张集矿北区矿井和东一采区瓦斯综合治理防灭火防尘设计.docx
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张集矿北区矿井和东一采区瓦斯综合治理防灭火防尘设计
淮南矿业集团公司张集煤矿北区
矿井和东一采区
瓦斯综合治理、防灭火、防尘设计
编制:
通风科
日期:
2006年5月
张集矿北区矿井和东一采区
瓦斯综合治理、防灭火、防尘设计
第一章矿井主要概况
第一节矿井概况
张集矿北区位于凤台县城西约20公里处,西与谢桥矿毗邻,东北与顾桥井田接壤,南与张集矿中央区相接。
设计生产能力年300万吨,系统能力年600万吨;矿井于2005年7月1日试生产,2005年实际出煤153万吨,2006年计划出煤300万吨。
井田东西走向长7.6公里,南北倾斜宽3.0~6.0公里,面积约30平方公里,矿井占地面积1063亩,可采储量5.5亿吨。
张集矿北区采用立井、主要大巷(或石门)开拓。
共划分为3个石门采区,即东一、西二、西三三个采区,矿井主要进风大巷为-492m东翼轨道石门,-492m西二采区2#轨道石门,-512m~-380m胶带机下山;矿井主要回风大巷为东翼1#回风石门,东翼2#回风石门,西二采区1#回风石门。
井底车场水平标高为-492m,目前生产的为矿井一水平东一采区,东一采区划分为北翼和南翼二部分,北翼和南翼分别布置四条上、下山,上与采区总回风巷相通,下与采区石门相连,系统完善。
其中南翼皮带机大巷和南翼7煤轨道大巷作为南翼的进风大巷,南翼8煤回风下山和南翼8煤第二回风下山作为南翼的回风大巷;其中北翼皮带机大巷和北翼7煤轨道大巷作为北翼的进风大巷,北翼8煤回风大巷和北翼8煤第二回风大巷作为北翼的回风大巷;形成“双进双回”的采区通风系统。
开采范围内均采用下山开采。
根据煤层赋存条件,东一采区采用倾斜长壁开采,西二、西三采区采用走向长壁开采。
第二节目前北区的采、掘工作面的布置概况
一个回采面:
11218综采工作面,一个收作面:
11418(W)收作面,三个煤巷掘进头:
11718轨顺、11718运顺、11718轨顺提料联巷,七个岩巷掘进头:
11718高抽巷、西二采区南翼2#回风石门、东一采区南翼7煤胶带机大巷、11126皮带机巷联巷、11126回风巷联巷、西二采区2#轨道石门、西二采区1#回风石门南段。
一、11218采煤工作面概况
1工作面回采范围
11218工作面深部切眼临近F216断层,浅部停采至8煤工广保护煤柱线,工作面可采范围的标高-480m~-620m。
2工作面自然参数
该面为倾斜长壁工作面。
工作面可采长度1860m,面长240m。
该面煤厚3.2m~3.93m,局部煤厚变化大,煤层一般结构为0.45(0.35)2.80,平均储量计算煤厚为3.25m;煤层倾角2゜~10゜,平均为4゜。
工作面可采储量情况:
1860×240×3.25×1.36×95%=187.4万T。
3工作面计划安排
11218采煤面于2006年3月5日试生产。
该面计划8刀/日,每刀0.8m,日进度6.4m,日产量8000t。
工作面月度计划进度为192m;预计2006年10月工作面收作。
4煤层及顶底板岩性
该面8煤顶板多为灰黑色泥岩~砂泥岩,伪顶为炭质泥岩,一般厚0~0.4m。
五2钻孔东有一近南北向的直接顶为灰~灰白色细~中粒砂岩老顶分布区域。
直接顶板泥岩~砂泥岩厚0~6.4m,平均4.3m,临近工作面中东部的五2孔以东区域有直接顶为砂岩老顶区,厚度在10~18m之间。
底板泥岩~砂泥岩厚度介于3.1~5.4m,平均3.7m。
8煤属于半暗型~半光亮型,煤岩组分以亮煤为主,含暗煤和镜煤条带。
煤厚介于3.2~3.93m之间,煤层一般结构为0.45(0.35)2.80,平均储量计算煤厚为3.25m。
