1回采工作面抽采达标评判报告0320定稿剖析.docx
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1回采工作面抽采达标评判报告0320定稿剖析
登封市仟祥煤业有限责任公司
12040采煤工作面瓦斯抽采达标
评判报告
登封市仟祥煤业有限责任公司
2014年3月15日
12040采煤工作面
瓦斯抽采达标评判报告
1、矿井基本情况
登封市仟祥煤业有限责任公司设计生产能力为60万t/a,开采二1煤层,采用一对立井、一对斜井单水平(标高-100m)上下山开拓。
通风方式为中央分列式。
井田基本构造形态总体为一走向北东、倾向南东的单斜构造;地层倾角平缓,一般9~20°,褶曲不发育,沿走向、倾向煤层略有起伏变化,断层较多,该矿井地质条件复杂程度为中等。
主采煤层为二1煤层,赋存于山西组下部,煤层结构简单,煤层属较稳定的厚煤层,全区可采。
煤厚2.03~13.11m,平均6.78m。
本矿井为高瓦斯矿井。
二1煤层煤尘有爆炸危险,为不易自燃煤层。
水文地质条件简单偏中等。
矿井正常涌水量489.0m3/h,最大涌水量880.2m3/h。
瓦斯抽放系统:
瓦斯抽放泵站设在风井工业广场。
安装两台2BEC-50型水环式真空泵,1台工作,1台备用。
配套电动机型号YB2-4003-6,功率250kW,10kV,泵转数360r/min,皮带传动方式。
最大气量200m3/min,极限真空度160kPa。
抽放主管路斜井井筒段为DN400mm镀锌螺旋焊接钢管(一趟),两翼采区回风巷及回风下山为DN300mm镀锌螺旋焊接钢管(两翼抽放管汇集于斜井抽放管内);工作面支管为DN200mm镀锌螺旋焊接钢管。
需要进行瓦斯抽采达标评判的回采工作面为:
12040工作面走向长175m,倾向长95m,煤层倾角18.°,平均煤厚5.5m,煤层视密度为1.40t/m3,可采储量为11.9万吨,工作面工业储量:
15.9万吨。
采煤方法为走向长壁后退式回采,悬移支架支护顶板,炮采放顶煤工艺。
工作面服务年限为4.9个月。
工作面平均瓦斯含量5.57m3/t。
2、主要瓦斯基础参数
根据《登封市仟祥煤业有限责任公司煤层瓦斯基础参数测定及矿井瓦斯等级鉴定报告》以及相关的资料:
1、二1煤破坏类型:
Ⅳ~Ⅴ类破坏煤体;
2、二1煤坚固性系数:
f=0.22~0.41;
3、煤的瓦斯放散初速度:
△P=14.5~22;
4、二1煤层瓦斯含量:
《鉴定报告》在首采区井下选择了6个地点测量了瓦斯含量,结果为w0=3.99~7.59m3/t;另据本矿地质报告提供数据,全矿范围瓦斯含量为w0=0.17~16.13m3/t.daf,平均9.7m3/t.daf。
5、直接测定的煤层相对瓦斯压力:
P=0.36Mpa(测定地点在轨道联巷距北采区轨道大巷23m处,标高-100m);
间接测定的煤层相对瓦斯压力:
P=0.18~0.53Mpa,综合考虑其他气体成分的综合煤层相对压力在0.24~0.72Mpa之间(测定地点1、12060工作面内距上付巷55m;2、南轨下山第六联巷;3、北专回距13010上付巷200m;4、12060工作面内距上付巷45m;5、12060工作面内距上付巷65m;6、13040上付巷与专回交汇处。
)
6、煤的物理性质及化学成分:
二1煤真密度1.49t/m3,视密度1.40t/m3,孔隙率3.47%。
表1煤的工业分析数据
指标项目
煤层
水分
Mad(%)
灰分
Aad(%)
全硫分
St,d(%)
磷分
Pd(%)
挥发分
Vdaf(%)
发热量
Qnet,ar(MJ/kg)
二1煤
0.81
16.52
0.29
0.02
14.50
23.55
7、吸附常数:
a=33.18,b=0.82;
