菏泽腾达煤矿瓦斯抽采初步设计前四章内容草稿文档格式.docx
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杜学渊
所长
韩邦华
工程师
王武琼
副所长
史永圣
南敏
马建斌
葸林
副总工程师
范旭红
吴惠娥
任永远
总图
殷永涛
王庚
编 制 人 员
专 业
姓 名
职务
采 矿
张剑军
助理工程师
电 气
潘峻
水 暖
柳晨光
经 济
艾立
土 建
王利萍
总 图
门飞
附录1.昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司煤矿矿井瓦斯抽采初步设计概算书;
2.瓦斯抽采场地总平面布置图(WZ1836C-447-01)。
前言
一、项目背景
(一)项目名称
项目名称:
新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司煤矿矿井瓦斯抽采初步设计。
(二)矿井概况
新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司煤矿位于新疆昌吉市硫磺沟镇以西约37km的中低山区,行政区划属新疆昌吉市管辖。
井田内原有矿井2个,分别为昌吉市新电煤炭有限责任公司煤矿,规模为20kt/a(已闭坑);
铜川矿务局焦坪多种经营公司昌吉市煤矿,规模为30kt/a(已闭坑)。
现生产矿井为新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司煤矿(以下简称菏泽腾达煤矿),规模为90kt/a。
现有采矿证范围内资源开采下限为+1100m水平。
矿井目前开采水平标高为+1230m水平,矿井最后一个采煤工作面(B7煤层12302采煤工作面)因采煤方法机械化改造已停止生产。
井田内共含煤8层,自上而下编号依次为B1、B2、B3、B4、B5、B6,B7、B8,其中B1~B6煤层为不可采煤层,可采煤层为B7、B8共2个煤层。
煤层倾角20°
~25°
,平均23°
,属倾斜煤层。
井田内B7、B8煤层属于低变质程度煤种,煤层煤质属于特低灰分、特低硫、低磷、高发热量不粘煤,牌号为21-31BN。
可作为动力用煤和民用煤。
矿井原有系统生产规模小,效率低,安全生产条件和经济效益差。
受新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司的委托,我公司先后编制了《新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司煤矿采煤方法改造专项设计》和《新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司煤矿提升运输、通风、供电和供水压风系统改造专项设计》、《新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司煤矿改建项目安全设施设计》等设计报告。
根据安全改造专项设计,矿井安全设施改建完成后,生产能力将提高至1.2Mt/a。
根据《新疆昌吉市硫磺沟矿区总体规划》(正在修编),菏泽腾达煤矿属于硫磺沟矿区九号矿井,总规划定的矿井范围远远大于现有矿井范围。
总规中现有矿井周边的资源(如北部)将作为九号矿井划入本矿井范围内。
根据设计,原菏泽腾达煤矿混合提升立井改造为立风井,在混合提升立井以东的河谷内新掘主平硐—主暗斜井、副平硐—副暗斜井。
井田设计划分为一个水平,双翼开采。
一水平标高定为+1200m,矿井开采上限为+1355m水平,阶段垂高155m。
矿井设计采用走向长壁采煤法,综采放顶煤采煤工艺,全部垮落法管理顶板。
矿井设计以1个综采工作面,2个综掘工作面,保证矿井生产的正常接续。
