xx煤矿煤层气抽采利用规模化建设方案.docx
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xx煤矿煤层气抽采利用规模化建设方案
榆树岭煤矿煤层气抽采利用
规模化建设方案
新疆库车县科兴煤炭实业有限责任公司
2009年5月
1、煤矿区煤层气抽采利用形势
1.1煤炭开发形势
一、煤炭赋存情况
本区含煤地层为下侏罗统塔里奇克组(J1t),地层厚度为340~355m,含煤8~11层,自上而下编号为下1~下12。
其中下5、下7、下8、下10及下12为主要可采煤层。
下5煤层露头在本区内均已火烧,其余各煤层多为局部可采和不可采煤层,本次工作所控制煤层总厚度最大为28.67m,其含煤系数为8.19%。
㈠、煤层倾角:
本矿井煤层倾角10°左右,属缓倾斜煤层,井田周边境界清楚,设计井田境界煤柱按20m留设。
㈡、埋深:
含煤地层为下侏罗统塔里奇克组(J1t),地层厚度为340~355米,含煤8~11层,自上而下编号为下1~下12。
其中下5、下7及下8、下10、下12为主要可采煤层,也是本层工作的重点煤层。
下5煤层露头区内均已火烧,其余各煤层多为局部可采和不可采煤层,本次工作所控制煤层总厚度最大为28.67米,其含煤系数为8.19%。
二、煤质
(一)、物理性质
本区各煤层物理性质基本相同,均为黑色,碎块及粉末状,性脆,沥青光泽,参差状~阶梯状及贝壳状断口,比重大,条带状及均一状结构,节理及内生裂隙发育,宏观煤岩类型主要以半亮型及半暗型煤为主。
本区各煤层显微煤岩组成,均以有机显微组份的镜质组份为主,惰质组份次之。
变质阶段:
各煤层的变质阶段均为0~Ⅰ。
显微煤岩类型:
区内各煤层的煤岩类型均为亮暗煤~暗亮煤型。
(二)煤的化学性质和工艺性能
据本次采样化验分析,本区各主要可采煤层其化学性质如下:
1、化学性质
(1)工业分析
下5煤层:
其原煤空气干燥基水份M.ad含量较稳定,一般在0.92%~1.18%之间,平均为1.03%,精煤空气干燥基水份M.ad为0.96%~1.55%,平均为1.26%;原煤干基灰份A.d为4.38~21.15%,平均9.67%,精煤干基灰份A.d产率为2.76~9.71%,平均5.13%;原煤可燃基挥发份产率V.daf为35.82~40.51%,平均38.36%,精煤可燃基挥发份产率V.daf为34.46~39.93%,平均37.15%。
下7煤层:
其原煤空气干燥基水份M.ad一般在0.62%~1.20%之间,平均为0.80%,精煤空气干燥基水份M.ad为0.80%~1.34%,平均为1.04%;原煤干基灰份A.d产率为5.24~33.63%,平均22.87%,精煤干基灰份产率A.d为3.12~10.57%之间,平均7.35%;原煤可燃基挥发份产率V.daf为34.96~40.45%,平均38.92%,精煤可燃基挥发份产率V.daf为33.45~39.36%,平均37.58%。
下8煤层:
其原煤空气干燥基水份M.ad一般在0.72%~0.79%之间,平均为0.73%,精煤空气干燥基水份M.ad为0.80%~1.04%,平均为0.91%;原煤干基灰份A.d产率在21.06~26.88%之间,平均23.26%,精煤干基灰份产率A.d平均5.21%;原煤可燃基挥发份产率V.daf为37.40~41.93%,平均39.19%,精煤可燃基挥发份产率V.daf平均为38.10%。
下10煤层:
原煤空气干燥基水份M.ad在0.72%~1.32%之间,平均为0.87%,精煤空气干燥基水份M.ad为0.43%~1.61%,平均为1.01%;原煤干基灰份A.d产率在6.02~23.55%之间,平均12.50%;精煤干基灰份产率A.d在1.76~7.06%之间,平均3.53%;原煤可燃基挥发份产率V.daf为36.72~42.36%,平均39.52%,精煤可燃基挥发份产率V.daf为34.92~38.73%,平均为37.23%。
下12煤层:
原煤空气干燥基水份M.ad在0.70%~0.92%之间,平均为0.81%,精煤空气干燥基水份M.ad为0.79%~1.18%,平均为1.02%;原煤干基灰份A.d产率在10.17~19.22%之间,平均15.44%;精煤干基灰份产率A.d在2.42~7.95%之间,平均4.58%;原煤可燃基挥发份产率V.daf为32.10~44.01%,平均38.34%,精煤可燃基挥发份产率V.daf为31.36~38.49%,平均为36.42%。
