1、、八前言一、任務來源 亭南井田位于陜西省彬（縣）長（武）礦區中部，長武縣亭口鄉西南部礦井設計生 產能力為1.2Mt/a。亭南礦按高瓦斯礦井進行初步設計，目前首采面已貫通，即將進行 試生產。根據煤炭科學研究總院撫順分院 陜西長武亭南煤業有限責任公司亭南煤礦礦井瓦 斯基礎參數測定與瓦斯抽放可行性及煤與瓦斯突出危險性區域預測 研究報告， 亭南投 產初期礦井瓦斯涌出量較大， 回采工作面和掘進工作面都必須進行瓦斯抽放。 由于瓦斯 抽放系統建立及正常運轉需要一個過程， 為此陜西長武亭南煤業有限責任公司決定立即 著手在亭南煤礦開展瓦斯抽放工作，委托煤炭科學研究總院撫順分院進行瓦斯抽放設 計，撫順分院設計人員

2、認真研究和分析了亭南煤礦煤層賦存、 開拓開采及瓦斯涌出等情 況后認為： 由于亭南煤礦缺乏瓦斯抽放經驗， 建立地面瓦斯抽放泵站時機尚不成熟，應 盡快著手在亭南煤礦建立井下局部瓦斯抽放系統，由試驗確定最佳抽放方法和抽放參 數，為建立永久性地面泵站抽放系統提供可靠依據， 避免盲目投資造成浪費。經陜西長 武亭南煤業有限責任公司及亭南煤礦同意， 雙方簽定了技術合同， 煤炭科學研究總院撫 順分院承擔了亭南煤礦井下局部瓦斯抽放設計任務。二、設計主要依據1、 礦井抽放瓦斯工程設計規范（ MT50 1 8-96） 中華人民共和國煤炭工業部 1997 年 1 月；2、礦井瓦斯抽放管理規范 中華人民共和國煤炭工業部

3、 1997 年 4 月；3、煤礦安全規程 煤礦安全監察局 2005 年 1 月 1 日；4、陜西長武亭南煤業有限責任公司亭南煤礦礦井瓦斯基礎參數測定與瓦斯抽放可 行性及煤與瓦斯突出危險性區域預測 （以下簡稱抽放可行性報告） 煤炭科學研 究總院撫順分院 2OO5 年 9 月；5、亭南煤礦提供通風、生產和地質方面資料。三、設計指導思想1、在符合規范要求，滿足使用前提下，盡可能降低成本，節省工程投資；2、設備、管材選型留有余地，能充分滿足礦井安全生產需要；3、采用工藝技術具有先進性，且符合實際。四、設計主要內容 設計主要內容為：1、礦井瓦斯賦存情況、抽放瓦斯可行性及必要性、抽放瓦斯量預計2、瓦斯抽放

4、方法及抽放工藝設計，抽放瓦斯鉆場與鉆孔參數設計；3、井下移動抽放泵站位置選擇、供水、供電、通訊等設計；4、工程中所需設備、儀器、儀表及附屬裝置等選型及安裝設計；5、井下抽放泵站及井下管網檢測、監控系統布置；6、抽放瓦斯管理措施及安全措施；7、抽放所需設備清單及工程投資概算。1礦井概況 1.1交通位置亭南井田位于陜西省彬（縣）長（武）礦區中部，長武縣亭口鄉西南部。312國道西（安）蘭（州）段從井田東部通過。以亭口鎮為起點，經西蘭公路東至彬縣縣城20km 距西安市170km西至長武縣城20km該公路與寶（雞）慶（陽）公路相交，可與寶雞 及甘肅隴東各縣溝通。此外，還有亭口至路家縣鄉公路貫穿井田，公路

5、交通比較方便。井田及其附近目前尚無鐵路通達。鐵道部第一勘測設計院設計西安-平涼鐵路從井 田東部通過，并在井田東南設有大佛寺車站。交通位置，見圖1-1。崇信鎮原涇川洛川| I広縣正寧黃陵、宜君靈臺聲蛙吏縣/旬邑/ I亭南井田 J y血游鳳翔”丿 產二岐山 宣再市寶雞扶風 7二二亠一乾縣禮泉er銅川耀縣白水浦城 V.=平三原憶/I臨灣夕圖1-1 礦區交通位置圖1.2自然地理1.2.1地形地貌及河流彬長礦區地處隴東黃土高原東南，屬陜北黃土高原南部塬梁溝壑一部分。井田內地 形屬塬川地貌，總趨勢為西南高，東北低。東及東北部涇河與黑河河谷平坦開闊，標高 為+ 850m低于塬面150200余米，其余沖溝均系

