平煤五矿己四采区瓦斯抽放设计.doc

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1、河南理工大学本科毕业设计平煤五矿己四采区瓦斯抽放设计摘要：对突出矿井而言，煤矿生产过程中的最大安全隐患是瓦斯事故。由于瓦斯事故的危害极大，消除瓦斯事故隐患需要花费较多的时间和费用，而瓦斯灾害事故的威胁也极大限制了煤矿生产规模，生产效率和经济效率的提高。瓦斯灾害的有效控制是保证我国煤炭工业可持续发展的一个关键性问题。平煤五矿己四采区煤层瓦斯抽放设计采用上下顺槽打顺层平行钻孔预抽、高位钻孔抽放和采空区埋管抽放、上隅角抽放相结合的瓦斯抽放方法，它能确保采掘工作在低瓦斯含量条件下采掘，给采掘工作创造安全环境。根据平煤五矿己四采区的各项资料研究瓦斯抽放设计的合理组合方式，工艺参数，抽放效果评价技术等是非

2、常有必要的，能够为矿井瓦斯抽放的科学管理，生产计划的科学编制以及计划的严格实施提供必要的科学依据，也是确保安全生产，提高工作效率和生产效益的有效手段。关键词：瓦斯抽放；平行钻孔；高位钻孔Minmetals had four mining area Pingdingshan Gas Drainage DesignAbstract：Of the gas mine, the coal production process is the biggest security risk of gas accidents. Great harm because gas accidents and elimin

3、ate hidden perils of gas takes more time and cost, and the threat of gas disasters have also greatly limits the scale of coal production, productivity and economic efficiency. Effective control of gas disaster is to ensure sustainable development of Chinas coal industry is a key issue.Pingmei Minmet

4、als had four mining area in gas tank design uses a play up and down along the bedding parallel to nonpallel boring, and high level borehole in gob drainage pipe, drainage in the upper corner of a combination of gas drainage method , he can ensure that the excavation work under the conditions of low

5、gas content of the work, to create a safe working environment for mining, pumping gas costs are relatively low.According to Minmetals had four mining areas Pingmei all the information of the rational design of combination of gas drainage, process parameters, such as drainage effect evaluation techno

6、logy is necessary, be able to mine gas drainage and scientific management, production planning the scientific establishment and strict implementation of plans to provide the necessary scientific basis, but also ensure safety in production, improve efficiency and effective means of production efficie

7、ncy.Keywords：gas drainage； nonpallel boring； high level borehole53目录1 绪论11.1 概述11.2 设计的指导思想21.3 抽采效果预计22 矿井概况32.1 井田概况32.2 井田地质特征53 矿井瓦斯赋存173.1 煤层瓦斯基本参数173.2 采区瓦斯储量174 瓦斯抽放的必要性和可行性论证214.1 瓦斯抽放的必要性214.2 瓦斯抽放的可行性275 抽放方法285.1 规定285.2 采区瓦斯来源分析285.3 抽放方法选择295.4 钻孔及钻场布置及封孔方法306 瓦斯抽放管路系统及设备选型356.1 抽放管路选型及

8、阻力计算356.2 瓦斯抽放泵选型436.3 辅助设备497 安全技术措施507.1 抽放系统及井下移动抽放瓦斯泵站安全措施507.2 地面抽放瓦斯站安全措施508 致 谢52参考文献531 绪论1.1 概述五矿位于平顶山矿区西部，是平煤天安煤业股份有限公司所属大型矿井之一，行政区划分属平顶山市和宝丰县管辖。地表范围为龙山至擂鼓台的低山丘地带，地势中间高，南北低，最高点为擂鼓台，标高+505.6m，其次为龙山，标高+464.3m，南坡陡，北坡缓，呈单面山形，为本区地表分水岭。矿区内又连接京广、焦枝两大干线的孟宝支线、矿区铁路专用线；以平顶山市为枢纽与周边县市相通形成公路交通网，交通十分便利，使