各煤层煤质主要指标见表1-2-2。
各煤层煤质主要指标成果表
表1-2-2
煤层
编号
原煤分析
精煤分析
M.ad
(%)
A.d
(%)
V.daf
(%)
M.ad
(%)
A.d
(%)
V.daf
(%)
下5
下7
下8
下10
下12
注:
该平均值为加权平均值
(2)元素分析:
各煤层元素含量均以炭元素干燥基C.daf含量为主,均在80%以上,氧加硫元素干燥基(O+S).daf含量次之,多在10%左右。
氢元素H.daf含量变化范围在5%左右,氮元素N.daf含量均在1.5%以下。
各可采煤层元素分析见表1-2-3。
各可采煤层元素分析成果表
表1-2-3
煤层
编号
元素分析
C:
H
C.daf
(%)
H.daf
(%)
N.daf
(%)
(O+S).daf
(%)
下5
16.0
下7
15.0
下8
16.2
下10
15.7
下12
16.0
(3)煤中的有害元素
各煤层的有害元素中干基全硫含量较低,在0.10%~0.66%之间,其它各有害元素,磷、氯、砷含量也较低,氟含量虽变化范围较大,在14~93ug/g之间,但达不到对环境产生危害的指标值,可满足各部门对煤中有害元素的要求标准。
各可采煤层有害元素见表1-2-4。
各可采煤层有害元素汇总表
表1-2-4
煤层
编号
全硫St.d(%)
磷P.d
(%)
氟F.ad
(%)
氯CL.d
(%)
砷As.ad
(ug/g)
原煤
精煤
下5
1
下7
下8
下10
下12
2、煤的工艺性能
(1)发热量
据采样资料,本区各煤层发热量较高,原煤干基弹筒发热量均在25MJ/Kg以上,最高可达33.43MJ/Kg,属中等~高发热量煤。
各煤层发热量见表1-2-5。
各煤层发热量成果表(两极值/平均值)
表1-2-5
煤层
编号
原煤分析
精煤分析
Qb.d(MJ/Kg)
Qb.daf(MJ/Kg)
Qb.daf(MJ/Kg)
下5
下7
下8
下10
下12
(2)煤的粘结性
本区主要可采煤层中下5煤层粘结指数变化较大,从最小为8到最大为95,下7、下8、下10、下12煤层粘结指数较稳定,多90左右。
各煤层焦渣及粘结性见表1-2-6。
各煤层焦渣特征及粘结性成果表(两极值/平均值)
表1-2-6
煤层
编号
焦渣特征
粘结
指数
胶质层
原煤
精煤
Y(mm)
X(mm)
曲线型
下5
3~7
4~8
8~95
平滑下降~之字~波型
下7
3~7
5~7
53~96
之字~波型
下8
5~7
7~8
73~99
之字~波型
下10
6~7
7~8
90~101
之字~波型
下12
4~7
4~8
39~101
之字
由以上结果可知:
本区可采煤层下5、下7煤层为弱粘结~中强粘结煤;其它则均为中强粘结性。
(3)煤灰成份及灰熔融性
各可采煤层灰成份含量不稳定,上部下5煤层以CaO含量为主,SiO2含量次之;下7、下8煤层则以SiO2含量为主,AL2O3含量次之;下10煤层以SiO2含量为主,Fe2O3和CaO含量次之;下12煤层以SiO2含量为主,AL2O3、Fe2O3和CaO含量次之,AL2O3含量稍高于Fe2O3和CaO含量。
各可采煤层灰成份及灰熔融性见表1-2-7。
煤层灰成份及灰熔融性成果表(两级值/平均值)
表1-2-7
煤层
编号
灰成份测定
灰熔融性
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
MgO
SO3
TiO2
ST℃
下5
6.24~39.61
23.65
12.56~21.56
17.04
3.26~10.98
7.80
22.58~58.20
37.79
3.15~5.80
4.40
0.79~6.06
3.29
0.20~1.17
0.69
1210~1400
1335
下7
29.85~71.81
62.21
4.86~15.58
6.73
10.07~17.23
15.40
2.02~28.52
7.31
1.00~3.72
2.18
1.18~4.56
2.06
0.76~1.30
1.01
1200~>1400
1319
下8
43.89~54.89