6、“ V字型，呈樹枝狀發育于涇河與 黑河兩側。彬長礦區屬涇河水系。涇河由北向南流經井田東部，其年均流量57.7m3/s ，枯水期最小流量1.0 m3/s，洪水期最大流量8150 m3/s。涇河最大支流黑河由西北向東南流經 井田東北隅，在亭口東側匯入涇河，其平均流量2.28m3/s，最大流量116.0m3/s。另有支流磨子溝，其流量很小。1.2.2 氣象及地震情況本井田地處中緯帶高塬區， 屬暖溫帶半干旱大陸性氣候， 根據氣象局與長武縣氣象 局一九八六年至一九九O年統計資料，兩縣氣象資料如下：彬縣：年平均氣溫11.2 C, 一月份最低，平均2.16 C,極端最低氣溫15.4 C, 極端最高氣溫37C

7、。霜期一般在10月上旬至次年4月下旬，年無霜期平均180天左右。 冰凍期一般在12月上旬至次年2月下旬，凍土最大厚度為36 cm。年平均降雨量516.4 伽，年平均蒸發量1272.2伽，7、8、9三個月為雨季，占全年降雨量 60%左右。年平 均風速1.14m/s，最大風速14.0m/s，主導風向S巳長武縣：年平均氣溫9.1 C, 一月份最低，平均4.06 C,極端最低氣溫15.4 C, 極端最高氣溫33.9 C。霜期一般在10月上旬至次年4月下旬，年無霜期平均176天。 凍土最大厚度為68 cm。年平均降雨量604.7 mm,年平均蒸發量1246伽，雨季多集中在 710月。年平均風速2.0m/

8、s，最大風速14.0m/s，主導風向SE根據中國地震烈度區劃圖，本井田工業場地地震烈度為 6度。1.3 地質構造與煤層賦存1.3.1 地層彬長礦區位于黃隴煤田中段， 自東南向西北沿涇河及各支流由老到新依次出露地層 有：中生界三疊系上統銅川組、胡家村組；侏羅系下統富縣組；中下統延安組；中統直 羅組；白堊系下統宜君組、洛河組、華池環河組。第三系及第四系廣泛覆蓋其上。本區含煤地層為侏羅系中下統延安組。 三疊系地層為含煤巖系基底。 以上地層依次 為侏羅系富縣組、延安組、直羅組、安定組、白堊系宜君組、洛河組、華池環河組，第 三、第四系。1.3.2 地質構造亭南井田位于彬長礦區中部路家小靈臺背斜中斷，北跨

9、孟村向斜軸進入向斜北 翼，南入大佛寺向斜北翼。路家小靈臺背斜軸通過井田南部，軸部地層近水平，南翼 傾角平緩，北翼傾角4。6;井田北部為孟村向斜，地層走向N20。E,傾角2。 3，與路家小靈臺背斜北翼連接。精查勘探區位于孟村向斜軸以南，總體呈現近似 單斜構造形態；大佛寺向斜北翼以北凸出，伸入勘探區東南角，使地層產狀發生變化。構造對煤系、煤層控制作用主要表現為背斜軸部煤系、煤層較薄，從背斜軸部向兩 翼及向斜區，煤系、煤層逐漸變厚。井田勘探中未發現斷層，但礦區淺部水簾、火石咀兩礦在生產中均發現有小張性斷 裂構造，預計本井田有小斷層存在可能。1.3.3 煤層礦區含煤地層為延安組，中分上、中、下三個含煤

10、段，中、上含煤段含煤性差，煤 層薄，結構復雜，煤層不穩定或極不穩定；下含煤段含煤最好，含煤系數為40 85，一般 60。井田精查區 21個見煤孔， 僅見 5、7、8共三層煤，含煤系數為 21。 上含煤段不含煤；中含煤段局部地段僅見 5煤層與 7煤層，無工業價值；下含煤段 僅有 8煤層，含煤系數一般為 50以上，最大 79.3 ， 8煤最大可采厚度 20.46m 是井田內唯一可采煤層。井田內唯一可采煤層 8煤層，位于含煤巖系最下部， 精查區煤層厚度 020.46m, 平均厚度8.29m，其厚度變化規律是井田南部路家小靈臺背斜軸部沉積薄，向兩側沉 積加厚，亭南村至史家峪一線以北及磨子溝東南為特厚煤

