薛村煤矿瓦斯抽放方法及抽放系统设计(3)

2019-04-22 14:34

实,无透水现象。陷落柱的发育与构造无明显的联系。

(四)、地层

薛村井田为一掩盖区,仅在冲沟内有基岩露头。井田内地层包括(自下而上)有:奥陶系中统峰峰组、石炭系中统及上统、二迭系上统及下统、第四系。其分述如下:

(1)奥陶系中统(O2)

本统出露于井田西部鼓山,呈近似南北至北北东向分布,石灰岩呈灰色、浅灰色,质纯致密,节理发育,裂隙甚多。灰岩顶部含铁质有侵蚀面,其上部有薄层山西式褐铁矿。全统总厚在550m以上。

(2)石炭系 ①中统本溪组(C2b)

本组上部为灰白色及深灰色泥质粉砂岩,含有铝质成份。具鲕状结构,含植物化石。下部为灰色铝土岩,鲕状结构,富含黄铁矿碎屑。本组含薄煤1~3层,厚0.1~0.5m左右,煤层极不稳定。全组平均厚20m。

②石炭系上统太原组(C3t)

全组岩性以灰色、深灰色及灰白色的砂岩、粉砂岩、泥岩和煤组成。太原组共有海相石灰岩7~8层。其中稳定的有四层,即野青、伏青、中青及大青灰岩。全组含煤11层,总厚度9.34m。含煤系数7.4%,其中可采煤层5层,即野青、山青、小青、大青、下架煤层。可采煤层总厚度7.22m。可采煤层含煤系数6.28%。全组厚110m。整合接触于本溪组之上。

(3)二迭系

①二迭系下统山西组P1S

本组为井田主要含煤地层之一,岩性以灰白色深灰色、灰色中粒细砂岩,粉砂质泥岩组成,全组含煤1~5层,煤层总厚度6.8m,纯煤厚6m,含煤系数8.3%,其中可采煤厚5.54m,可采纯煤厚5.4m,含可采煤层系数7.9%,全组厚60m。

②二迭系下统下石盒子组P1X

全组以青灰色、紫绿花斑灰色粉砂岩,中细粒石英砂岩为主,上部粉砂岩中夹有铁铝质砂岩、泥岩,中部中细粒砂岩石英砂岩中具有贝壳状断口,含有铝土质。下部为灰白色厚层块状粗砂岩。全组厚125m。

③二迭系上统上石合子组

上石合子组共分四段,由下至上为:

一段P2:本段以灰白色及紫绿花斑和灰色中细砂岩、粉砂岩、泥岩组成。上部中细砂岩中含有凝灰质,层数与厚度均不稳定。粉砂岩中含有植物化石。下部紫绿花斑粉砂岩中含 有铝土质泥岩;具有鲕状结构。底部为钙质和矽质胶结、致密、坚硬。本段厚100m左右。

二段P2S2 :本段以灰白色浅灰色暗紫紫色花斑砂岩、粉砂岩、砂质泥岩组成。全层

S1

6

砂岩厚度变化大,一般15~40m,平均25m,全段厚110m。

三段P2S3 :以灰绿色及灰黄暗紫色和带紫斑的粉砂岩为主,中部夹灰白色状中砾砂岩,以石英长石为主,石英占80%,硅质胶结,底部有一层含砾砂岩。

四段P2S4 :本段上部为灰白色及紫色、紫红色粉砂岩为主,下部为一灰白色厚层状含砾粗砂岩,具有水平层理,全层厚120m。本段岩层在井田北部大淑村村北及前塔子村一带有自然露头。

(4)新生界第四系(Q)

广布全井田,其上部以黄色砂质粘土,石灰质的砾石、卵石碎块及石灰质胶结砾石的松散物质组成。厚度不等,中下部夹坡积碎块及河流石。局部有堆积物胶结成层,钙质胶结、致密坚硬,一般厚度为10~22m。 2.2.2含煤地层及岩层

薛村矿井田煤系地层(按沉积先后为序 )由本溪组、太原组、山西组三部分组成。煤系地层总厚度平均为200米,其中本溪组厚20米,太原组厚110米,山西组厚70米。

本溪组地层含煤一、二层,即尽头煤,下层厚0.17~0.25米,上层厚0.11~0.26米。无开采价值。含煤系数1.4~2.5%。

石炭系太原组煤系地层厚110米,含煤12层,可采5层,即下架、大青、小青、山青、野青,煤层总厚度9.34米。含煤系数8.49%。

二迭系山西组煤系地层厚70米,可采一层即大煤,煤层厚度2.3~7.8米,平均5.4米,含煤系数8.0%。

2.2.3煤层瓦斯、自然及爆炸倾向性

2#(大煤)煤层为煤与瓦斯突出煤层,瓦斯绝对涌出量为:51.87m3/min,瓦斯相对涌出量:25.54m3/t。2#煤层属于自燃煤层,自燃发火期为:3—12个月。煤尘爆炸指数9.28%~21.047%。开采采用盘区前进,区内后退式走向长壁采煤方法。