49.68
7.88~18.90
13.10
13.64~18.44
16.17
9.62~12.51
10.99
1.92~2.86
2.37
2.20~6.06
4.03
1.09~1.24
1.17
1283~1320
1283
下10
19.59~69.55
43.89
6.41~32.84
19.78
8.23~15.38
11.40
2.89~30.30
14.52
1.39~5.61
3.18
1.45~5.37
3.31
0.49~1.30
0.79
1160~1350
1257
下12
17.88~69.26
53.99
4.80~28.64
11.90
6.54~17.10
13.74
2.47~34.06
11.59
1.02~3.99
2.36
0.76~3.00
1.82
0.14~1.30
0.96
1220~>1400
1326
综上所述,煤的灰成份除下5煤层与下部各煤层有差异外,其余各可采煤层均以SiO2含量为主,其它各成份的含量,不同煤层略有差异。
各可采煤层灰熔融性均为低~高熔灰份。
(三)煤质及其工业用途
根据以上分析可知,本区各主要可采煤层煤质特征如下:
下5煤层为特低灰~低灰、特低硫、特低磷、高挥发份、中高~高热量、低熔~高熔灰份、低水份,具弱粘结~中强粘结性,良等可选的煤,煤类为32弱粘煤为主,45号气煤(RN、QM)次之,局部分布。
下7煤层为中灰~富灰、特低硫、特低磷、低水份、高挥发份、中等~中高发热量、低熔灰~高熔灰份,具弱粘结~中强粘结性,良等可选的煤层,煤类为45号气煤(QM)。
下8煤层为中灰、特低硫、特低磷、低水份、高挥发份、中等~中高发热量、具中强粘结性、高熔灰份、良等可选的煤层,煤类为35~45号气煤和1/3焦煤(1/3JM)。
下10煤层为特低灰~中灰、特低硫、特低磷、低水份、高挥发份、高发热量、具中强粘结性、属低熔~高熔灰份、优等可选的煤层、煤类为35~45号气煤和1/3焦煤(1/3JM)。
下12煤层为低灰~中灰、特低硫、特低磷、低水份、高挥发份、高发热量、具中强粘结性、属低熔-高熔灰份、良等可选的煤层、煤类为45号气煤和1/3焦煤(1/3JM)。
由上述可知:
本区下5煤为良好的工业动力用煤或民用煤,下7~下12煤层可作为炼焦用煤及配煤。
三、地质储量
根据该矿井详查地质报告评审意见书(新国土资储评[2004]120号文)的批复,矿区内下5、下7、下8、下10、下12煤层经估算共获得332+333资源量6654.0万t,其中332资源量2018.0万t,333资源量为4636.0万t。
另有火烧区保安煤柱81.0万t。
矿界范围内分煤层、分水平资源量计算见表2-1-1。
以上储量计算范围是以批准的4个拐点坐标连线的垂直投影线为边界进行计算的,其深部境界至+1350m标高。
此次设计根据自治区国土资源厅下发的《划定矿区范围批复》,对深部开采境界提高至+1500m水平时的矿井资源量进行了计算,其结果为:
332资源量1707.84万t,333资源量3449.41万t,332+333资源量计5157.25万t。
矿界范围内+1500m以上分水平资源量计算结果见表2-1-2。
分煤层、分水平资源量汇总表
表2-1-1单位:
万t
煤层编号
水平
(m)
资源量
火区
保安煤柱
备注
332
333
332+333
下5
+1600m以上
406.47
466.82
873.29
80.86
+1600~+1500m
88.66
1114.91
1203.57
+1500m以下
小计
495.13
1581.73
2076.86
80.86
下7
+1600m以上
243.97
326.32
570.29
+1600~+1500m
162.97
263.06
426.03
+1500m以下
73.92
73.92
小计
406.94
663.30
1070.24
下8
+1600m以上
14.01
68.81
82.82
+1600~+1500m
37.17
95.79
132.96
+1500m以下
62.45
62.45
小计
51.18
227.05
278.23
下10
+1600m以上
469.55
469.55
+1600~+1500m
632.38
348.55
980.93
+1500m以下
225.98
