XX煤业化工集团瓦斯防治技术体系可行性研究报告

XX煤业化工集团瓦斯防治技术体系可行性研究报告目录目录 (II)1 前言 (1)2 矿区概况 (3)2.1 地理位置与交通 (3)2.1.1位置及范围 (3)2.1.2交通 (3)2.2 自然地理 (3)2.3 矿井开拓方式及开采基本情况 (4)2.4 矿区地层特征 (5)2.5 矿区地质构造 (6)2.5.1断层 (7)2.5.2褶皱 (10)2.5.3陷落柱 (10)2.6 含煤地层及煤层特征 (11)2.6.1 含煤地层及分布特征 (11)2.6.2 煤岩、煤质特征 (12)2.7 矿井水文地质 (18)2.7.1区域水文地质 (18)2.7.2矿井水文地质 (18)2.8 矿井瓦斯概况 (26)3 顶板走向高位钻孔抽放效果考察及优化 (28)3.1 工作面上覆岩层的分区分带 (28)3.1.1 垂直方向上的“三带”划分 (28)3.1.2 岩层移动沿工作面推进方向的分区 (29)3.1.3 采动裂隙的“O”型圈 (30)3.2 顶板走向高位钻孔抽放的相关参数计算 (31)3.2.1 钻孔有效高度范围及钻场高度 (31)3.2.2 钻孔有效利用率及有效长度 (32)3.2.3 钻场间距 (33)3.2.4 抽放瓦斯量计算 (34)3.3 鹤壁九矿高位钻场钻孔抽放现场考察及优化 (34)3.3.1 考察工作面的概况 (35)3.3.2 工作面的高位钻孔布置方式及施工参数 (36)3.3.3 工作面高位钻孔抽放试验效果考察 (37)3.3.4 工作面高位钻孔瓦斯抽放参数的优化 (42)4 瓦斯防治技术体系 (45)4.1 瓦斯抽放方式及抽采效果分析 (45)4.2 边掘边抽本煤层瓦斯抽放技术 (46)4.3 顺煤层平行长钻孔预抽回采工作面煤层瓦斯 (49)4.4 顶板走向高位钻孔抽放参数优化 (49)5 主要结论及建议 (53)5.1 主要结论 (53)5.2 特色及创新之处 (54)5.3 建议 (55)1 前 言矿井瓦斯是影响煤矿安全生产的主要因素之一，瓦斯问题已成为制约矿井生产能力、影响矿井安全效益和经济效益的重大问题。

因此，有效防治瓦斯事故，不仅是煤矿安全生产的重要前提，同时又是高瓦斯矿井实现高产高效的关键，为矿井采区的顺利接替和提高产量提供保障。

采空区瓦斯涌出是工作面瓦斯涌出的重要组成部分之一。

采空区瓦斯涌出量过大时，工作面上隅角和回风流瓦斯浓度就极易超限，盲目的增大工作面风量并不可行，这可能加大采空区漏风，加剧采空区向工作面的瓦斯涌出。

如对采空区瓦斯涌出治理不当，轻则造成工作面停产，而严重时也可造成瓦斯爆炸事故。

鹤壁矿区主采石炭二迭系山西组二1煤层，煤层平均厚度为8.0m ，随着开采深度的增加（鹤壁矿区煤层开采深度大多在500m 以上），煤层瓦斯含量增大，对于正常通风条件而言，在通风不良的地方就容易出现局部的瓦斯积聚，例如，巷道顶板冒落空间、支架背板上部等地方，通常出现瓦斯的局部积聚。

