5109工作面瓦斯抽采设计.

目录

第一章工作面概况 (1)

第二章瓦斯涌出量预测 (4)

第三章瓦斯抽采方法 (7)

第一节工作面瓦斯抽采方法的确定 (7)

第二节5109工作面瓦斯抽采量的预计 (12)

第三节抽采瓦斯效果评价 (15)

第四节抽采钻孔布置、施工设备及施工量 (17)

第五节工作面抽采瓦斯管路管径选择 (18)

第六节管路布置及敷设 (19)

第七节抽采附属装置及设施 (20)

第一章工作面概况

一、工作面概况

5109工作面位于西坡井田一采区中部，5111工作面北部，开采5（4+5）号煤层，煤层厚3.8～4.6m，平均厚度4.2m；煤层倾角0°～12°，煤层较稳定。工作面设计长度154m，倾向长度1524m，煤的密度1.39t/m3，工作面通风方式为“单U”，采煤方法为走向长壁采煤法，综采一次采全高，顶板管理方式为全部垮落法。5（4+5）煤尘火焰长度大于4 00 mm，抑制爆炸最低岩粉量60%，煤尘具有爆炸性。5（4+5）煤层煤的吸氧量为0.64 m3/g，自燃等级为Ⅱ类，属自燃煤层。

地面标高+750～+910m，地面无大型建筑物，多为黄土高坡及枣林、农田。

二、煤（岩）层赋存特征

（一）煤层顶底板特征：

1、伪顶

煤层一般无伪顶，当直接顶变薄时在直接定下方出现0～0.5m厚度伪顶，岩性为泥页岩或炭质页岩含暗色矿物及黑色有机质，层理明显，较软、易垮落。

2、直接顶

直接顶为砂质泥岩，灰黑色、有植物碎片化石，厚度0.5～1.5m，平均1.0m。抗压强度为8.7～37.4MPa，抗拉强度为0.23～1.33MPa，可分为不稳定—极稳定顶板。

3、老顶

老顶为中砂岩，灰白色，含暗色矿物及黑色有机质，下部较细，泥质胶结，4.3～5.1m,平均4.7m，抗压强度19.8～47.7 MPa坚硬。

4、直接底

直接底为沙质泥岩，灰黑色，含砂不均匀，局部有粉砂岩薄层，含少量植物碎片化石，厚度1.8～2.5m；平均2.03m，抗压强度11 MPa左右。

5、老底

老底为中砂岩，灰白色，泥质胶结，节理、裂隙发育，含暗色矿物，厚度5.7～6.9m,平均6.31m。当岩性为细粒砂岩时，一般抗压强度大于14MPa，膨胀率0.05—0.23％，抗压强度14.7～30.7 Mpa。岩石在有水的情况时稳定性较好，可划为普通底板。

（二）煤层特征及其分布情况：

煤层产状为黑色，玻璃光泽～强玻璃光泽，有时可见弱丝绢光泽。断口参差状、贝

壳状、镜煤分层有眼球状断口。内生裂隙发育，外生裂隙不发育。煤的结构条带状最发育，且以宽条带状结构为主，其次为线理状结构，似均一状结构较少见。煤的构造多呈层状，也有块状构造；煤的硬度小，脆度大。煤层厚3.8～4.6m，平均厚度4.2m；煤层倾角0°～12°，煤层较稳定，煤层综合柱状图见图1-1。

图1-1 煤层综合柱状图

三、地质构造

井田内煤（岩）层整体为缓倾斜单斜构造，地层走向从北至南，由北北东渐变为南北向，倾向由北西-西，倾角平缓，一般为5～12°。区内有宽缓的小褶曲，未有发现断层。根据南翼系统已掘进巷道情况分析，巷道在掘进中将揭露有小型向背斜褶皱构造，向背斜构造高差约4m左右，向背斜转折附近小断裂构造较发育，巷道地质构造相对较简单，巷道掘进时有一定上、下山起伏变化，根据5101掘进地质情况分析，5101第二回风巷揭露的落差3.6m的断层，预计将会贯穿整个采区，5111工作面巷道最大长度为1470m，有揭露该断层，鉴于5109巷道最大长度为1524m，预计也会揭露该断层。