748.81
974.79
小计
858.36
1566.91
2425.27
下12
+1600m以上
86.38
86.38
+1600~+1500m
122.21
209.22
331.43
+1500m以下
84.77
301.56
386.33
小计
206.98
597.16
804.14
合计
+1600m以上
664.45
1417.88
2082.33
80.86
+1600~+1500m
1043.39
2031.53
3074.92
+1500m以下
310.75
1186.74
1497.49
小计
2018.59
4636.15
6654.74
80.86
+1500m以上分水平资源量汇总表
表2-1-2单位:
万t
水平
(m)
资源量
火区
保安煤柱
备注
332
333
332+333
+1600m以上
664.45
1417.88
2082.33
80.86
+1600~+1500m
1043.39
2031.53
3074.92
计
1707.84
3449.41
5157.25
80.86
由上述计算可知,当井田深部开采界限划至+1500m时,其矿井占用资源量很大,与矿井批准的生产规模不匹配,为此设计建议将井田深部开采界限调整至+1600m水平。
矿界范围内+1600m水平以上各煤层资源量计算见表2-1-3。
+1600m以上分煤层资源量汇总表
表2-1-3单位:
万t
煤层编号
资源量
火区
保安煤柱
备注
332
333
332+333
下5
406.47
466.82
873.29
80.86
下7
243.97
326.32
570.29
下8
14.01
68.81
82.82
下10
469.55
469.55
下12
86.38
86.38
计
664.45
1417.88
2082.33
80.86
四、井田可采储量
(一)煤柱留设
1、井筒及工业场地煤柱
本矿井工业场地煤柱留设按工业场地周边建筑物保护等级Ⅱ级确定维护带宽度,其维护带宽度为15m,,并按岩层移动角70°用垂线法进行计算。
本井田采用斜井开拓,井筒煤柱留设按井筒两侧留设30m宽维护带。
并按岩层移动角70°用垂线法进行计算。
由于斜井井筒上部煤柱与工业场地部分煤柱重合,设计将井筒与工业场地煤柱合并计算。
其煤柱量合计为164.1万t。
2、井田境界煤柱
本矿井煤层倾角10°左右,属缓倾斜煤层,井田周边境界清楚,设计井田境界煤柱按20m留设。
经计算,其煤柱量合计为64.0万t。
3、火烧区煤柱
本井田内火烧区位于下5煤层露头处,火烧区裂隙及孔隙发育,含水丰富,且导水能力特强,具备良好的导水通道和储存空间,区内破碎的烧变岩稳定性极差。
现该矿井详查地质报告以下5煤层火烧底界外推50m斜距留作保安煤柱,其煤柱留设宽度满足要求。
而火烧区下部煤层防水煤柱留设应根据计算的防水安全煤岩柱高度留设。
(1)当火烧区下开采下7煤层时,火烧区下部下7煤层可采厚度3.5m,但由于该煤层中间夹矸较厚(0.4~1.3m),需分两层开采,根据本区煤层倾角9°~18°。
岩石平均抗压强度在24~56MPa之间,其导水裂隙带高度计算为:
式中:
H裂——导水裂隙带高度,m;
m——累计采厚,m;
n——分层层数。
从本矿井详查地质报告提供的各剖面图看,下5煤层火烧区底部距下7煤层法线间距为0~30m,小于导水裂隙带高度,故下7煤层在火烧区下不能开采。
(2)当火烧区下开采下8煤层时,火烧区下部下8煤层最大可采厚度0.98m,采用一次采全高,其导水裂隙带高度为:
防水安全煤岩柱的保护厚度根据“三下”开采规范选用公式为:
式中:
H保——防水安全煤岩柱保护厚度,m;
——累计采厚;
n——煤层分层数。
经计算,下8煤层开采的防水安全煤岩柱高度为18.9+5.9=24.8m,而下8煤层在井田可采范围内距下5煤层火烧区底界法线间距为40~55m,大于防水安全煤岩柱高度,故下8煤层不需留设火烧区防水煤柱。
(3)当火烧区下开采下10煤层时,火烧区下部下10煤层最大可采厚度为7.0m,当采用放顶煤一次采全高时,其冒落带最大高度选用经验公式:
HC=(2~4)M,求得冒落带最大高度为28m,而下10煤层距上部下8煤层法线距离为43.8~49.2m(平均46.4m),大于下10煤层开采冒落带高度,故下8、下10煤层应分别计算导水裂隙带高度。