当采煤工作面布置在B7煤层时,掘进工作面布置在B8煤层。
矿井通风系统为中央并列机械抽出式。
矿井设计总风量为60m3/s,其中采煤工作面分配风量22m3/min,掘进工作面分配风量10m3/min。
(三)任务来源
根据《新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司煤矿改建项目安全设施设计》,菏泽腾达煤矿安全设施改建完成后,矿井为高瓦斯矿井,需要建立地面永久瓦斯抽采系统。
(四)设计编制依据
1.新疆煤田地质局综合地质勘查队2004年5月编制的《新疆昌吉市硫磺沟二道水煤矿生产地质报告》。
2.中矿资源勘探股份有限公司2013年4月编制的《新疆准南煤田昌吉市三屯河至二道水煤矿勘探报告》。
3.《煤矿安全规程》(2011年版),国家安全生产监督管理总局。
4.《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。
5.《煤矿瓦斯抽采基本指标》(AQ1026-2006),国家安全生产监督管理总局。
6.《煤矿瓦斯抽放规范》(AQ1027-2006),国家安全生产监督管理总局。
7.《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》(GB50471-2008),国家质量监督检验检疫总局与住房和城乡建设部。
8.新疆煤炭设计研究院有限责任公司2014年编制的《新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司煤矿改建项目安全设施设计》。
9.煤矿提供的资料、现场调查了解收集的资料。
二、工程设计简述
(一)瓦斯抽采设计思路
根据本矿井及邻近煤矿、勘查区煤层瓦斯赋存情况,分析、判定菏泽腾达煤矿及其所在硫磺沟矿区总规中九号矿井瓦斯赋存情况,预测矿井未来生产期间瓦斯涌出情况。
瓦斯抽采系统立足现有矿井,同时兼顾硫磺沟矿区总规中菏泽腾达煤矿所在九号矿井瓦斯治理的需要。
本次瓦斯抽采系统设备选型本着一次到位的原则,瓦斯泵站设计时要考虑到煤层实际瓦斯赋存情况有可能比预测值大,后期可能需要更换更大瓦斯抽采能力的瓦斯抽采泵的需要。
回风立井瓦斯抽采主管路选型留有较大富裕系数。
考虑到瓦斯抽采设备、管路使用期限,尽量减少前期不必要的投资浪费等因素,井下回风石门、上山等大巷内瓦斯抽采主管路前期可以敷设较细的瓦斯抽采管路,后期随着瓦斯抽采量的增大,可及时更换更大直径的瓦斯抽采主管路,原瓦斯抽采主管路可以作为支管路继续投入使用。
对于高负压抽采系统,根据预测前期不需要投入使用,可以临时只敷设至回风立井井底。
(二)瓦斯抽采方法
首采工作面投产期间,只需要对采煤工作面上隅角、老空区瓦斯进行抽采。
后期随着矿井开采水平的延伸,逐渐增加备用工作面煤体预抽、回采工作面“边采边抽”、掘进工作面“边掘边抽”、高位钻孔抽采、老空区抽采等瓦斯抽采方法。
(三)瓦斯抽采系统抽采瓦斯量预计
矿井未来生产期间,高、低负压瓦斯抽采系统最大抽采瓦斯纯量预测如下。
1.高负压抽采系统:
抽采瓦斯纯量为40.924m3/min,混合抽采量93.748m3/min,混合抽采浓度44%。
2.低负压抽采系统:
抽采瓦斯纯量为40.954m3/min,混合抽采量136.175m3/min,混合抽采浓度30%。
(四)抽采系统
设计选用3台同等能力的2BEC-72型液环式真空泵,其中2台分别服务于高、低负压瓦斯抽采系统,一台备用。
当绝压为32.4~47.4kPa时,瓦斯抽采泵抽气量约为550m3/min,该转速下最大轴功率640kW,配用电机功率710kW。