11、層區；詳查區煤層厚度022.34m,平均厚度11.81m，除西北及西南邊界處煤層較薄外，其余區域全為特厚煤層。 8煤層一般為單一煤層，但常在上部或底部含 02層夾矸，最多 4層，夾矸厚度小， 僅占煤厚 0.01 0.06，最大占煤厚 13.0。夾矸巖性為炭質泥巖、泥巖與泥質粉砂 巖，屬構造簡單煤層。 8煤層頂板為深灰色泥巖、砂質泥巖，有時見炭質泥巖偽頂， 個別地段上與中含煤段底部砂巖直接接觸；底板為灰灰褐色含鮞狀結構鋁土質泥巖， 多有炭質泥巖偽底，偽底最大厚度 0.65m。精查區可采煤層特征見，表1-1表1-1精查區可采煤層特征煤 層 編 號煤層厚度夾矸頂板巖性底板巖性煤層穩定程度最小最大層數

12、厚度(m平均80 20.46040.1 0.75泥巖、砂質泥巖鋁土質泥巖較穩定8.29全井田可采134煤質8#煤層為中灰、低特低硫、低磷、中高發熱量低變質煙煤，屬不粘結煤31#(BN3)煤種單一，僅局部層段出現弱粘結煤，精查勘探區煤質資料如下：灰分：原煤灰分11.8226.23 %,平均17.01 %,屬中灰煤。井田內灰分變化較小， 規律明顯，表現為煤層頂底灰分高，中部灰分低；厚煤層灰分低，薄煤層灰分高。硫分：全硫含量0.132.90 %，平均0.96 %。磷分：0.009 0.016 %，平均 0.013 %。發熱量：原煤發熱量：22.8127.86MJ/kg，平均25.63MJ/kg。揮發

13、分：原煤揮發分31.0436.42 %，平均33.33 %。根據煤化學性質，工藝性能及煤巖組分特征，可作為動力用煤、氣化用煤和民用煤。1.3.5煤塵及煤自燃傾向性亭南煤礦2005年采樣對8#煤層進行了自燃傾向性及煤塵爆炸性鑒定，根據煤科 總院撫順分院鑒定結果，亭南煤礦 8#煤層煤塵有爆炸危險性，其火焰長度為 300mm 最低巖粉量為50%。8#煤層屬U類自燃煤層。1.4礦井開拓與開采1.4.1煤炭儲量及礦井生產能力亭南井田境界為：東以點 A (X= 3883390, Y= 36496580)，點 D (X= 3887600, 丫 =36493630)連線與小莊井田為界；南以點 A (X= 38

14、83390, Y= 36496580)，點B(X =3883540, Y= 36491440)與大佛寺井田相鄰；西以 166#鉆孔與點 C (X= 3887000, Y =36487000)連線及8#煤層零點邊界線為界；北以10、176#鉆孔連線及8#煤層零點邊界線為界。井田東西長約 5.7km，南北寬約4.4km,井田面積24.9km2礦井地質儲量為398830kt。其中A級儲量26160kt, B級儲量189050kt, C級儲量 121590kt，A+ B級儲量占A+ B+ C級儲量63.9 %, D級儲量32880kt ;暫不能利用儲量 29150kt，系指設計范圍內東北隅涇河與黑河交

15、匯處及亭口鎮下壓煤。井田工業儲量（A+ B+ C級）336800kt，扣除永久煤柱和礦井開采損失（采區回采率按75%計算）后，可采儲量為184290 kt。亭南煤礦地質儲量和可采儲量，見表1-2和表1-3。表1-2 礦井地質儲量匯總表單位：kt煤層分區能利用儲量暫難利用儲量ABCA+ B+ CA +BDA+ B+ C+DA+ B+ C8精杳區26160431506141013072053.0%2965016038029150詳杳區1459006018020608070.8%3230209300合計2616018905012159033680063.9%3288036968029150表1-3礦

