度67.0m. 其上与马凹组(J22)呈平行不整合接触. 其下与三叠系谭庄组呈角度不整合接触.
1). 岩性组合特征
义马组(J12)含煤岩系自下而上划分4段:
(1). 底砾岩段
厚0.30-32.81m, 平均厚度7.70m.
由浅灰色砾岩, 砂岩及棕灰色含砾粘土岩组成, 为一套河床相及河漫相沉积物,
在煤层分叉区为二-3煤底板, 合并区为二煤底板.
(2). 下含煤段
厚5.31-39.34m, 平均32.30m.
该段为义马组主要含煤段, 含二煤组(二-1煤, 二-3煤), 其上称二-1煤, 其下称二
-3煤, 两层合并后称二煤. 以煤层分差合并线为界, 本段岩煤层组合差异显著. 二煤分叉为二-1煤, 二-3煤,本分叉后煤层总厚度变小, 两煤层间为一套三角洲相砂质沉积物. 该层特征明显, 层位稳定, 为义马煤田重要标志层之一, 其编号为J12S1. 其厚度变化自北向南, 自东向西变薄尖灭. 在井田西北边角处极小范围内有二-2煤存在.
合并区: 以厚及特后二煤层为主体, 属于泥炭沼泽相沉积, 煤层最大厚度为
37.48m, 纯煤厚度为m.
(3). 泥岩段
厚4.40-42.20m, 平均24m. 在井田内该层自北向南, 自东向西逐渐增厚, 在煤层
分叉区为二-1煤顶板, 在合并区为二煤顶板.
(4). 上含煤段
厚度为0 - 9.09m, 平均3.00m. 仅不同程度留于井田的中, 深部.
2). 煤层
本井田含煤地层为义马组, 含煤两组, 3-4层, 上部为一煤层, 含一-1煤, 一-2煤.
其中一-1煤被剥蚀殆尽, 一-2煤局部可采. 下部为二组煤, 含二-1煤, 二-2煤, 二-3煤. 二-1煤和二-3煤合并后称二煤.
二-1煤, 二-3煤和二煤均为本井田主要可采煤层. 井田各可采煤层发育如表1-1
所示.
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表1-1. 某井田可采煤层发育情况
煤层 二-2 二-1 二-3 二 全层厚度, m 0-4.69(平均0.98) 0.14-9.45(平均4.24) 0.20-18.99(平均4.72) 5.59-37.48(平均16.29) 纯煤厚度, m 0-2.54(平均0.6) 0.14-7.40(平均3.60) 0.20-17.76(平均4.21) 3.89-33.26(平均13.81) 可采厚度, m 0.8-2.38(平均2.16) 1.00-7.40(平均3.60) 0.80-17.76(平均4.25) 3.89-33.26(平均13.81) 可采程度 局部可采 全井田可采 全井田大部可采 全井田可采 目前开采的煤层为二煤. 二煤位于煤系下部, 属于特厚煤层, 顶板为J2K1泥岩, 底板为J21S2含砾粘土岩及粘土岩, 上距一-1煤平均为24m.
1.5矿井开拓方式
某煤矿原来为一对立井多水平盘区上下山开拓, 主采层为二-1和二-3煤层.新材料井和新风井于2004年投入使用. 目前开采的21181工作面为综采放顶煤开采工作面. 该工作面位于21区下山西翼, 北邻未回采的21161工作面, 南邻未回采的21201工作面, 东邻21区下山保护煤柱, 西邻F3-9断层保护煤柱. 工作面采用走向长壁开采, 一次采全高, 全部陷落法管理顶板. 工作面上下巷沿底掘进.
2004年, 矿井的生产能力达到1000Mt. 日生产能力为3000t/d. 矿井服务年限为90年.
1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出
某煤矿目前开采二-1和二-3煤. 采用中央边界式抽出式通风，材料立井和材料斜井进风，3#风井, 1#风井和新风井回风. 新风井安装两台DDK-6-No20型风机, 风量为3800m3/min. 3#风井安装两台70-D2-21-24型风机, 1#风井安装两台BK54-6-13型风机, 3#和1#风井合并风量为1000余m3/min. 3#和1#风井对将来进行瓦斯抽放的区域影响甚微.
虽然煤矿周边煤矿瓦斯涌出不大，为低瓦斯矿井（表1－2）, 但随开采深度的增加, 瓦斯涌出量有增大的趋势. 2004年8月某矿瓦斯鉴定结果表明全矿井绝对瓦斯涌出量为21.84.0m3/min, 相对瓦斯涌出量为7.49m3/t. 由于目前21181工作面开采的煤层厚度达到20m以上, 工作面回采期间的绝对瓦斯涌出量就已经超过10.0m3/min.
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邻近煤矿都在考虑建立地面永久瓦斯抽放系统或井下移动瓦斯抽放系统.
表1－2 邻近矿井瓦斯等级鉴定结果(2004年8月)
年度 矿名 某 跃进 耿村 瓦斯(全矿井) 绝对量 (m/min) 21.84 3二氧化碳(全矿井) 绝对量 (m/min) 3相对量 (m/t) 7.49 3相对量 (m/t) 3鉴定等级 审批等级 低瓦斯 低瓦斯 低瓦斯 低瓦斯 低瓦斯 低瓦斯
2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性
根据国家煤矿安全监察局2001年颁布的《煤矿安全规程》第145条规定, 如果矿井绝对瓦斯涌出量超过40.0m3/min, 无论井型大小, 也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性, 必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统. 虽然某煤矿的绝对瓦斯涌出量还没有达到40.0m3/min, 但现有的通风系统无法排放回采工作面所产生的瓦斯.