从8煤厚趋势看,11218工作面北部的煤厚比南部的稍好些。
8煤层其结构复杂,8煤层一般上部含有一层夹矸,夹矸厚度0~0.8m,有时煤层中含有2~3层夹矸。
煤岩层临近断层附近裂隙较发育,其他区域一般不甚发育。
第二章矿井瓦斯涌出量预测
第一节瓦斯地质及煤层瓦斯含量
一瓦斯地质
张集矿北区邻近矿井属高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井,其中:
北区东部的潘一、潘二、潘三以及西部的谢桥矿井均不同程度地发生过煤与瓦斯突出,中部的顾桥、张集矿井中央区均为突出矿井。
综合分析淮南潘谢矿区各矿井的实际瓦斯含量,结合张集矿北区实际生产过程中的瓦斯涌出情况,并参考2005年张集矿北区的瓦斯鉴定结果:
全矿井最大绝对瓦斯涌出量55.96m3/min;最大相对瓦斯涌出量11.72m3/t·d;平均绝对瓦斯涌出量48.61m3/min;平均相对瓦斯涌出量10.18m3/t·d。
由此可以看出,张集矿井北区属于高瓦斯矿井。
二煤层瓦斯含量
全矿井共计利用瓦斯测试成果97个,瓦斯采样测试的重点是主要可采煤层13-1、11-2、8、6、1煤层。
2002年5月,安徽煤田地质局勘察研究院对本煤田的此前勘探作了汇编总结,对原始瓦斯测试成果进行了分析,得出13-1、11-2、8煤层瓦斯含量与标高的回归关系,绘制了瓦斯地质图。
各主采煤层瓦斯含量与埋藏深度回归关系见表1
表1主采煤层瓦斯含量与埋藏深度回归关系一览表
煤层
瓦斯含量与埋藏标高(H)
瓦斯含量与基岩面深度(h)
点数
公式
r
公式
r
13-1
16
q=-0.0245H-8.0411
0.8401
q=4.8032lnh-18.988
0.7831
11-2
8
q=-0.0204H-7.0624
0.9358
q=2.7966lnh-10.176
0.9303
8
14
q=-0.0293H-11.134
0.8266
q=6.02582lnh-27.48
0.8347
表中13-1、11-2煤层数据仅适应中央区,8煤层适应全井田。
根据此回归关系,8煤层-585m处瓦斯含量达6.0m³/t,含量梯度为2.93m³/t·hm。
8煤层为张集矿北区初期主要可采煤层,北区8煤层共有10个瓦斯测样钻孔,瓦斯含量最大值见于五-六线1孔,标高-504.58m,其瓦斯含量为7.38m³/t,五10孔测样含量值为4.59m³/t,位于东一采区内,根据矿井提供的8煤层瓦斯含量等值线图可知:
北区8煤层有一局部瓦斯聚积区,其中大部份位于北区东一采区内,部份位于西一采区,西二采区8煤层瓦斯含量大都在4m³/t以下。
因此,北区东一采区煤层瓦斯含量较高,且首采8煤层还会引起上、下邻近层瓦斯向开采层大量涌出,其瓦斯治理难度较大。
由于东一采区回采工作面为倾斜条带布置,3~5条带处在瓦斯赋存富集区,其余条带瓦斯含量明显下降;各条带上、下端瓦斯有一定的差异,第五勘探线以东瓦斯明显下降。
影响工作面瓦斯涌出的最大因素还在于采区内的瓦斯赋存聚积区,该聚积区位于采区中上部,倾斜长约1000m,平均含量为6m³/t,高于区外约30~50%。
北区6煤层共有10个瓦斯测样钻孔,含量最大值见于三线14孔,标高-645.69m,含量为9.36m³/t。
张集矿北区8、6、1煤层共有瓦斯测试成果46个点,其各水平瓦斯含量见表2
表2北区8、6、1煤层各水平瓦斯含量一览表
项目
8煤层
6煤层
1煤层
孔数
瓦斯含量
(m³/t)
孔数
瓦斯含量(m³/t)
孔数
瓦斯含量(m³/t)
00m~-500m
3
2.21~7.01/4.23
1
1.67
3
0.55~2.29/1.63
-500m~-600m