特别是上隅角，极易形成瓦斯积聚区，引起瓦斯超限，造成瓦斯事故。

因此，控制鹤壁矿区采空区瓦斯涌出是减少对环境的污染和实现安全开采的关键。

对采空区瓦斯进行有效地抽放是采空区瓦斯治理的主要手段。

有效地掌握采空区瓦斯流动规律和采场顶板裂隙发育特征，可以为分析采空区瓦斯涌出后对采空区瓦斯进行抽放提供理论依据，是治理采空区瓦斯的前提。

由于采空区无法直接进入，对采空区瓦斯流动规律和采场顶板裂隙发育特征的研究缺乏有效的手段，所以长期以来，大多数的矿井对采空区瓦斯的治理都处在仅凭经验的基础上。

由此可见，在高瓦斯矿井回采工作面瓦斯治理过程中，及时准确研究煤层顶板裂隙形成、采空区瓦斯运移规律和煤层顶板裂隙抽采瓦斯技术具有十分重要的意义。

鹤壁九矿1989年以前以开采11一、22一煤为主，矿井为低瓦斯矿井，历年生产按低瓦斯矿井管理。

1990年配采二1煤层，从1991年起只采二1煤层，按高瓦斯矿井管理，现实际生产水平为-400米，所以瓦斯相对涌出量较高。

鹤壁九矿在正常通风情况下，瓦斯浓度一般在0.25-0.43%，绝对涌出量10.1-20.21m 3/分，相对涌出量12.41-33.26m 3/吨，主要来自回采工作面及掘进头回风流中。

由于地质条件的差异，局部地段在采掘过程中也曾发生过瓦斯集中涌出，风流浓度增高的现象。

根据二1煤补勘报告中预测及九矿历年开采资料证明，随着开采水平的延深，瓦斯涌出量将会相应增大，瓦斯已成为制约安全生产的主要因素。

经过调查研究和可行性论证，河南煤业化工集团鹤煤公司提出了“高突煤层高位抽放技术研究”科研项目，委托河南理工大学与公司通风部、矿通风科等单位共同协作承研。

本项目之一将根据鹤壁九矿全层开采工作面顶板覆岩结构变化和裂隙变化形态特征，对比分析高抽巷、高位钻场、顶板裂隙钻孔抽放三种不同方法的抽放效果及经济效益，分析抽放各种参数，设计出经济效益好及高效合理的高位抽放钻孔布置方式，以便最大限度的抽排瓦斯，达到解决开采工作面上隅角、回风流瓦斯浓度超限问题的目的。

课题组从2010年5月开始现场及实验室测试工作，现提交河南煤业化工集团鹤煤公司九矿高突煤层高位抽放技术研究成果报告。

项目测试和研究过程中，得到了河南煤业化工集团鹤煤公司九矿有关领导、工程技术人员的大力支持，在此深表感谢！2 矿区概况2.1 地理位置与交通2.1.1位置及范围九矿位于鹤壁市北郊，隶属鹤壁集乡所管辖区。

西起1一煤层露头和F155断层，1东至二1煤底板等高线-400米水平向上垂线与龙宫勘探区毗邻，南面与3986800和3986600线分别与汤阴矿和秦马庄义利矿为界，北抵1一煤层底板等高线-2501米水平线向地面垂线。

东西宽约2公里，南北长约4.5公里，面积约7.6平方公里。

地理位置为东径114°07′24″～114°08′40″，北纬36°0′35″～36°03′01″。

2.1.2交通矿区有铁路运输专线，从九矿井口，经鹤壁集至汤阴县车站与京广铁路相接。

鹤壁集北站为运煤专列编组站。

鹤（鹤壁）水（水冶）公路横贯矿区，与鹤（鹤壁）安（安阳）公路在鹤煤公司四矿北处相接，往东直抵安阳市，往南经鹤壁市可直达汤阴县，交通尚称方便（见图2-1）。

2.2 自然地理（一）地貌本矿区处于太行山区和华北平原过渡地带，属丘陵地段。

地势西南高、东北低。

海拔145.12米（07003钻孔处）至269.40米（南二号风井东南），相对最大高差124.28米。

丘陵沿北东方向展布，为第四系黄土和第三系砾岩及粘土组成。

（二）气候本矿区属北温带大陆性干旱型季风区气候。

据鹤壁市气象站观测资料：气温：年平均最高气温15.3℃(1961年)，最低13.1℃，平均14.2 ℃（1967年6月4日）。

气温极值最高42.3°(1967年6月4日)，最低-15.5℃（1967年1月15日）。

降雨量：年降雨最大1394.1毫米（1963年），最小266.6毫米（1965年），平均604.6毫米。

雨水期多集中于七、八、九月份，占全年降雨量的60%左右。

蒸发量：年蒸发量最大2695.0毫米（1965年），最小1859.3毫米（1979年）。

平均2328.3毫米。

风向、风速：每年八月至来年二月刮北风，最大风速23米/秒；每年三月至七月多刮南风，最大风速14米/秒。

图2-1 河南煤业化工集团鹤煤公司九矿交通位置图2.3 矿井开拓方式及开采基本情况1956年矿井设计因工业广场靠近豆马庄村，故称“豆马庄煤矿”。

1958年10月鹤壁矿务局建井三处动工兴建两对斜井，豆马庄一、二号井，设计能力为30万吨～21万吨，分别于1960年5月30日和1959年9月20日简易投产，由建井三处管理。