9、得煤炭外运便捷。五矿由原平顶山矿务局1956年报煤炭工业局立项，经煤炭工业部批准建设，1956年10月开工建设。1958年12月建成投产，设计生产能力1.20Mt/a。矿井现有可采储量按核定能力1.65Mt/a剩余服务年限为12年，原设计年生产能力1.20Mt/a，服务年限为64年，1996年经集团公司同意，将六矿己组煤层划归五矿开采增加了五矿可采储量。1968年12月投产截止2010年末已生产52年，剩余服务年限符合设计要求及相关规定，三水平-800-1000m未计算的己组煤煤炭储量将矿井剩余服务年限又延长了，矿井的煤炭资源有可靠的保障。至2010年12月31日矿井保有资源储量108.6Mt

10、，工业储量88.3Mt，可采储量39.1Mt。五矿水文地质条件复杂。己组煤含水层为己组顶板砂岩和地板L2含水层，间接冲水层L7灰岩和寒武系白云质灰岩含水层。庚组煤含水层为L2、L7灰岩含水层，间接充水含水层为寒武系白云质灰岩含水层。主要隔水层为己组地板10m左右的粉细砂岩，砂质泥岩隔水层，和L2 L5间砂泥岩段隔水层，及庚组煤层底板L7白云质灰岩含水层间的泥岩，砂质泥岩隔水层。地表无大的水源，只有多条季节性冲沟，矿井总的正常涌水量为928m3/h。矿井水文条件类型为类。瓦斯：属突出矿井，己组煤层是突出煤层，瓦斯含量随深度增加而增加；庚20煤层属低瓦斯煤层。己组煤层瓦斯压力：-310m水平0.7

11、8MPa，-437m水平1.85MPa；-650水平2.7MPa；瓦斯压力梯度为0.0057MPa/m。己组煤的绝对瓦斯涌出量为12.429.1m3/min，相对瓦斯涌出量为9.213.1m3/t。煤尘：己15煤爆炸性指数为30.18%，己16-17煤煤尘爆炸性指数为27.75%，庚20煤没尘爆炸性指数为3235%。自燃：己组煤自燃发火期为36个月，庚20煤自燃期23个月。地温：己组煤在-44m以上岩温为1.31.5以上，-400-800m为二级热害区，低温梯度3.07/百米。在-800m以下将达到50。庚20煤层前部开采时温度为27左右。1.2 设计的指导思想结合平煤五矿的开采技术条件，依靠

12、科技进步，树立“瓦斯事故可以预防和避免”、“瓦斯是自愿和洁净能源”的意识，贯彻“安全第一、预防为主”和瓦斯治理“先抽后采、监测监控、以风定产”的方针，加强瓦斯治理与利用的工作，努力建设本质安全矿井。1.3 抽采效果预计1.3.1 瓦斯抽采率根据上述瓦斯参数，结合矿区实际抽采效果和我国瓦斯抽采技术的发展以及国家发改委文件（发改能源20051137号文）的要求，确定本矿的瓦斯抽采率为50%。1.3.2 矿井瓦斯抽采量矿井瓦斯抽采量包括综采工作面、掘进工作面、采空区、老空区等地点瓦斯抽采量。2 矿井概况2.1 井田概况2.1.1 交通位置平顶山天安煤业股份有限公司五矿（简称平煤五矿）位于平顶山市以西

13、10 km，在平顶山矿区的西部，东部与一矿、四矿为邻，西与十一矿为邻，北和六矿为邻。行政区划分属平顶山市郊区和宝丰县管辖。连接京广、焦枝两大干线的孟（庙）宝（丰）支线和矿区铁路专用线与矿井工业广场铁路接轨，铁路运输已形成。公路以平顶山市为枢纽与周边县市相通，交通十分便利。2.1.2 地形地貌五矿己组煤深部区地表为龙山至擂鼓台的低山丘陵地带，地势中间高，南北低，最高点为擂鼓台，标高+505.6m，其次为龙山，标高+464.3m，南坡陡，北坡缓，呈单面山形，为本区地表分水岭。地面建筑有六矿北山进风井、回风井、五矿北山进风井以及山庄、马沟、户口、周家等18个村庄。由于受开采影响，地表将会出现不同程度