考虑到菏泽腾达煤矿瓦斯抽采量在不同水平生产期间差别会很大,可通过变频器控制变频电机实现对瓦斯抽采泵转速的调节,以适应不同时期瓦斯治理的需要。
(五)主要设备选型及项目总投资
1.主要设备
(1)水环真空泵:
3台同等能力2BEC-72型水环真空泵,转速300r/min。
(2)主、支抽采管路型号:
Ø
530×
9mm、Ø
426×
351×
8mm、Ø
159×
4.5mm。
2.项目投资
瓦斯抽采及发电项目总资金为5517.20万元,其中瓦斯抽采项目总资金2372万元,瓦斯发电项目总资金3145.2万元。
(1)瓦斯抽采
土建工程:
199.36万元。
设备及工程器具购置费:
450.7万元。
安装工程:
1361.49万元。
工程建设其他费用:
205.27万元。
工程预备费:
155.18万。
小计:
2372万元。
(2)瓦斯发电
411.08万元。
2065.45万元。
230.86万元。
其他费用:
437.81万元。
3145.2万元。
三、存在的问题及建议
1.地质报告提供的煤层瓦斯含量数据误差往往较大,没有规律可循,设计只能根据煤层瓦斯含量赋存的经验梯度推算各煤层不同水平瓦斯含量。
2.现场目前不具备实测深部水平煤层瓦斯含量的条件。
3.本矿井周边的小型矿井目前处于改扩建的前期设计阶段,没有深部水平实测瓦斯资料或瓦斯涌出量数据作为参考。
4.矿井建设过程中及投产后,及时测定煤层瓦斯含量、瓦斯压力等瓦斯基础参数,并依据瓦斯基础参数实测结果,及时调整矿井风量及风量分配情况,必要时对本瓦斯抽采设计作进一步完善。
5.考虑到菏泽腾达煤矿回风井为立井,瓦斯抽采管路敷设安装后难以进行更换,本次矿井瓦斯抽采设计除了考虑目前矿权范围内安全改造后生产期间瓦斯治理的需要外,兼顾了硫磺沟矿区未来生产升级后,矿权范围扩大后长期瓦斯治理需要。
6.目前《新疆昌吉市硫磺沟矿区总体规划》正在修编,目前总规划定的九号矿井与现有菏泽腾达煤矿及新疆准南煤田昌吉市三屯河至二道水煤矿勘探区高度重合,本次瓦斯抽采设计以现有菏泽腾达煤矿及三屯河至二道水煤矿勘探区煤层、瓦斯赋存情况为已经进行设计。
未来总规中包含菏泽腾达煤矿的矿井范围与目前设计参考的正在修编的总规中九号矿井范围有可能存在一定差别,该区域资源未来在总规中也未必编为九号矿井。
但是考虑到本次瓦斯抽采设计考虑的矿井范围内水平标高已经达到+500m,埋深已经达到1000m左右,在煤层赋存条件、瓦斯含量赋存情况与预测值没有重大偏差的情况下,现有瓦斯抽采系统可以满足未来矿井生产期间瓦斯治理的需要。
本次瓦斯抽采设计中该区段资源按目前正在修编的总规划定的九号矿井进行编号。
第一章矿井概况
第一节矿井概况
一、矿井概况
(一)交通位置
矿井位于新疆昌吉市硫磺沟镇以西约37km的中低山区。
北距昌吉市约82km,东距乌鲁木齐市约80km(公路里程),从乌鲁木齐市和昌吉市均有通往硫磺沟镇的沥青公路,国防公路(101省道)自东而西从矿井北部通过,外部交通较为方便。
行政区划属于新疆昌吉市管辖。
矿井中心地理坐标:
东经86°
50′24″;
北纬43°
42′45″。
二道水从矿井南部由西南流向东北,二道水沟谷呈狭长南北向“V”字形河谷地形,地势陡峭。
除沟谷内有简易公路可通行车辆外,井田内其它地方为高山,不能通行机动车辆,区内交通条件较差。
矿井交通位置见图1-1-1。
(二)自然地理
1.地形地貌
矿井地表地形总趋势为西高东低的斜坡地形,二道水从矿井南部由西南流向东北。
区内基岩裸露,植被稀少,沟邦陡立,厚层砂岩多形成陡崖。
地形坡度一般在25°
~70°
之间,并且各段厚层砂岩多形成高10~50m的陡崖。
矿井地表海拔高度+1613~+1350m,相对高差263m,属于中低山区。
区内地形切割强烈,沟谷发育。
2.地面水系
