12.0m3/t。

　　　則W2=1418×12.0=17016萬 m3

　　　3、圍岩瓦斯因無實測值，故根據鄰近礦井經驗暫取煤層瓦斯儲量的0.1。

　　　則W3=0.1×（31656+ 17016)=4867.2萬 m3

　　　因此，礦井瓦斯儲量計算公式可以如下公式計算：

　　　Wk＝W1+ W2+ W3

　　　式中：Wk——礦井瓦斯儲量，萬m3；

　　　　　　K——圍岩瓦斯儲量係數，