16、井可米儲量匯總表單位：kt煤層號工業 儲 量永久煤柱損失開 采 損 失可采 儲 量井筒及工業場地煤柱后期風井公路、村莊、大佛寺洗煤廠水庫大壩井田境界小計8336800705039103944014090155009108061430184290礦井設計生產能力為1.2Mt/a，儲量備用系數按1.4考慮，服務年限為110年。1.4.2礦井開拓及開采本礦井采用一對立井、單水平開拓方式開發全井田，水平標高在+455m左右。主、副立井布置在T2孔附近，工業場地采用臺階式布置，主井井口標高+856.30m,副井井 口標高+ 856.35m。井筒到設計標高后沿經線偏北 4 o,向西在煤層中布置三條開拓巷

17、道（膠帶輸送機運輸大巷，軌道運輸大巷和回風大巷） ，井底車場為臥式車場，全井田 劃分為四個盤區, 各盤區均采用大巷條帶開采, 首采盤區位于井筒南部。初期開鑿一對 立井，主井凈直徑5.0m,裝備一對JD系列12t立井多繩鋼罐道箕斗；副井凈直徑6.0m， 裝備一對 1t 礦車單層雙車鋼罐道多繩罐籠（一寬一窄） 。主井承擔礦井煤炭提升任務, 兼初期回風井及作安全出口， 副井承擔礦井輔助提升任務兼進風井及作安全出口。 后期 在井田西部華子塬附近設一專用回風井。礦井目前在井筒南部布置一個工作面， 采用走向長壁后退式采煤法。 綜合機械化放 頂采煤，全部垮落法管理頂板。一般工作面長120m左右。井下現施工5

18、個掘進工作面，101軌道巷；一盤區軌道巷；一盤區皮帶巷； 煤倉檢修斜巷；泵房通道。均為局部扇風機供風。1.5 礦井通風及瓦斯涌出亭南為基建礦井 ，初期采用通風系統采用中央并列式， 通風方式為負壓抽出式通風。 初期一盤區通風系統為：副立井一井底車場、井底車場繞道-軌道運輸大巷一工作面運 輸巷一工作面-工作面回風巷一工作面輔助運輸聯絡巷一回風大巷一主（回風）立井一風硐。亭南煤礦通風系統示意圖，見圖 1-2。礦井初期為副立井進風，主立井回風； 2008年開鑿史家峪回風立井承擔全礦回風， 主副立井進風；礦井通風機選用兩臺GAF23.7-11.8-1軸流風機,配套電機為丫400-8型, 功率為250kW

19、額定風量48009000riVmin。礦井現正處在建設階段，還沒有形成正規通風系統，由于自然風壓影響， 現為主井 進風，副井回風，礦井總風量為2560riVmin。在井下安設兩臺FBCZ-13B型55KW由流通 風機， 作為礦井臨時供風機備用。亭南煤礦為基建礦井，未進行過礦井瓦斯等級鑒定，亭南煤礦采用綜放采煤法，8煤層平均厚度 8.29m， 目前首采面已貫通， 即將進行試生產。“22 礦井瓦斯2.1 煤層瓦斯基礎參數煤層瓦斯賦存基礎參數是礦井瓦斯防治和瓦斯抽放設計依據，根據抽放可行性 報告，亭南煤礦 8煤層瓦斯基礎參數值如下：8#煤層原始瓦斯含量2.293.15m3/t煤孔隙度5.88.6 %

20、煤層透氣性系數2.59m2/MPa2.d百米鉆孔瓦斯流量衰減系數 0.01380.0178 d -1百米鉆孔初始瓦斯流量0.010m/min TOOm2.2 礦井瓦斯儲量2.2.1 儲量計算范圍參與瓦斯儲量計算除開采層 8#煤層外，還包括圍巖所含瓦斯儲量。 8#煤層瓦斯 含量 3.15m3/t 。煤層中瓦斯資源儲量以礦井煤炭地質儲量為依據。2.2.2 礦井瓦斯儲量及可抽量礦井瓦斯儲量系指煤層開采過程中， 能夠向開采空間排放瓦斯煤、 巖層賦存瓦斯總 量。瓦斯儲量大小標志著瓦斯資源多寡，同時亦是衡量有無開發利用價值重要指標。 瓦 斯儲量計算公式為：3Ws=AX X煤=370 X 3.15=1165