14、下沉。2.1.3 地表水井田范围内无天然河流和水库，区内山间冲沟发育，有季节性溪水注入沙河、汝河，地表排泄条件良好。2.1.4 气象及地震本区属暖温带半干旱季风气候。根据平顶山气象站的资料，历年来最大降雨量1322.6mm，最小降雨量373.9mm，平均降雨量732.8mm，雨季一般集中在69月份。历年最大蒸发量2825mm，最小蒸发量1490.5mm，年平均蒸发量1880.4m，蒸发量大于降雨量。历年最高气温42.6，最低气温-18.8，平均气温14.9.风向随季节而变，夏季多为东南风和南风，秋、冬季多为西风和西北风。冰冻期一般为11月到次年3月，最大冻土层深度220mm，最大积雪厚度160

15、m最长冰冻期为170天。本区地震基本烈度为度。图2-1 交通位置图2.1.5 自然和生态环境概况自然和生态环境受地形地貌所控制。丘陵地区荒坡和植被面积大，耕地面积小。表土为残坡积物，厚度小，土质差，种植玉米，大豆、红薯等。植被以槐树为主，其次有粟树、果树等。山涧河谷平原全部为耕地，表土厚，土质好，粮食作物以小麦为主，其次有玉米，大豆、红薯。经济作物以烟叶为主。2.1.6 矿井煤炭生产及规划概况平煤五矿58年投产，设计生产能力1.2Mt/a，1984年达到设计产量，2004年产煤1.43Mt，己四采区投产后,煤炭产量将达2.0Mt/a。2.1.7 现有水源、电源1、水源矿井工业广场建有水厂，供水

16、能力为15000m3/d，能满足井上下所有系统的供水需求。2、电源工业广场6kV电源引自谢庄降压站，用双回路LGJ-2185mm2导线联接，每趟导线长1.7km，矿井装机容量为20000kW。北翼己组煤开采6kW电源来自六矿北风井35kW降压站，六矿北风井电源引自谢庄降压站，用双回路LGJ-95导线联接，六矿北风井降压站内有两台8000kVA变压器（35/6.3）、9台高压开关柜。2.2 井田地质特征2.2.1 地质构造平顶山煤田位于华北平原西南部边缘，伏牛山以北，箕山以南。本煤田处于豫西断隆、华北断拗和北秦岭褶皱带的交接部位。先后受到中岳期、怀远期、加里东期、印支期、燕山期和喜马拉雅山期六次

17、构造运动的影响。平顶山矿区突出的地质特征为断块隆起，四周凹陷。区内主体构造为一宽缓的复式向斜，即以李口向斜和灵武山向斜为主，其间为尖山背斜的一系列北西方向的褶皱。李口向斜为东南端收敛、西北端呈扇形展开的宽缓褶曲，向北西方向倾伏。区内断层主要是一组平行褶曲轴向的正断层及逆断层。如七里店断层、白石沟逆断层、任店断层、锅底山正断层和九里山断层。五矿己四采区位于李口向斜的西南翼，锅底山断层以北。李口向斜西南翼为一平缓单斜构造，走向280295，倾向北东，地层倾角517，平均10。锅底山断层位于李口向斜西南翼的西南部，是控制该区的主要地质构造，47勘探线以东走向312，以西折转为350，倾向西南，东北盘

18、抬升，西南盘下降，为落差40280m的高角度正断层。五矿己四采区位于锅底山断层的东北盘，从现有资料分析，采区上部构造复杂，发育有F5正断层、山庄复式褶皱和诸葛庙背斜，中下部也发育有多条断层。（一）褶皱1、诸葛庙背斜轴部位于46-18孔、45-23孔、45-7孔一线，向北倾伏，轴向350，南部北部宽缓。己四采区位于诸葛庙背斜西翼，该背斜在己四采区表现不明显，构造幅度较小，为宽缓褶皱。2、山庄复式褶皱：该褶皱为连续性背向斜组合构造，共3个背斜，两个向斜，从北向南分别为山庄一号背斜、山庄二号背斜、山庄三号背斜。山庄一号背斜向西倾伏，轴向过46-28孔，方位295，轴部延伸800m左右，山庄二号背斜位