8、钻孔瓦斯流量衰减系数α=0.5257~1.629d-1,按衰减系数判定,本矿二1煤层属于较难抽放煤层;
9、二1煤透气性系数:
0.0184~0.2472m2/(MPa2·d)。
根据煤层透气性系数评价,本矿二1煤层属于可以抽放~较难抽放煤层;
10、排放半径:
直径75mm超前钻孔的有效排放半径为0.7m;
11、抽放半径:
原煤瓦斯含量为3.07~7.04m3/t的情况下,当抽放期达到90d时,有效抽放半径可达2m;当抽放期达到130d时,有效抽放半径可达3m。
3、工程进展及瓦斯抽放情况
12040回采工作面概况为:
12040工作面,工作面可采走向长175m,,倾向长95m,平均煤厚5.5m,煤层视密度为1.40t/m3,工作面工业储量:
15.7万吨。
可采储量:
11.9万吨,工作面服务年限为4.9个月。
采煤方法为走向长壁后退式回采,支护方式:
单体液压支柱Π型钢梁支架支护顶板,采用全部垮落法管理顶板,炮采放顶煤工艺。
预计瓦斯涌出量为0.5-1.2m3/min,工作面平均瓦斯含量5.57m3/t。
(1)地面相对位置及邻近采区开采情况
(表一) 井上下对照关系表
水平名称
一水平
采区名称
12采区
地面标高
330m~360m
井下标高
-142m~-165m
地面的相对位置
地面为荒山,无地面建筑物,在工作面上部70米处地面有两座生活水池。
工作面对地面设施的影响
根据12040工作面推采推算,回采该工作面不会造成地表出现裂隙情况,不会对地面设施造成其他影响,为安全起见应加强对生活水池的观测。
井下位置系
北临为已采12020工作面,东临为闫家沟断层,西临为12采区皮带下山边界煤柱,南临为已采12060工作面。
走向可采长度(m)
175
倾斜长度(m)
95
面积(m2)
16600
(2)煤层特征情况表
煤层情况表(表二)
指标
参数
备注
煤层厚度
(最大~最小/平均)/m
12.6~2.2/5.5
煤层倾角
(最大~最小/平均)/(°)
22~12/18
煤层硬度f
<1
煤层层理(发育程度)
中等发育
煤层节理(发育程度)
中等发育
自然发火期
不易自燃
绝对瓦斯涌出量(m3/min)
1.2
煤尘爆炸指数/%
10
地温/℃
19~23.6
(3)巷道布置
12040下付巷布置在皮带下山256米处,标高-165m,巷道长度为284米,使用36#U型钢支护。
巷道断面规格为下净宽4.5m,净高3.1m,净断面11.4㎡。
东部为闫家沟断层边界煤柱,西部为12采区皮带下山,北部为未开采的12040工作面,南部为已经开采的12060工作面采空区。
12040上付巷布置在皮带下山155米处,标高-145m,巷道长度为193米,使用36#U型钢支护。
巷道断面规格为下净宽4.5m,净高3.1m,净断面11.4㎡。
东部为闫家沟断层边界煤柱,西部为12采区皮带下山,北部为已经回采结束多年12020工作面,南部为未开采的12040工作面。
12040工作面于2013年10月1日贯通,开始连孔抽放,至于2014年2月28日,预抽时间最短的钻孔已抽采了3个月以上。
回采工作面采用下副巷交叉钻孔抽放本煤层瓦斯。
上付巷掘进中193m全部在原已采过的12020老空区内进行,并且工作面内留有约35m宽的碎石渣条带,在此条带内不再进行顺层抽放瓦斯。
参加评价单元煤量计算时采煤工作面倾斜长平均按60m,走向长平均按195m,煤厚平均按5.5m,参加评价单元煤量90090t,原始瓦斯含量为5.57m3/t,总含量为501800m3,累计瓦斯抽放记录,12040工作面顺层钻孔总抽放量为15.15万m3,连孔抽放前后自然排放量为3.1万m3,合计18.25万m3。