21、.50 Mm式中 W 煤8 #煤層瓦斯儲量， Mm3；A4 8#煤層地質儲量， Mt；X 煤8#煤層瓦斯含量， m3/t 。由于 8#煤層無鄰近層因此不考慮鄰近層瓦斯，在我國一般圍巖瓦斯儲量都按開采 層 15%估算。W= 1165.50 X 15% =174.83Mrn礦井瓦斯儲量合計Wi= W 煤+ W 巖=1165.50+174.83=1340.33 Mm3礦井可開發瓦斯量（或稱可抽放量） 是指在既定開采地質條件下，按照目前抽放技 術水平所能抽出最大瓦斯量。 它反映著礦井資源開發程度， 其與抽放工藝技術和抽放能 力密切相關。開采煤層可抽瓦斯量為開采層瓦斯儲量與抽放率之積。圍巖（或鄰近層）可

22、抽瓦斯 量為圍巖（或鄰近層）瓦斯儲量、瓦斯涌出系數與抽放率三者之積，由此可計算礦井可 抽放量為：3WkC= W煤 n =1340.33 X 0.25=335.08 Mm ;式中：W礦井可抽放瓦斯量，Mrhn礦井開采層瓦斯抽放率，按我國目前抽放瓦斯實際水平，結合本礦所采用方法 （煤層預抽、邊采（掘）邊抽、采空區抽放），耳取25%。3 礦井瓦斯抽放可行性論證3.1 瓦斯抽放必要性3.1.1 建立瓦斯抽放系統必要條件根據國家煤礦安全監察局 2005年頒布煤礦安全規程第一百四十五條規定，凡 有下列情況之一礦井，必須建立地面永久瓦斯抽放系統或井下臨時抽放系統：（一）一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于 5m

23、3/min,或一個掘進工作面絕對瓦斯 涌出量大于3nVmin，采用通風方法解決不合理。（二）礦井絕對瓦斯涌出量達到以下條件：1. 大于或等于 40m3/min；2. 年產量1.01.5Mt礦井，大于30nVmin ;3. 年產量0.61.0Mt礦井，大于25nVmin ;4. 年產量 0.40.6Mt 礦井，大于 20m3/min;5. 年產量小于或等于 0.4Mt 礦井，大于 15m3/min 。（三）開采有煤與瓦斯突出危險煤層。以下從兩個方面來分析亭南煤礦 8煤層是否具有瓦斯抽放必要性。3.1.2 從礦井目前瓦斯涌出現狀來看瓦斯抽放必要性從目前煤巷掘進情況看，單巷最大瓦斯涌出量為3.63m

24、3/min，大于3 ml/min。亭南煤礦為基建礦井，首采面已貫通，還未開始生產，礦井現在沒有生產工作面，根據抽 放可行性報告對工作面瓦斯涌出量預測，工作面絕對瓦斯涌出量預計為9.00m3/min，大于5 m3/min。礦井絕對瓦斯涌出量預計為 21.46m 3/min，小于30nVmin。如采用通風 方法解決有困難則需考慮建立瓦斯抽放系統。3.1.3從礦井通風能力來看瓦斯抽放必要性采掘工作面實行瓦斯抽放必要性判斷標準是：采掘工作面設計風量小于稀釋瓦斯所 需要風量，即（3-7 ）式成立時，抽放瓦斯才是必要。100 ?Q ? KQ 0C（3-7）式中：Q采掘工作面設計風量，mi/min ；Q 采

25、掘工作面瓦斯涌出量，ml/min ；K 瓦斯涌出不均衡系數，取k=1.5 ;C 煤礦安全規程允許采掘工作面瓦斯濃度，C 1.0。根據對礦井101回采工作面瓦斯涌出量預測，回采工作面絕對瓦斯涌出量一般為 9.00m3/min，工作面需風量1350mVmin 左右，亭南煤礦101工作面設計風量為1320mVmin。根據對礦井掘進工作面瓦斯涌出量預測，綜掘工作面絕對瓦斯涌出量一般 為3.63m3/min，工作面需風量 545mVmin左右，炮掘工作面絕對瓦斯涌出量一般為 0.81m/min，工作面需風量122mVmin左右。亭南煤礦綜掘工作面設計風量為 480mVmin， 炮掘工作面設計風量為240nn/min。由于回采面、綜掘面瓦斯涌出量大于 5m3/min和3m3/min，且回采工作面和綜掘工 作面設計風量小于稀釋瓦斯所需風量，亭南煤礦有必