《煤矿安全规程》, 《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定: 当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min, 采用通风方法解决瓦斯问题不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施.
除此而外, 某矿煤层极易自燃, 过大的风量会导致煤层的自燃发火. 为贯彻国家安全生产监督管理局”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的安全生产方针, 某煤矿已经在井下建立了一个临时抽放瓦斯泵站(两台40 m3/min抽放泵, 一台20 m3/min抽放泵, 一台60 m3/min抽放泵)为21181工作面抽放瓦斯服务.
井下抽放泵站的安装和清洗维护费用较高, 又便于管理. 2004年投入使用的材料井距离井下临时抽放泵站的排气点的水平距离很近. 只要延伸500m左右的抽放管路(不包括已经安装的材料立井内的580m管道)就可以将抽放瓦斯泵站布置在地面为今后开采的各个采区服务.
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2.1 矿井瓦斯涌出量预测结果
表2－1至表2-4是二-1和二-3煤层开采时，对应于不同生产时期的回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量鉴定结果，由此可知，无论是当前生产时期、中期还是后期，某煤矿都属于低瓦斯矿井.
表2－1给出了回采工作面瓦斯涌出量预测(或鉴定)结果. 瓦斯含量是根据21181工作面的瓦斯涌出统计, 21181工作面煤样的吸附实验等确定的. 由于现场的煤层瓦斯含量及瓦斯压力的实测数据十分有限, 表2-1中的数据只作为设计参考. 建议某矿将来进行这方面的实测工作.
表2－1 回采工作面瓦斯涌出量预测(或鉴定)结果
生产时期 当前时期 采区 二-1煤层 二-3煤层 中期 二-1煤层 二-3煤层 后期 二-1煤层 二-3煤层 煤厚(m) 10 10 10 10 10 10 3瓦斯含量(m/t) 日产量(t/d) 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 1500 1500 2500 2500 2500 2500 7.49 26.01 7.49 26.01 7.49 15.60 开采层瓦斯涌出量 (m3/t) (m3/min) 表2－2 掘进工作面瓦斯涌出量预测结果
生产 时期 前期 中期 后期 二煤 二煤 二煤 煤层 煤厚 (m) 10 10 10 瓦斯含量(m/t) 5.0 5.0 5.0 3巷长 (m) 1000 1000 1000 掘进速度(m/月) 150 150 150 瓦斯涌出量(m3/min) 煤壁 1.80 1.80 1.80 落煤 0.60 0.60 0.60 合计 2.40 2.40 2.40 备注：⑴每个炮掘工作面掘进一条大巷，其瓦斯涌出量为这条大巷的煤壁瓦斯涌出量加上单头掘进落煤瓦斯涌出量；⑵每个炮掘工作面掘进煤量均为70t/d，瓦斯涌出量为：初期2.40m3/min，中期2.40m3/min，后期2.40 m3/min. 统计表明, 21181工作面掘进期间瓦斯绝对涌出量为1.8-2.4m3/min. 因此, 当前阶段和以后生产时期的每个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量定为2.4m3/min(表2-2).
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目前某矿布置一个工作面(21181工作面), 今后考虑布置两个回采工作面, 即一个综采综放工作面和一个综采工作面. 今后考虑布置4个掘进工作面. 表2-3给出了各个生产时期的瓦斯涌出量预测.
表2－3 采区瓦斯涌出量预测结果
生产 时期 目前 工作面 平均产量(t/d) 3000 3000 2000 3000 2000 采区瓦斯涌出量 回采 (m3/min) 15.6 15.6 10.4 15.6 10.4 掘进(m3/min) 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 采空区(m3/min) 2.0 2.0 1.0 2.0 1.0 合 计 (m/min) (m3/t) 3综采 综采综放 22.4 22.4 16.2 22.4 16.2 7.49 7.49 7.49 7.49 7.49 中期 综采 后期 综采 综采综放 表2-4给出了当前和今后生产时期的矿井瓦斯涌出量预测. 由于地面瓦斯抽放
系统为一工程量较大的项目, 服务年限长, 一旦管路安装完毕不易更换. 因此, 对将来矿井瓦斯涌出量的预测留有一定余地. 表2－4 矿井瓦斯涌出量预测结果
生产 时期 目前 中期 后期 采掘工作面等 采掘工作面等 采掘工作面等 开采区域 平均产量（t/d） 3000 4000 4000 生产采区（m3/min） 22.4 38.6 38.6 瓦斯涌出量 已采采区 （m3/min） 合计 （m3/min） （m3/t） 22.4 7.49 38.6 38.6 7.49 7.49 2.2 回采工作面瓦斯涌出来源与构成
在二-1和二-3煤层工作面采空区, 生产工作面(按两个回采工作面考虑)和掘进工作面(按4个掘进工作面考虑), 预计将来的最大瓦斯涌出量可达到38.6m3/min.
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