二道水为井田唯一地表水系,发源于西南部天格尔山,以泉水、雪融水为补给源,由西向东从矿井南部穿过,向下游汇入三屯河。
二道水流量较小,一般在0.50~2.00m3/s,是矿井供水水源。
另外沿二道水南部沟谷有泉水分布,流量不大。
3.气象特征
矿井属于大陆性干旱气候,据三屯河气象观测站资料:
年均降水量236.2mm,蒸发量为1568.8mm,蒸发量是降水量的6.6倍;
6~8月天气炎热,最高气温+30℃,月平均气温为13.1~14.9℃;
12月至翌年1月,天气最冷,最低气温-26℃,月平均气温为-8.5~10.8℃;
春秋两季气候多变;
6~8月份多为暴雨冰雹天气。
每年十月开始结冻,次年三月解冻,最大冻土深度1.5m。
风向以偏西风为主,最大风速1.2~2.0m/s。
图1-1-1菏泽腾达煤矿交通位置图
4.地震
依据《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306-2001),矿井所在矿区属8度地震烈度带,据地震台网的监测,本区曾发生过5级以上地震。
5.地区经济概况
矿井及邻近区域是昌吉州的能源基地。
除产煤业外,还有旅游业及畜牧业。
居民有哈、汉、回等民族,哈族以从事畜牧业为主,汉族、回族则从事采煤业、运输业,也有部分回族从事小商业活动。
矿井所产煤炭供应昌吉州市县的电力工业、轻工业及民用。
矿井内无农业,生活所需的粮食、蔬菜由硫磺沟镇供给。
二、地质特征
(一)区域地质特征
1.区域地层
矿井位于天山北麓、准噶尔盆地南缘,属于乌鲁木齐中生代山前坳陷之中偏西部,区内中新代地层非常发育。
矿区及其周围出露的地层有侏罗系的八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t)、齐古组(J3q)、喀拉扎组(J3k)、白垩系的吐谷鲁群(K1tg)和东沟组(K2d),以及第四系全新统(Q4)冲洪积地层,除第四系外,其他地层按照由新到老、从北向南依次排列,现就各地层按从新到老顺序分述如下。
(1)第四系(Q4)
第四系按成因可分为第四系全新统冲洪积层、坡积层和第四系上更新统风成黄土层。
①第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl):
主要分布于现代河床及其两侧的河漫滩内,由砂、砂砾石及漂石等组成。
②第四系全新统坡积层(Q4dl):
主要分布于半山坡至坡脚部位,由风化岩块等组成。
③第四系上更新统黄土层(Q3eol):
主要分布于矿区中东部低山顶部,主要岩性为风成亚砂土、砂土(黄土)。
与下伏地层不整合接触。
(2)中生界
①白垩系下统吐谷鲁群(K1tg):
由一套灰绿色、红色、紫黄色细砂岩、泥质粉砂岩、砾岩等组成,厚856~1192m。
②侏罗系上统喀拉扎组(J3k):
由一套河流相的砾岩、砂砾岩、粗砂岩和粉砂岩组成,厚10~683m。
③侏罗系上统齐古组(J3q):
分布于矿区北部,由一套紫红色砂质泥岩、泥质粉砂岩、岩屑砂岩下部夹玫瑰红色凝灰质细砂岩,含动物化石,厚593~1221m。
④侏罗系中统头屯河组(J2t):
分布于矿区南部和北部,由一套河流相的砾岩、砂砾岩、粗砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩组成,含少量植物化石及介形虫化石,厚250~800m。
⑤侏罗系中统西山窑组(J2x):
为河流相、湖泊相及沼泽相含煤建造,由一套中粗粒长石岩屑砂岩、砂砾岩、细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、煤层组成,含丰富植物化石和动物化石,厚179~1503m。
⑥侏罗系下统三工河组(J1s):