下10煤层开采时的导水裂隙带高度和保护层厚度计算如下:
防水安全煤岩柱高度为103.7+42.0=145.7m。
下10煤层距火烧区底界法线间距为95m~110m,如果采用一次采全高,其防水安全煤岩柱高度大于下10煤层与火烧区底界的法线距离。
但为减少煤炭资源损失,设计建议对火烧区下部的下10煤层采用分层开采,当分二层开采时,其导水裂隙带高度和保护层厚度计算为:
防水安全煤岩柱高度为72.4+21=93.4m,小于下10煤层与火烧区底界的法线距离。
故不需留设火烧区防水煤柱。
(4)当火烧区下开采下12煤层时,火烧区下部下12煤层最大可采厚度为2.4m,当采用一次采全高时,其冒落带最大高度选用经验公式:
HC=(2~4)M,求得冒落带最大高度为9.6m,小于下12煤层距上部下10煤层的法线距离(下12与下10两层煤的法线距离23.8~28.8m,平均26.6m),故下12煤层单独计算导水裂隙带高度。
下12煤层开采时的导水裂隙带高度及保护层厚度计算如下:
防水安全煤岩柱高度为38.9+14.4=53.3m,小于下12煤层与火烧区底界的法线距离。
故下12煤层亦不需留设火烧区防水煤柱。
综合以上计算,本矿井下5煤层火烧区煤柱按下5煤层火烧区底界向下留设50m斜长(其煤柱量已在地质报告中另行计算),下7煤层按下5煤层火烧区范围用垂线法以70°岩层移动角进行计算,其煤柱量为278.4万t。
4、大巷煤柱
为了保护水平大巷,在运输大巷和回风大巷两边各留30m煤柱。
经计算,各煤层大巷煤柱量为203.7万t。
5、采空区煤柱
本矿井井田范围内原东风煤矿主要开采下5煤层,最低开采深度至+1600m水平,走向开采范围东部至井田边界,西部至10号勘探线附近。
矿井停产多年,采空区与火烧区已贯通,采空区积水大,为保证矿井安全生产,下5煤层沿采空区边界外推50m留设防水煤柱,下7煤层根据上述导水裂隙带高度计算,以下5煤层采空区防水煤柱边界按70°岩层移动角用垂线法进行计算。
而下8、下10、下12煤层则不需留设采空区煤柱。
经计算,采空区煤柱量合计为177.9万t。
6、断层煤柱
本井田地质勘探中尚未发现断层存在,设计暂不留设断层煤柱。
(二)可采储量
本矿井下5、下7、下10煤层平均厚度分别为9.21m、3.58m、6.62m,均属厚煤层,设计采区回采率按75%计算;下8煤层平均厚度为0.95m,属薄煤层,设计采区回采率按85%计算;下12煤层平均厚度为2.20m,属中厚煤层,设计采区回采率按80%计算。
经计算矿井可采储量为836.4万t。
可采储量计算详见表2-1-4。
可采储量计算表(+1600以上)
表2-1-4单位:
万t
煤层编号
地质储量
资源量332+333
永久煤柱损失
开采损失
可采储量
332
333
井筒及工场
火烧区
井田境界
大巷
采空区
小计
下5
406.47
466.82
873.29
68.3
—
12.8
73.8
37.4
192.3
170.2
510.8
下7
243.97
326.32
570.29
23.8
278.4
2.6
23.5
140.5
468.8
25.4
76.1
下8
14.01
68.81
82.82
9.8
—
4.3
9.2
—
28.2
8.2
46.4
下10
—
469.55
469.55
57.3
—
44.3
97.2
—
198.8
67.7
203.1
合计
664.45
1331.5
1995.95
164.1
278.4
64.0
203.7
177.9
888.1
271.5
836.4
2)煤炭开采情况
一.矿井所有制
榆树岭煤矿矿井业主库车县科兴煤炭实业有限责任公司前身是国营企业,1999年10月18日实施股份制改造后,更名为“库车县科兴煤炭实业有限责任公司”,法人代表:
徐峰林,注册资金:
5229.98万元,公司经营地址:
新疆库车县民航路86号。
公司自成立至今,从业人员近1200多人。
二、设计规模
榆树岭煤矿120万吨/年矿井是在榆树岭15万吨/年矿井项目的基础上整合扩新建的,2007年4月17日,库车县人民政府以库政发[2007]39号文出具了同意立项的文件,200
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