在工作面上下副巷的掘进施工中、以及顺层钻孔的施工中未出现突出预兆及顶钻和喷孔现象。
4、瓦斯抽采达标评判程序
抽采瓦斯矿井应当对瓦斯抽采的基础条件和抽采效果进行评判。
在基础条件满足瓦斯先抽后采要求的基础上,再对抽采效果是否达标进行评判。
5、瓦斯抽采基础条件
瓦斯抽采基础条件包含下表中的8项内容:
表2瓦斯抽采基础条评判表
序号
规定项目
具体情况
符合性
1
建立瓦斯抽采系统,且瓦斯抽采系统正常、运行连续。
地面安装两台2BEC-50型水环式真空泵,1台工作,1台备用。
运转正常。
是
2
制定瓦斯抽采规划和年度计划。
矿已制定瓦斯抽采规划和年度计划。
是
3
编制矿井瓦斯抽采达标工艺方案设计、采掘工作面瓦斯抽采施工设计。
已编制了矿井抽采达标工艺方案设计、采掘工作面瓦斯抽采施工设计。
是
4
瓦斯抽采工程必须严格按设计施工,并应当进行验收,有齐全完整的验收资料,竣工验收资料真实、可靠,并由相关责任人签字。
资料齐全、完整,有相关责任人签字。
是
5
建立矿井瓦斯抽采达标自评价体系和瓦斯抽采管理制度。
矿井成立了以技术矿长为首的抽采达标领导小组,下设设计组、施工组、验收组、效果评价组。
瓦斯抽采制度完善。
评价体系中制定的主要目标:
回采工作面和掘进工作面瓦斯抽放率为25%,矿井瓦斯抽放率前期为25%。
抽放后,回风流中瓦斯浓度均满足《煤矿安全规程》的要求。
是
6
瓦斯抽采泵站能力和备用泵能力、抽采管网能力满足抽采达标的要求。
运行泵的装机能力大于瓦斯抽采达标时应抽采瓦斯量对应工况流量的2倍,有同等能力的备用泵。
预抽瓦斯钻孔的孔口负压一般不低于13kPa。
抽采泵及管网能力满足抽采达标的要求。
是
7
抽采计量测点、计量器具符合计量标准和规范要求,无超期使用,计量准确。
使用孔板流量计计量瓦斯流量。
在主管、分管、支管及其与钻场连接处装设孔板流量计。
每个抽采钻孔的接抽管上均留设钻孔抽采负压和瓦斯浓度的观测孔。
计量仪表配备数量满足《矿井通风安全装备标准》的要求,计量仪器均定期校核。
是
8
具有抽采效果评判用相关测试条件
聘请专家机构结合本矿技术人员评判
是
说明:
是代表符合规定;否代表不符合规定
结论:
矿井瓦斯抽采基础条件满足《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》要求。
6、预抽煤层瓦斯效果评判
预抽煤层瓦斯效果评判包括以下四个步骤:
(1)抽采钻孔有效控制范围界定
预抽煤层瓦斯的抽采钻孔施工完毕后,应当对预抽钻孔的有效控制范围进行界定,界定方法如下:
对顺层钻孔,钻孔有效控制范围按钻孔长度方向的控制边缘线、最边缘2个钻孔及钻孔开孔位置连线确定。
钻孔长度方向的控制边缘线为钻孔有效孔深点连线,相邻有效钻孔中较短孔的终孔点作为相邻钻孔有效孔深点。
按照上述原则,12040工作面钻孔有效控制范围见图1。
12040工作面的预抽钻孔均控制整个开采块段的煤层,并超出停采线外15m,控制范围合格。
(2)抽采钻孔布孔均匀程度评价
在施工中每个抽放钻孔均建立了档案,检查各钻孔施工记录,钻孔角度和方位符合设计要求。
经过实地测量,副巷内钻孔间距为2m以内,施工开口位置均匀,抽采钻孔布孔均匀程度合格。
在施工中,因出现塌孔而报废的钻孔用黄泥进行了封堵,在0.5~1m处重新施工了钻孔,与先前施工的钻孔间距超过2m的,在其中间补加了一个钻孔。
在煤层厚度超过5m的地段补加了钻孔。
(3)抽采瓦斯效果评判指标测定
1.评价单元划分
将钻孔间距基本相同和预抽时间基本一致(预抽时间差异系数小于30%)的区域划为一个评价单元,对每个评价单元进行瓦斯抽采达标评判。
预抽时间差异系数为预抽时间最长的钻孔抽采天数减去预抽时间最短的钻孔抽采天数的差值与预抽时间最长的钻孔抽采天数之比。
预抽时间差异系数按公式