四、瓦斯

1、瓦斯赋存情况

本井田各煤层瓦斯成分以CH4为主，其次为N2、CO2及C2-C5。大部分样点CH4含量在90％以上，少量样点CH480-90％，个别样点CH470-80％。N2＜4％，CO=<0.6％，C2-C6<0.1％。主要煤层5(4+5)、8、9号煤的瓦斯梯度为每增加1ml/g.daf，甲烷气深度增加62m、109 m、65m。同一煤层从井田东部向西部随煤层埋深增加，CH4含量呈增大的趋势。不同煤层，在同一钻孔，气含量垂向变化不很明显。

2、瓦斯涌出量预测

根据2014年5至2016年5月煤科集团沈阳研究院有限公司（以下简称“沈阳研究院”）编制的《山西东辉集团西坡煤业有限公司矿井瓦斯涌出量预测报告（2.10Mt/a）》，矿井在2.10Mt/a生产能力下（开采5（4+5）号煤层），开采一采区时，矿井绝对瓦斯涌出量为89.41 m3/min，相对瓦斯涌出量为20.23m3/t；开采二采区时，矿井绝对瓦斯涌出量为89.41 m3/min，相对瓦斯涌出量为20.23m3/t；开采三采区时，矿井绝对瓦斯涌出量为22.69 m3/min，相对瓦斯涌出量为100.28m3/t；开采四采区时，矿井绝对瓦斯涌出量为133.03 m3/min，相对瓦斯涌出量为30.10m3/t；开采五采区时，矿井绝对瓦斯涌出量为143.81 m3/min，相对瓦斯涌出量为32.54m3/t。预测结论：西坡煤业为高瓦斯矿井。

3、近年矿井瓦斯等级鉴定

近年矿井瓦斯等级鉴定结果见表1-1。

表1-1 近年矿井瓦斯等级鉴定结果

项目年度绝对涌出量（m3/min）相对涌出量（m3/t）

鉴定结果CH4CO2CH4CO2

2012 47.37 8.13 21.04 3.61 高

2013 58.92 8.60 22.64 3.31 高

2014 49.39 6.05 13.65 1.80 高

2015 58.21 5.41 15.06 1.40 高

2016 52.28 6.11 12.22 1.43 高

第二章瓦斯涌出量预测

一、预测方法及条件

预测方法采用分源预测法预测（AQ1018--2006）。

预测条件：

5109工作面：工作面长度154m、有效推进长度1524m、产量为6045t/d。

煤层瓦斯含量：根据2014年5月至2016年5月沈阳研究院编制的《山西东辉集团西坡煤业有限公司矿井瓦斯涌出量预测报告（2.10Mt/a）以及5101、5111顺槽掘进期间瓦斯数据分析，5109工作面所在区域最大瓦斯含量为6.81 m3/t。

残存量：5（4+5）号煤层水分平均值为0.81%、灰分平均值为19.21%、挥发分平均值为15.32%，根据AQ1018-2006表C.1，5（4+5）号煤层纯煤的残存瓦斯含量分别取3.45m3（t.r）-1，换算成原煤瓦斯残存量：5（4+5）号煤W c为2.76m3/t。

表2-1 纯煤的残存瓦斯含量取值（引用AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法，表C.1）

挥发分/% 6～8 8~12 12～18 18～26 26～35 35～42 42～50 W c/[m3/(t.r)-1] 9～6 6～4 4～3 3～2 2 2 2 注：煤的残存瓦斯量亦可近似的按煤在0.1MPa压力条件下的瓦斯吸附量取值。

二、回采工作面瓦斯涌出量预测

回采工作面瓦斯来源包括开采层瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出两部分。

q采＝q1+q2 ………………………………………………………… （2-1）

式中q

采

－回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；

q1－开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；

q2－邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t。