5
2.07~8.86/5.33
6
2.14~6.44/3.96
4
2.15~8.22/5.43
-600m~-700m
2
2.54~7.43/4.99
1
6.32
13
1.31~16.55/6.21
-700m~-800m
2
3.83~6.29/5.06
1
2.26
4
2.17~10.66/6.00
-800m以下
1
7.38
1
9.34
瓦斯风化带:
东一、西二采区为基岩顶界面下200m;西三采区为基岩顶界面下110m。
第二节瓦斯涌出量预测
一矿井瓦斯涌出量预测
1采用分源预测法预测回采工作面的瓦斯涌出量
回采工作面瓦斯主要来源于本煤层、围岩及邻近层。
本煤层瓦斯涌出量根据煤层厚度、采高、产量、采场丢煤、采场所在位置的瓦斯含量掘进预排系数等因素综合计算;邻近层涌向开采层的瓦斯根据其层位、含量、厚度等因素进行计算;本区8煤层上部赋存有9-2、9-1煤层,下部赋存有7-2、7-1、6煤层。
q=q本+q邻……………………
(1)
q本=K1K2K3K4K5(M/m)(X0—XC)……………………
(2)
q邻=K6∑ni=1ηi(Mi/m)(X0i—Xci—K7iX0i)………(3)
式中:
q—回采工作面相对瓦斯涌出量(m3/t)
q本—本煤层相对瓦斯涌出量(m3/t)
q邻—邻近层相对瓦斯涌出量(m3/t)
K1—围岩瓦斯涌出系数,取1.2
K2—工作面丢煤瓦斯涌出系数,取1.1
K3—掘进工作面预排瓦斯影响系数,取0.94
K4—不同通风方式的瓦斯涌出系数,取1.0
K5—本煤层抽采瓦斯影响系数,取1.3
K6—邻近煤层抽采瓦斯综合影响系数,取1.2
M、m—本煤层的煤层厚度、回采高度(m)
X0、XC—本煤层的原始、残存瓦斯含量(m3/t)XC取2m3/t
ηi—第i上邻近煤层或第i下邻近煤层的瓦斯排放率(%)
据煤炭工业部出版《矿井瓦斯综合治理技术》第37页图222,不同层间距离邻近层瓦斯排放率曲线查得:
Mi—第i邻近煤层的煤层厚度(m)
X0i、Xci—第i邻近煤层的原始、残存瓦斯含量(m3/t)
Xci=(1—ηi)(1—K7i)X0iK7i为第i上或下邻近层的瓦斯预排率
1.1采用分源预测法预测回采工作面的瓦斯涌出量结果
一)、本煤层瓦斯涌出量预测
其基本参数代入式
(2)计算,结果见下表:
张集北区11218面本煤层瓦斯涌出量预测表
工作面区域
标高(m)
瓦斯含量
(m3/t)
相对瓦斯涌出量
(m3/t)
Ⅰ
-480~-505
4.1
5.61
Ⅱ
-505~-530
4.8
5.81
Ⅲ
-530~-555
5.2
6.40
Ⅳ
-555~-580
5.9
6.88
Ⅴ
-580~-605
6.5
7.26
Ⅵ
-605~-620
7
8.07
二)、邻近煤层瓦斯涌出量预测结果
由地质资料可看出,在8煤层回采时,上邻近煤层有9煤、下邻近煤层有7-2煤、7-1煤、6煤的瓦斯向工作面涌出,其基本参数代入式(3)得下表。
煤层
煤厚(m)
与开采层间距(m)
瓦斯含量(m3/t)
η%
相对瓦斯含量(m3/t)
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
9
1.03
20.01
2.35
2.58
2.58
3.04
3.24
3.44
75
0.51
0.56
0.61
0.66
0.70
0.75
7~1
1.17
9.63
2.4
3.1
3.1
4.45
5.05
5.65
40
0.17
0.21
0.27
0.31
0.35
0.40
7~2
1.23
18.68
2.36
2.72
3.08
3.47
3.77
4.07
30
0.10
0.11
0.13
0.14
0.16
0.17
6