分布于矿区南部塔西河与呼图壁河之间,岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、细砂岩、砂岩,含动物化石及植物化石,厚171~796m。
⑦侏罗下统八道湾组(J1b):
分布于矿区的南部山区,主要由砂砾岩、粗砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩含少量煤屑及菱铁矿组成,厚171~1000m。
2.区域地质构造
准南煤田在区域构造上处于天山地槽褶邹系与准噶尔盆地南缘结合部,属于乌鲁木齐中生代山前坳陷的中部偏西,区内的含煤地层为中侏罗统八道湾组、西山窑组,均为陆相含煤地层。
矿区位于昌吉背斜的北翼,为一向北东方向倾斜的单斜构造,地层平缓。
昌吉背斜是区域性长轴状宽缓背斜,延伸近百公里,对该区侏罗系地层的分布起一定的控制作用。
(二)井田地质特征
1.井田地层
矿井内分布的地层有:
第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)、坡积层(Q4dl)、侏罗系下统三工河组(J1s)、侏罗系中统西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t)则分布于北部。
井田地层分述如下。
(1)第四系
主要分布于二道水沟谷内,由砂、砂砾石、漂石等堆积而成,砾石成分为火成岩、变质岩和沉积岩,砾径一般在10~50cm,最大可达100cm以上,分选差,为次棱角状—次园状,松散未胶结。
与下伏侏罗系地层呈不整合接触,厚度一般小于20m。
主要分布于沟谷南岸,半山坡至坡脚地带,由风化基岩碎块,粉土等堆积而成,多呈棱角状,分选极差,颗粒间多被泥沙充填,厚度0~20m。
与下伏侏罗系地层呈不整合接触。
(2)中生界侏罗系
①侏罗系中统头屯河组(J2t)
上段(J2t2):
分布于矿井北部,上部由暗红、紫红、灰褐色泥岩、细砂岩组成,下部由暗红、紫红色粉砂岩夹灰绿色、黄绿色砂岩及凝灰岩组成。
底部为黄绿色中砂岩,全区稳定,为上下段分界标志。
地层厚度240m,与下伏地层整合接触。
下段(J2t1):
分布于矿井北部,上部由暗红、灰绿色泥岩、细砂岩组成,夹粉砂岩、炭质泥岩及煤线。
下部为黄绿色、紫红色泥岩、粉砂岩条带。
底部为黄绿色中-细砂岩,全区稳定,作为与下伏地层的分界标志。
地层厚度320m,与下伏地层整合接触。
②侏罗系中统西山窑组(J2x)
上段(J2x2):
分布于矿井中部,岩性主要为灰绿色、灰色砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩夹粉砂岩组成。
下部为浅灰色厚层-巨厚层状含砾中粗砂岩,底部为浅灰色厚层-中厚层状中含砾粗砂岩,俗称“豆腐渣砂岩”,为上下段分界标志。
厚141.50m,与下伏地层整合接触。
下段(J2x1):
分布于矿井南部,岩性主要为灰色、灰黑色、粉砂岩、泥岩及灰白色厚层-中厚层状中粗砂岩、炭质泥岩及煤层组成。
含煤8层,厚13.54m,底部为灰白色粗砂岩-细砂岩,层位较稳定,作为与下伏地层的分界标志。
厚150.00m,与下伏地层整合接触。
③侏罗系下统三工河组(J1s)
上段(J1s2):
分布于矿井以南,主要岩性为灰黄色,黄绿色,灰绿色粉砂岩,细砂岩和泥岩组成,下部含2~4层煤线及紫红色泥岩,底部为厚-巨厚状,灰黄色粗砂岩为上下段分界标志,厚350m。
2.井田地质构造
井田位于昌吉背斜北翼,为向北东倾斜的单倾构造,地层倾向25°
左右,倾角24°
~30°
之间,地表较陡25°
,地下倾角较缓,23°
左右。
煤层沿走向、倾向角度变化小,煤层产状稳定,没有大的断层及岩浆侵入,矿区构造类别属于简单类型。
三、煤层与煤质
(一)煤层