(1)计算:
(1)
式中:
—预抽时间差异系数,%;
—预抽时间最长的钻孔抽采天数,d;
—预抽时间最短的钻孔抽采天数,d。
12040回采工作面预抽时间差异系数计算结果见表3。
表3回采工作面预抽时间差异系数表
工作面
编号
最外侧钻孔开始抽采时间
最里侧钻孔开始抽放时间
抽采效果评判时间
预抽时间最长的钻孔抽采天数(d)
预抽时间最短的钻孔抽采天数(d)
预抽时间差异系数
(%)
12040
2013年10月1日
2013年11月5日
2014年2月28日
145
112
22
12040回采工作面的钻孔预抽时间差异系数均小于30%,各自作为一个评价单元。
2.瓦斯抽采后煤的残余瓦斯含量
瓦斯抽采后煤的残余瓦斯含量按公式
(2)计算:
(2)
式中:
—煤的残余瓦斯含量,m3/t;
—煤的原始瓦斯含量,m3/t;
—评价单元钻孔抽排瓦斯总量,m3;
—评价单元参与计算煤炭储量,t。
评价单元参与计算煤炭储量
按公式(3)计算:
(3)
式中:
—评价单元煤层走向长度,m;
—评价单元抽采钻孔控制范围内煤层平均倾向长度,m;
、
—分别为评价单元走向方向两端巷道瓦斯预排等值宽度,m。
、
—分别为评价单元倾向方向两侧巷道瓦斯预排等值宽度,m。
—抽采钻孔的有效影响半径,m;
—评价单元平均煤层厚度,m;
—评价单元煤的密度,t/m3。
、
、
、
可参照表4中的数据确定。
表4巷道预排瓦斯等值宽度
巷道煤壁暴露时间(t/d)
不同煤种巷道预排瓦斯等值宽度(m)
无烟煤
瘦煤及焦煤
肥煤、气煤及长焰煤
25
50
100
160
200
250
≥300
6.5
7.4
9.0
10.5
11.0
12.0
13.0
9.0
10.5
12.4
14.2
15.4
16.9
18.0
11.5
13.0
16.0
18.0
19.7
21.5
23.0
12040回采工作面(评价单元)参与计算煤炭储量G的计算结果见表5。
表5评价单元煤炭储量
工作面
编号
L(m)
(m)
H1、H2(m)
h1、h2(m)
R(m)
r(t/m3)
m(m)
G(t)
12040
195
60
0
12.4
2
1.40
5.5
90090
按公式
(2)计算的煤的残余瓦斯含量见表6。
表6评价单元抽采后煤的残余瓦斯含量
工作面编号
W0(m3/t)
G(t)
Q(104m3)
WcY(m3/t)
12040
5.57
90090
18.25
3.57
本矿在12040回采工作面下副巷布置了6个检测孔,按《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》实测抽放后煤层的残余瓦斯含量分别为:
12040下副巷6个检测孔:
3.61m3/t、3.52m3/t、3.56m3/t;
3.61m3/t、3.51m3/t、3.60m3/t;
12040工作面平均3.57m3/t。
残余瓦斯含量均小于原始煤层瓦斯含量5.57m3/t的70%。
即3.897m3/t。
详见附录:
《12040工作面残余瓦斯含量和残余瓦斯压力测定报告》。
3.瓦斯抽采后煤的残余瓦斯压力
煤的残余相对瓦斯压力(表压)由瓦斯残余含量按公式(4)反算:
(4)
式中:
─残余瓦斯含量,m3/t;
─吸附常数;
─煤层残余相对瓦斯压力,MPa;
─标准大气压力,0.101325MPa;
─煤的灰分,%;
─煤的水分,%;
─煤的孔隙率,m3/m3;
─煤的容重(密度),t/m3。
按公式(4)反算的煤的残余瓦斯压力见表7。
表7评价单元抽采后煤的残余瓦斯压力
工作面
编号
a
b
WcY
(m3/t)
Pa
(MPa)
Ad
(%)
Mad
(%)
π
(m3/m3)
r
(t/m3)
PcY
(MPa)