19、于山庄以南，轴向过46-23孔，方位273，轴部延伸400m左右，山庄三号背斜轴向过46-7孔，方位40，轴部延伸240m。（二）断层锅底山正断层：锅底山断层为五矿己四采区南部及西部边界断层，是控制该地区的主要地质构造，47勘探线以东走向312，47勘探线以西走向350，倾向西南，东北盘抬升，西南盘下降，落差40280m，倾角4065，为一高落差正断层，五矿己四采区正处于该断层抬升的东北盘。通过三维地震勘探，F5断层与以前提供的地质资料相比有了变化，原资料中的F8断层没有出现，另外又发现了不少断层，这些断层影响采面的布置。己四采区内构造复杂程度属较复杂类型。见表2-1。表2-1 采区断层特征表

20、断层名称性质走向倾向倾 角（）落 差（m）延展长度锅底山断层正断层北西南西4065402802000mF4正断层南北西455004.5700mF5正断层北西北东7075025640mDF1正断层北东北西48035400mDF2正断层北北东西45015430DF3正断层北西北东65025330DF4逆断层南北西55021350DF5正断层北东北西65025300DF6逆断层东西北50020400DF7正断层北东北西69032500DF8正断层北东北西49030350DF9正断层北西西北630701100DF10正断层北西南西550354702.2.2 地层己四采区地层从老到新为：寒武系固山组、上

21、石炭太原组、二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组、平顶山砂岩、第四系黄土坡沙砾石，其中太原组、下石盒子组、上石盒子组为含煤地层，含煤2156层，厚度68.5585.92m,其中可采煤层七层,分别为庚20、己16-17、己15、戊9-10、戊8、丁5-6、丙3。（一）石炭系上统太原组本组为含煤地层首段（庚煤段），最上层为第一层灰岩，最下层为铝土质泥岩，与寒武系白云质灰岩平行不整合接触。太原组由生物碎屑、灰岩、泥岩、泥质砂岩和煤组成，含煤69层，常见7层，其中庚20煤层为本区可采煤层。地层中含有丰富的海洋动物化石，属浅海和潮坪沉积，地层厚度为36.5109.90m，平均厚度70.50m，

22、根据岩性特征自下而上分为四段，即底部铝土质泥岩段、下部灰岩段、中部砂质泥岩段和上部灰岩段。1、底部铝土泥岩段：厚0.512m，平均4.97m，由浅灰色、乳白色铝土质泥岩组成，有硫铁矿结核，层位稳定，是确定寒武系与石炭系的良好标志层（K1）。2、下部灰岩段：厚度12.0318.26m，平均14.78m，由L5L7三层灰岩及泥砂岩和煤组成，灰岩为浅灰和深灰色，含大量生物碎屑，含煤45层，其中庚20煤沉积稳定，为全区可采煤层。庚20直接顶为L5灰岩，含有燧石结核，厚度变化不大，是区内良好的标志层（K2），灰岩中含有丰富的动物化石，主要有长似纺锤蜒、阿尔卑皱壁蜒、希瓦格蜒未定种，简单麦粒蜒等。3、中部

23、砂质泥岩段：厚度14.2546.04m，平均27.7m，由灰深灰色泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩、灰岩和薄煤组成，含灰岩两层（L3L4），透镜状，薄煤不稳定，泥岩中植物化石丰富，最明显的是猫眼鳞木。4、上部灰岩段：厚6.433m，平均18. 0m，由L1、L2灰岩、泥岩、砂质泥岩组成，L1为泥灰岩，L2灰岩为深灰色，含丰富的方解石脉，常见化石为蜒类和足类。（二）二叠系下统山西组本组在含煤地层中为第二个含煤段，总厚度56132m，平均厚度91m，与下伏太原组地层成整合接触，本组地层由灰深灰色泥岩、砂质泥岩、细砂岩和煤组成，含煤46层，其中己15、己16-17煤层为全区可采煤层，底部为细砂岩，俗称老君堂