矿区范围内侏罗系中统西山窑组为主要含煤地层,该组分上、下两段,下段为主要含煤段,由河流相、湖泊相、沼泽相、泥炭沼泽相的灰色中砂岩、粗砂岩、细砂岩及黑色泥岩、泥质粉砂岩、炭质泥岩和煤层组成,地层厚度150m。
井田内共含煤8层,煤层总厚度13.54m,编号依次为:
B1、B2、B3、B4、B5、B6,B7、B8。
其中B1~B6煤层为不可采煤层,单层平均厚度0.17~0.75m,厚度变化大、不稳定。
根据《新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司煤矿生产地质报告》及建井、生产过程中实际揭露煤层赋存资料,井田内可采煤层2层,分别为B7、B8煤层。
上段不含煤层,由河流相、湖泊相的灰白色中砂岩、粗砂岩、砂砾岩组成,平均厚度141.50m。
B7煤层厚度7.3~7.65m,平均厚度7.5m,含夹矸一层,厚度0.10~0.20m,结构简单,煤层沿走向、倾向厚度变化小,全区可采的稳定煤层。
B8煤层厚度9.25~9.40m,平均厚度9.3m,含夹矸一层,厚度0.20~0.30m,结构简单,煤层沿走向、倾向厚度变化小,全区可采的稳定煤层。
井田内煤层赋存特征汇总见表1-1-1。
(二)煤质
1.煤的物理性质
井田内两主采煤层肉眼鉴定:
黑色,条痕为褐黑色,块状,性脆,质地坚硬,玻璃光泽,断口呈参差状,阶梯状,以亮煤为主,暗煤次之,内生裂隙发育,属亮煤。
2.煤的化学性质
(1)煤的工业分析
井田内B7、B8两个可采煤层工业分析结果见表1-1-2。
根据表1-1-2,井田内B7、B8煤层工业分析指标如下:
(1)煤层水分含量较低,原煤水分含量加权平均值原煤为2.14%,精煤为5.21%;
(2)煤层灰分产率低,原煤灰分产率加权平均值为5.46%,精煤灰分产率加权平均值为2.25%,为特低灰煤。
(3)煤层原煤挥发分产率加权平均值为30.58%,精煤挥发分产率加权平均值为29.44%,属高挥发分煤。
表1-1-1井田煤层赋存特征汇总表
煤层
编号
统计
点数
煤层厚度
(m)
煤层间距
夹矸
层数
夹矸单
层厚度
结构
类型
稳定性
可采性
评价
最小~最大
平均
最多
B1
2
0.17~0.18
简单
不稳定
不可采
47.81
B2
0.73~0.90
零星可采
4.47
B3
0.21~0.71
7.09
B4
0.49~0.53
3.56
B5
0.33~0.53
5.79
B6
0.71~0.75
0.80
B7
实测
7.3~7.65
0~1
0.10
稳定
可采
18.15
B8
9.25~9.40
1
0.20~0.30
表1-1-2 B7、B8煤层原煤工业分析两极值及加权平均值成果表
品种
样品
数量
试验项目
Mad(%)
Ad(%)
Vdaf(%)
B7、B8
原煤
2个
1.90~2.38
2.14
4.55~6.36
5.46
27.58~33.57
30.58
精煤
4.80~5.62
5.21
1.59~2.91
2.25
25.97~32.91
29.44
(2)元素分析
井田内B7、B8两个可采煤层元素分析结果见表1-1-3。
通过原煤元素分析,可知碳元素含量最高,加权平均值为(Cdaf)82.72%,其次是氧+硫(O+S)daf为11.99%,氢(Hdaf)4.44%,氮(Ndaf)元素含量最少0.86%。
表1-1-3 B7、B8煤层元素分析两极值及加权平均值成果表
Cdaf(%)
Hdaf(%)
Ndaf(%)
(O+S)daf(%)
82.18-83.26
82.72
4.04-4.83
4.44
0.85-0.86
0.86
11
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