后因生产系统不配套，1963年3月经河南省煤炭工业管理局和鹤壁矿务局批准，决定豆马庄二号井田生产转入基建，同年七月正式移交中南煤矿基建处进行整顿补套，后关闭。

同年10月豆马庄一号井也转入基建补套，补套各项工程完成后，于1966年12月生产转入正常。

文化大革命期间改为“防修矿”。

1972年由河南省鹤壁市委和安阳市委批准成立“鹤壁矿务局第九煤矿委员会”，至此称“鹤壁矿务局九矿”。

该矿于1967年投产，主采11一和22一两层煤，采用中央并列式斜井开拓，长臂式崩落采煤方法，对角式通风。

1980年12月26日井下遇F 913断层突水淹井，经河南省煤炭厅批准，11一、22一两层煤不再开发，因而在1985年筹建开采二1煤层，在1989年前筹建过程中，主采淹井区以南11一、22一煤，1989年以后配采二1煤，至1991年只采二1煤层。

其它两层煤实际开拓延深水平为±0，总共开拓20个采区，约80个工作面。

在二1煤生产过程中，由于南翼二号风井受周围小煤矿影响，巷道塌陷严重，不能保证回风，因此，从1997年开始筹建新风井，1999年11月投入运行，现采用单翼边界抽出式通风方式，走向长壁分层或放顶煤开采。

至今二1煤实际开拓延深水平为-400米，总计开拓6个采区共计15个工作面，矿井实际生产能力为38万吨/年，已达到30万吨/年设计能力。

2.4 矿区地层特征本区煤系地层全被第三、四系地层所掩盖，现据区内140个钻孔所揭露的地层分述如下：一、奥陶系中统马家沟组（O2）为青灰色纯质石灰岩、夹泥灰岩，白云质石灰岩，局部具角砾状和花班状结构，中部蠕虫状灰岩中含珠角石及疑盘螺化石。

据区内984-5孔揭露，厚度238.01米。

区域地层资料厚400米，与上部石炭系本溪组呈假整合接触，接触面多为凸凹不平。

二、石炭系本溪组（C2b）由灰色薄层状灰岩、铝土质泥岩、砂质泥岩、砂岩组成，灰岩一般在中上部发育，顶面距1一煤2～5米，灰色薄层灰岩普遍发育，局部被钙质泥岩所代替，1厚0.75～1.5。

1一煤层底板为本组与太原组地层分界标志线。

下部以含铝质泥岩，1砂质泥岩为主。

含铁质鲕状及黄铁矿结核，局部夹一层中厚层含砾石英砂岩。

灰岩中含海百合茎化石。

全组地层厚20.56～54.24米，平均34.60米。

与上覆太原群地层整合接触。

三、石炭系太原群（C3t）由灰褐色细～中粒砂岩及黑色砂质泥岩，泥岩、石灰岩及煤层组成，砂岩中多钙泥质胶结。

本群地层含石灰岩9～10层，依次为L1、L2、L3、L4、L5、L6（一般2层）、L7、L8、L9。

灰岩除L3外，层层压煤，为一套典型的海陆交互相沉积，沉积旋回明显，规律性强。

利用相旋回规律及每一旋回的特殊性，用于地层对比，对研究地层规律及控制构造起到了重要作用。

灰岩中含丰富的蜒科，海百合及腕足类动物化石。

其中，L2深灰色灰岩发育普遍，厚度为4.3-6.9米，平均厚5.9米，为控制2一煤层的重要标志，L8灰岩厚2-5米，一般3米左右，为本区重要标志2层之一。