1、2号煤(大煤)为可采煤层中最上部最厚一层,上距骆驼钵砂岩45米,下距4号煤100-120米,平均110米,最大厚度7.8米,最小厚度2.3米,平均厚度5.4米。煤层稳定,结构复杂,含夹矸2~4层,有上而下,第一层夹矸距顶板0.5米,厚度0.05米,粉砂岩,稳定普遍存在。第二层夹矸距底板1.8~2.5米,厚0.04~0.6米。不稳定。第三层夹矸距底板0.8~1.8米,平均1.3米,厚0.15~0.2米,含炭质砂岩,较稳定,井田普遍存在。第四层夹矸,距底板0.5米,厚0.04~0.2米。泥炭质粉砂岩,常呈软泥状出现,不稳定。2#煤层(大煤)为自然发火煤层,自然发火期为3—12个月,矿井煤尘具有爆炸性,其爆炸指数为:10.932—25.32%。

直接顶板为厚度4米的深灰色粉砂岩或变为厚10米左右的深灰色粉砂岩夹极薄细砂岩,局部无直接顶板。间接顶板为厚0~20米的深灰色凝灰质砂岩,或灰白色石英长石砂岩。局部存在厚0.5米左右的伪顶。

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底板为厚12米的深灰色粉砂岩,间接底板为厚4米的灰白色中粒砂岩。

2、3号煤(一座),上距2号煤90-115米,最大厚度0.92米,最小厚度0.33米,平均厚度0.7米。煤层稳定,结构简单,不含夹矸。局部可采。

顶板为厚度0~0.3米的薄层石灰岩,极不稳定,常相变为厚5米深灰色泥质粉砂岩,含有黄铁矿结核,有植物化石碎片。底板为厚5~8米的深灰色粉砂岩,其底部为黑色页岩,薄层状夹有透镜状菱铁矿结核和锓染状黄铁矿。 2.2.4水文地质

井田内主要有东西向冲沟四条。在井田内香山村西北有泉两个,经常有水涌出,形成一条小河,水量234.6 L/min。此外有观音沟、南岗沟、二十四会沟及断头沟四条。平时干枯无水,每逢雨季水流倾沟而下,但几小时即降落无水,故称一时河。

其主要含水层主要有: (一)上石盒子砂岩含水层

该含水层为砂岩裂隙含水层,其中尤以上石盒子组二、四段厚度大,砂岩多为中粗粒砂岩,多含有小砾石,分选差,裂隙发育,富水性强,静水位+163~169m,渗透系数0.3~0.5m/d,单位涌水量0.063~0.148L/s.m,通过地表基岩露头接受大气降水补给,以动储量为主。大煤回采过程中,随着顶板跨落,岩层裂隙向上扩展,此含水层水通过导水裂隙对采空区充水,水量稳定不易疏干,对生产影响较大。

(二)下石盒子组、山西组砂岩含水层:

含水层厚18 m,静水位+164~167m,渗透系数K=0.1m/d,单位涌水量q=0.01~0.04L/s.m,距大煤近,回采过程中直接顶垮落后,老顶砂岩水涌出,对生产影响很大。70年代在南岗村边施工的注浆孔钻到此层涌水量3.0m3/min,在构造裂隙发育区老顶砂岩含水层富水性强,回采工作面一般涌水量0.3m3/min,最大涌水量达1.5m3/min,稳定0.7m3/min。。

(三)野青灰岩含水层:厚0.2~3.13 m,裂隙溶隙发育,井下掘进揭露裂隙存在淋涌水现象流出一段时间后会减少无水,大部分地区含水层已经疏干。在新区开拓水量一般0.1-0.2m3/min,对生产构成一定影响。水质类型为:SO42--HCO3----Ca2++K++Na+,PH=7.3~7.5,矿化度1000~1600mg/L。

(四)伏青含水层:厚2.45~5.50 m,富含纺锤虫珊瑚化石。中央区、东翼、三水平深部水量均很小,以静储量为主,仅表现为淋水,在揭露新构造单元时水量仅0.2~0.3m3/min,最大0.5m3/min。

(五)太原组大青灰岩含水层:厚4.14~7.22 m,青灰色,致密坚硬,裂隙发育并有小型溶洞、溶穴发育,井下大青水文孔单孔水量最大3.5m3/min,多数钻孔水量在1.0m3/min以下,三水平钻孔水量多数在0.5m3/min以下,西翼地区大青含水层和奥陶系灰岩含水层存在密切的水力联系,水位+125m。