12040
33.18
0.82
3.57
0.101325
16.52
0.81
6.04%
1.40
0.237
本矿按《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》实测抽放后煤层的瓦斯残余压力分别为:
12040下副巷6个检测孔:
0.19MPa、0.25MPa、0.24MPa;
0.25MPa、0.20MPa、0.29MPa;
残余瓦斯压力均小于0.6MPa。
详见附录:
《首采工作面残余瓦斯含量和残余瓦斯压力测定报告》。
4.煤层可解吸瓦斯量
可解吸瓦斯量按公式(5)计算:
(5)
式中:
─煤的可解吸瓦斯量,m3/t;
─抽采瓦斯后煤层的残余瓦斯含量,m3/t;
─煤在标准大气压力下的残存瓦斯含量,公式(4)中PCY=0时结果即为Wcc=1.8m3/t。
12040回采工作面瓦斯抽采后煤的可解析瓦斯量见表8。
表8煤的可解析瓦斯量
工作面编号
WCY(m3/t)实测值
Wcc(m3/t)
Wj(m3/t)
12040
3.57
1.8
1.77
对瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面,评价范围内煤的可解吸瓦斯量满足表9规定的,判定采煤工作面评价范围瓦斯抽采效果达标。
表9采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标
工作面日产量(t)
可解吸瓦斯量Wj(m3/t)
≤1000
≤8
1001~2500
≤7
2501~4000
≤6
4001~6000
≤5.5
6001~8000
≤5
8001~10000
≤4.5
>10000
≤4
本矿一个采区生产能力30万吨/年,回采工作面产量占95%,即28.5万吨/年,日产量为864t/d(年工作天数330天)。
可解吸瓦斯量wj<8m3/t,符合要求。
5.回采工作面瓦斯预抽率
本矿回采工作面采用预抽煤层瓦斯,抽采达标后方可回采,因此无法考察回采期间的风排瓦斯量,因而不再计算回采工作面的瓦斯抽放率(瓦斯抽放量占瓦斯抽放量与风排瓦斯量之和的百分比)。
可计算回采工作面的预抽率(瓦斯抽放总量占瓦斯储量的百分比):
(6)
式中
—回采工作面瓦斯预抽率,%;
Q—某时期内瓦斯抽排放量,m3;
—评价单元参与计算煤炭储量,t;
—煤的原始瓦斯含量,m3/t;
12040回采工作面瓦斯预抽率见表10。
表10回采工作面瓦斯预抽率
工作面编号
Q(104m3)
G(t)
W0(m3/t)
(%)
12040
18.25
90090
5.57
36
6.吨煤钻孔量
12040回采工作面顺层钻孔工程量见表11:
表11回采工作面顺层钻孔工程量
项目
12040工作面
合计
上行孔长度(m)平均
65
下行孔长度(m)平均
上行孔总数量(个)
135
8775
下行孔总数量(个)
消除空白带的钻孔(m)
75×30浅
2250
钻孔总长度(m)
11025
吨煤钻孔量(m/t)
0.067
0.122
评价单元煤量(t)
90090
12040回采工作面顺层钻孔工程量均大于0.05m/t,符合下表的要求:
表12吨煤钻孔量表单位:
m/t
煤层类别
薄煤层
中厚煤层
厚煤层
容易抽放
0.05
0.03
0.01
可以抽放
0.05~0.1
0.03~0.05
0.01~0.03
较难抽放
>0.1
>0.05
>0.03
7.工作面风速及瓦斯浓度
经过预抽后,12040工作面煤的可解析瓦斯量为1.77m3/t,工作面日产量为864t/d(年工作天数330天,每日两班生产,一班检修)。
12040回采工作面生产班平均瓦斯涌出量为:
q采′=864×1.77/960=1.593m3/min