3.92
38.34
2.36
2.72
3.08
3.47
3.77
4.07
18
0.11
0.13
0.15
0.17
0.18
0.19
相对瓦斯涌出量m3/t(合计)
0.89
1.01
1.16
1.28
1.39
1.51
三)、11218回采工作面相对瓦斯涌出量
将本煤层相对瓦斯涌出量、邻近煤层相对瓦斯涌出量代入式
(1),
计算结果如下:
工作面区域
标高(m)
相对瓦斯涌出量m3/t
Ⅰ
-480~-505
6.50
Ⅱ
-505~-530
6.82
Ⅲ
-530~-555
7.56
Ⅳ
-555~-580
8.16
Ⅴ
-580~-605
8.65
Ⅵ
-605~-620
9.58
四)、11218回采工作面绝对瓦斯涌出量
工作面回采期间日产量按7000吨计算,经计算绝对瓦斯涌出量,结果如下:
工作面区域
标高(m)
绝对瓦斯涌出量m3/min
Ⅰ
-480~-505
31.61
Ⅱ
-505~-530
33.17
Ⅲ
-530~-555
36.74
Ⅳ
-555~-580
39.69
Ⅴ
-580~-605
42.05
Ⅵ
-605~-620
46.57
利用分源预测法预测11218回采工作面绝对瓦斯涌出量为46.57m3/min。
1.2采用类比法预测采煤面的瓦斯涌出量
11418(W)综采面工作面长240m,回采长度1320m,回采标高为-475~-550m,煤层厚度为2.5m~3.45m,平均3.2m,煤层倾角为2~5°,平均3°。
11218综采面工作面面长240m,回采长度1860m,回采标高为-480~-620m,煤层厚度为3.2~3.93m,平均煤厚3.25m,煤层倾角为2~10°,平均40。
因11218综采面与11418(W)综采面的煤层地质条件、采煤方法、煤层槽别等方面相类似,11418(W)综采面回采期间的瓦斯涌出量为:
瓦斯相对涌出量:
8.9m3/t,瓦斯绝对涌出量:
53.57m3/min。
所以可以根据11418(W)综采面回采期间的瓦斯收集资料情况来预测11218综采面回采期间的瓦斯涌出情况。
类比法预测结果为:
1、11218综采面瓦斯相对涌出量:
10.9m3/t。
2、11218综采面瓦斯绝对涌出量:
60.57m3/min。
根据以上二种预测方法的预测结果,并结合11218综采面回采期间的实际瓦斯涌出量,取其中的最大值做为预测结果即:
1、11218综采面瓦斯相对涌出量:
10.9m3/t。
2、11218综采面瓦斯绝对涌出量:
60.57m3/min。
2采用分源预测法预测掘进工作面的瓦斯涌出量
全煤及半煤岩掘进巷道的瓦斯来源包括两部分,即从煤壁涌出和落煤涌出。
a、煤壁瓦斯涌出量
q1=n·m·V·G0·[2(L0/V)0.5-1],m3/min;
式中:
q1—掘进巷道内煤壁的瓦斯涌出量,m3/min;
n—巷道涌出瓦斯(暴露)煤壁个数,单孔送道时n=2;
m—煤层厚度,m;
V—平均掘进速度,m/min;
G0—暴露煤壁瓦斯涌出初速度,m3/(m2·min);采用下式进行计算:
G0=0.0263*[0.0004(Vr)2+0.16]*WO,m3/(m2·min);
式中:
Vr——煤中挥发份含量,%;
L0——掘进巷道长度,m;其中最大长度的合理取值应按煤壁瓦斯极限排放时间取值,
L0=[(GO/0.00025)2-1]·V,m;
上式适用于低变质煤,煤层厚度为巷道的2倍。
b、掘进巷道落煤时瓦斯涌出量
q2=S·V·γ·K4·W0,m3/min;
式中:
q2——掘进巷道落煤时平均瓦斯涌出量,m3/min;
S——巷道见煤断面;
γ——煤的容重,t/m3;
c、掘进巷道瓦斯涌出量
q掘=q1+q2,m3/min;
式中:
q掘——掘进巷道掘进时平均瓦斯涌出量,m3/min。
8煤层煤巷综掘头月进度为230米,其瓦斯涌出量预计为0.75~2.03m3/min,8煤层煤巷炮掘头月进度为100米,其瓦斯涌出量预计约为0.25~0.4m3/min,岩巷瓦斯涌出量预计为0.12~0.28m3/min。
3采用分源预测法预测收作面及采空区的瓦斯涌出量
根据收作面的回风风量和回风流中的瓦斯浓度,11418(W)收作面的瓦斯涌出量为3.4m3/min,采空区的瓦斯涌出量估算为1.12m3/min。
采区
序号
工作面名称
下顺槽标高(m)
煤层瓦斯含量(m3/t)
日产量(t)
瓦斯涌出量m3/min
相对涌出量m3/t
东一采区
1
11218综采面(综采队)
-605
6.53
8000
60.57
10.9
2
11418(W)收作面
-475
2.4
3.4
3
11718轨顺
1.66
4
11718运顺
1.13
5
11718轨顺提料
联巷
0.8
6
西二采区2#回风
石门
0.76
7
11718高抽巷
0.23
8
东一采区南翼7煤胶带机大巷
0.2
9
11126皮带机巷
联巷
0.12
10
11126回风巷
联巷
0.16
11
西二采区2#轨道
石门
0.13
12
西二采区1#回风
石门
0.15
采空区
1.12
北区矿井合计
8531
70.43
11.89
根据以上预测结果可知:
张集矿北区全矿井暨东一采区的瓦斯涌出量为:
60.57+5.34+3.4+1.12=70.43m3/min
4矿井瓦斯涌出量预测结果
综合利用分源预测法和类比法的矿井瓦斯涌出量的预测结果,并结合矿井的实际瓦斯涌出量,最终确定张集矿北区矿井暨东一采区的瓦斯涌出量为70.43m3/min,11218综采面瓦斯绝对涌出量:
60.57m3/min。
第三章瓦斯治理设计
第一节通风设计
一、矿井通风系统概况:
目前张集矿北区工业场地内设3个井筒,主井(D5.5m)、副井(D6.8m)和回风井(D6.0m),矿井初期的通风方式为中央并列式。
其中2个进风井:
主井、副井,1个回风井,担负全矿井的回风;全矿井目前只有一个东一采区,实行了分区通风,北区矿井的主要进风大巷为:
东一采区-492m东翼轨道石门、-492m支架硐室、-512m~-380m胶带机下山;新鲜风流通过主要进风大巷进入东一采区南、北翼内的轨道大巷和皮带机大巷,再进入采区内的各个采、掘工作面,回风经过采区内南、北翼的8煤回风大巷和第二回风大巷进入矿井总回风道,在东一采区的南、北翼各形成“双进双回”的采区通风系统;后期开采西三采区时,需在其浅部增补一个回风井(即西风井),现安装二台型号为GAF37.5—22.4—1型轴流式抽风机,一台使用,一台备用,配套电机为TD3200—8同步电机、电机功率3200kw,总进风量18086m3/min,总回风量18109m3/min,工作负压3540Pa,等积孔6.4m2,采用全负压抽出式机械通风。
二、矿井和东一采区的风量分配情况:
北区主要进风巷道的进风量如下:
东一采区-492m东翼轨道石门6496m3/min
-492m支架硐室5405m3/min
-380m胶带机下山4352m3/min
北区主要回风巷道的回风量和瓦斯浓度如下:
东一采区1#回风石门9885m3/min,瓦斯浓度为0.29%
东一采区2#回风石门6690m3/min,瓦斯浓度为0.16%
西二采区1#回风石门864m3/min,瓦斯浓度为0.04%
采区内主要进风大巷风量分配如下:
北翼7煤轨道大巷3264m3/min
北翼8煤皮带机大巷2526m3/min
南翼8煤皮带机大巷3188m3/min
南翼7煤轨道大巷1554m3/min
采区内主要回风大巷风量分配和瓦斯浓度如下:
北翼8煤第一回风巷4312m3/min,瓦斯浓度为0.52%
北翼8煤第二回风巷5033m3/min,瓦斯浓度为0.49%
南翼8煤第一回风巷2033m3/min,瓦斯浓度为0.13%
南翼8煤第二回风巷4033m3/min,瓦斯浓度为0.26%
11218工作面和11418(W)收作面采用运顺进风,轨顺回风,通风方式为“U”型独立通风。
其中11218综采面风量为3419m3/min,回风流中的瓦斯浓度约0.58%;11418(W)收作面风量为1922m3/min,回风流中的瓦斯浓度约0.16%。
由此可以看出矿井总风量较为富裕,采区回风巷道、矿井总回风道和采煤面回风流中正常情况下的瓦斯浓度均较小。
矿井的风排瓦斯量为9885×0.29%+6690×0.16%+864×0.04%-5.13(井下移动抽采泵排放瓦斯量)=28.67+10.7+0.35-5.13=34.59m3/min。
第二节抽采系统设计
一、矿井抽采系统设计
北区的抽采系统分为地面永久抽采系统和井下临时抽采系统,井下高瓦斯采煤工作面均按规定进行了瓦斯抽采,2006年北区年度计划抽采瓦斯1300万m3,抽采率不低于50%。
地面永久抽采系统:
矿井永久抽采系统总体设计采用4台2BEF-72型抽采泵,配560kw电机。
目前已安装并使用了2台(用于抽采11218采煤面的瓦斯),2台在建(06年9月份可以投入使用,用于抽采11718采煤面的瓦斯);单台抽采混合量可达300m3/min。
地面抽采干管为Φ800mm螺纹焊管,利用抽采钻孔配Φ560mm工作管至风井下口井底-492m水平与井下Φ630mmPE管合茬,一路从抽采钻孔下口至东一采区1#回风石门管路采用Φ630mmPE管,再用Φ630mmPE管经北翼8煤回风大巷接至11218采煤面高抽巷,重点抽采11218高抽巷内的瓦斯;另一路从抽采钻孔(目前正在施工,预计06年8月份可以正式投入使用)下口至东一采区2#回风石门管路采用Φ630mm螺纹焊管,再用Φ630mm螺纹焊管经南翼8煤第一、第二回风下山接至11718采煤面高抽巷,重点抽采11718高抽巷内的瓦斯。
在东一采区8煤北翼第一回风大巷内安设一路Φ500mmPE管,在东一采区8煤南翼第一、第二回风下山内各安设一路Φ630mm螺纹焊管,在11218高抽巷内埋设一路Φ500mm螺纹焊管,在11718高抽巷内埋设二路Φ500mm螺纹焊管。
地面永久抽采系统目前主要抽采11218高抽巷内的瓦斯;在以后回采11718采煤面时,在11718高抽巷内埋设二路Φ500mm螺纹焊管,抽采11718高抽巷内的瓦斯;正常抽采时(日产8000t)混合量为270m3/min,抽采浓度可达11.23%,抽采纯量平均为30.84m3/min左右,抽采纯量最大可达43m3/min。
井下临时抽采系统:
井下临时抽采系统采用4台2BE1-353型抽采泵,配160Kw电机,其中2台并联运行,一台抽采11218运顺顺层钻孔、轨顺顺层钻孔、轨顺顶板钻孔和巷帮钻孔内的瓦斯,一台抽采11418(W)收作面尾抽巷、11218老塘埋管和上隅角内的瓦斯,一台备用。
在东一采区北翼8煤第一回风大巷内安设二路Φ400mmPE管路,经11218风桥接至11218轨顺、运顺,在11218轨顺内安设一路Φ377mmPE管路和一路Φ273mm溥壁铁管,在11218运顺内安设一路Φ273mm溥壁铁管,抽采混合量可达60m3/min,抽采浓度可达4.65%,抽采纯量为5.13m3/min。
抽采泵站设置在东一采区北翼8煤轨回一联巷处。
出口设在风井下口北车场,出口处风量10296m3/min。
在以后回采11718采
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