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(六)奥陶系灰岩含水层总厚度500~600m,分为三组八段,鼓山大面积出露接受大气降水补给。地下水迳流条件良好,水量丰沛,是煤系开采最具威胁的含水层。静水位+125m。上部峰峰组以峰峰组中段(第七段),为纯灰岩,裂隙溶洞发育,最为富水;终因小断层多使工作面不能形成系统,制约了六盘区西部的开发。 2.3矿井开拓、开采概况

薛村矿为立井多水平、暗斜井石门延深,水平集中大巷、上山分区开拓方式。矿井开采划分为+30m、-120m、-280m三个水平。以走向长壁采煤方法为主,其它采煤方法为辅。大煤厚煤层现采用轻型放顶煤综合采煤技术一次采全高,野青薄煤层现在不在开采之列。

冀中能源峰峰集团薛村矿井田位于峰峰矿区大社镇境内。原设计生产能力为90万吨/年,97年改扩建后矿井设计能力为135万吨/年。2006年核定矿井综合生产能力为145万吨/年,通风能力为170万吨/年。薛村矿井田内有10层煤,现矿井生产全部集中在三水平,共有五、六、七、八、九、十、十一盘区。我矿主采煤层为2#(大煤)和4#(野青煤)层煤,煤层间距平均35—40m。 2.4矿井通风系统概况

矿井通风方法为抽出式通风,通风方式为混合式。矿井现有五个井口,四进一回,主井、副井、安全斜井、东入风井为进风井,东回风井回风。回风井安装两台主要通风机,一台使用,一台备用。1#风机型号为K4-73-01-N032F,电机功率1250kw,直径3.2米,阻力2847.9pa,等积孔5.497m2;2#风机型号为K4-73-01-N034F,电机功率1600kw,电压:6kv,直径3.4米。

主要通风机供风量15426 m3/min,通风线路长达约6000m,通风阻力为3334Pa,主要生产盘区集中在三水平(-280m),2008年矿井核定风量为13966m3/min。矿井主扇供风量能满足生产需要。

各盘区、采掘工作面、机电硐室、火药库等均有独立的通风系统,并各个盘区均有专用回风道。通风系统稳定、可靠、合理,没有不符合《煤矿安全规程》规定的串联通风、扩散通风、采空区通风。掘进工作面均采用压入式局部通风机供风,实现“三专两闭锁”,“双风机、双电源”,并有自动切换装置。

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3矿井瓦斯赋存情况

3.1煤层瓦斯基本参数

对于瓦斯抽采来说,煤层瓦斯基本参数包括:瓦斯风化带深度、煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤的残存瓦斯含量、煤的孔隙率、瓦斯含量分布梯度、煤层透气性系数、抽采钻孔影响半径、百米钻孔瓦斯流量及其衰减系数等。

对于以上参数的确定,根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽采规范》第5.2.2条规定:新建矿井瓦斯抽采工程设计应以批准的精查地质报告为依据,并参照邻近或条件类似生产矿井的瓦斯资料;改(扩)建及生产矿井应以本矿地质、瓦斯资料为依据。

因此,对于新建矿井,瓦斯基本参数可以参考邻近矿井或条件类似的生产矿井,但在揭露煤层后必须重新确定,瓦斯抽采设计做相应调整;对于改(扩)建矿井及生产矿井,瓦斯基本参数应以本矿资料为依据。 3.1.1煤层瓦斯含量

煤层瓦斯含量是指单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量,以m3/m3或m3/t表示。本次采用直接法测定煤层瓦斯含量。直接法测定的煤层瓦斯含量等于瓦斯解吸量、损失量与残存量之和。2008年9月份分别在2#煤(大煤)92902运料巷、921012运料巷、92118运料巷、92804工作面、92106底层工作面等地点采煤样进行了解吸瓦斯量测定,其瓦斯含量测试结果见表3-1。

表3-1 2#煤瓦斯含量测定结果

Table 3-1 Results of 2# coal gas assay

损失量 残存量

解吸量(m3/t) 3

(m/t) (m3/t)

4.245 3.344 2.426 2.152 0.828

0.984 1.249 0.561 0.841 0.585

3.766 3.79 3.690 1.838 1.962

测定地点 92902运料巷掘进面 92118运料巷掘进面 921012运料巷掘进面 92804工作面 92106底层工作面

瓦斯含量(m3/t)

8.32 9.10 6.68 4.83 3.38

3.1.2煤层透气性系数

煤是一种多孔介质,在一定压力梯度下,气体可以在煤体内流动,煤层瓦斯流动难易程度可用煤层透气性系数来表示。其物理意义是:在1m长的煤体上,当瓦斯压力平方差为1MPa2时,通过1m2煤层断面每日流过的瓦斯立方米数。目前,我国广泛采用的测定方法是在煤层瓦斯向钻孔流动的状态属径向不稳定流动的基础上建立的,通过测定

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