12040回采工作面计划配风量为800m3/min,生产班回风流中的瓦斯浓度平均值预计为1.593/800×100%=0.20%,考虑1.5的瓦斯涌出不均匀系数,回风流中最大瓦斯浓度为0.30%<1%,符合规定。
12040回采工作面过风断面为4.2m2,风速为800/(4.2×60)=3.17m/s;上下副巷净断面11.2m2,风速为1.17m/s,均在0.25~4m/s之间,且靠近最优风速,符合规定。
综上所述,回采工作面同时满足风速不超过4m/s、回风流中瓦斯浓度低于1%,判定回采工作面瓦斯抽采效果达标。
(4)抽采效果达标评判结论
综上所述,矿井建立了满足瓦斯治理需要的抽采系统,抽放方法、工艺可行,钻孔有效控制范围和布孔均匀程度满足《煤矿瓦斯抽采基本指标》以及其他规程、规范的要求,各项预抽效果指标合格,所以判定12040工作面瓦斯预抽效果达标。
附录:
1.12040工作面顺层钻孔抽放量汇总表
2.12040工作面残余瓦斯含量和残余瓦斯压力测定报告
附图:
1、12040工作面瓦斯抽放钻孔检测孔及布置图(1:
1000)
12040采煤工作面顺层钻孔瓦斯抽放量汇总表
日期
混合瓦斯量
(m3/min)
纯瓦斯量
(m3/min)
抽放量累计
万m3
备注
平均浓度%
2013年10月
6.00
0.72
3.22
12
2013年11月
6.34
0.95
4.10
15
2013年12月
7.54
0.83
3.68
11
2014年1月
9.30
0.65
2.91
7
2014年2月
7.75
0.31
1.24
4
合计
15.15
12040工作面
残余瓦斯含量和残余瓦斯压力测定报告
登封市仟祥煤业有限责任公司
2014年3月
1、
基础资料
1、矿井瓦斯地质图;
2、矿井瓦斯抽采达标工艺方案;
3、矿井采掘工程平面图;
4、12040工作面小煤柱图;
5、瓦斯抽放钻孔施工资料;
6、测压地点的平面图、剖面图。
2、煤层瓦斯压力测定
采用标准《AQ/T1047-2007煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》。
采用主动测压方法。
1、测压方案及地点的选择
测压地点应选择在煤壁比较完好的地点。
12040工作面下付巷布置了6个检测孔。
2、测压器材
(1)压力表:
量程大于估计压力1.5倍的压力表。
压力表的精度优于1.5级。
(2)测压管:
每个钻孔选用4′镀锌铁管,每节长2m,用螺纹、直接头联接,最外一节接4′测压球心阀,最里一节与筛孔管相接。
(3)封孔材料:
采用水泥砂浆封孔,封孔深度为8m。
(4)生胶带:
密封各测压管街头用。
(5)4′直接头:
连接各测压管用。
3、钻孔施工:
采用ZY-1250型钻机,孔径75mm。
钻孔施工过程中,记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔开始见煤长度及钻孔在煤层中的长度,钻孔开孔时间、见煤时间及钻孔钻毕时间。
4、封孔工艺:
钻孔施工完后,24小时内进行封孔。
在测压孔内插入筛孔管,再逐节接入测压管。
为保证其气密性,测压管管接头部分须采用生胶带缠绕。
孔口2m段固定牢固后将膨胀水泥倒入搅拌桶,加入清水充分搅拌均匀,至呈粘稠状为止。
用注浆泵将搅拌好的膨胀水泥泵入孔内,待测压管见浆液返出立即停泵,同时关闭设置在注浆管孔口的注浆闸阀。
5、注气补偿压力损失:
待水泥砂浆凝固牢固后利用井下压风管路连接注气装置(图1)对钻孔气体损失进行补偿,以缩短压力测试周期,节省时间。
注气时间不低
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