24、砂岩，厚度一般在3.0m左右，有时变相为砂质泥岩或泥岩，该层为本区辅助标志层，中部的大占砂岩为己15煤层老顶，区内较稳定，厚度2.817m，一般在6.0m左右，大占砂岩为细中粒长石砂岩，层面富含白云母碎片，具大型板状交错层理，为本区的良好标志层（K4），上部由泥岩、细砂岩、砂质泥岩交互组成，厚度56109m，顶部泥岩含褐紫色、浅绿色斑块，俗称小紫斑泥岩，也可作区内辅助标志层。根据丰富的动植物化石和其它沉积特征，本组为三角洲平原至潮坪沉积。（三）二叠系下统下石盒子组本组含煤三段，分别是第三煤段（戊组煤）、第四煤段（丁组煤）、第五煤段（丙煤）。1、三煤段（戊组煤）：厚约110.84176.41m，

25、含煤59层，其中戊8、戊9-10煤层为全区可采煤层，戊9与戊10煤层有分叉合并现象。该段底部为中、粗粒岩屑石英砂岩，常见有泥质包裹体，泥砾厚度339.19m，平均厚度9.45m，具大型斜层理和平行层理。该层砂岩俗称砂锅窑砂岩，为区域标志层（K5），是划分山西组和下石盒子组的区域性标志，其上为大紫斑泥岩（K6），大紫斑泥岩厚度大，一般在12m左右，呈紫红色，局部为灰绿色，是区域良好标志层，K5距戊9-10煤层一般93m，距己16-17煤层一般70m左右，本段富含动植物化石主要有舌形贝定种、剑瓣轮叶、中国瓣轮叶、东方栉羊齿、中国始苏铁等。2、四煤段（丁组煤）四煤段厚度58.9129.22m，平均8

26、3.65m，本段由灰色泥岩、泥质粉砂岩、细中粒砂岩和煤组成，含煤47层，其中丁5-6煤层为全区可采煤层，层位稳定，平均厚度3.7m。底部砂岩俗称四底砂岩（K7），层位稳定，平均厚度3.94m，是划分三、四煤段的标志层，K7距丁5-6煤层一般40m左右。此段植物化石丰富，主要含植物叶片化石。3、五煤段（丙煤段）本段为深灰色砂质泥岩、泥岩、泥质粉砂岩、灰色细中粒长石石英砂及煤层，局部含紫斑泥岩，含煤35层，其中丙3煤层为局部可采煤层。底部为中细粒石英砂岩，灰黑色灰白色，成分以石英长石为主，含少量暗色矿物质和白云母片，钙质胶结，砂岩底部含豆状泥质包体，具小型板状交错层理，厚度128m，平均7.59m

27、，层位稳定，是四、五煤段的分界砂岩，俗称五底砂岩（K8），主要动植物化石有舌形贝未定种、猫眼鳞木、连座单网羊齿、分瓣单羊齿、朝鲜羽羊齿等。2.2.3 煤层己组煤层赋存于二叠系山西组，该组发育煤层46层，其中己15、己16、己17煤层为可采煤层，己16、己17煤大部分地段合层，局部分层。1、己15煤层己15煤层位于山西组下部，上距沙锅窑砂岩（K5）39.0481.27m，平均59.95m，距戊9-10煤层121.88197.42m，平均156.97m，局部发育炭质泥岩伪顶，厚度0.3m左右，直接顶为砂质泥岩，厚度1.54.2m，老顶为细砂岩（K4），厚度2.817m，一般在6.0m左右，在-85

28、0m底板等高线以北，大部分地段己15煤层直接顶为细砂岩（K4），且不发育伪顶，底板为泥岩或砂质泥岩，局部夹细砂岩，距下伏己16-17煤层0.913m，一般在9.0m左右，己15煤层为块状、片状，煤厚0.564.5m，平均厚度1.4m，采区中上部48线以西大面积不可采，4847线己15煤层厚度1.3m左右，中下部己15煤层厚，一般煤厚1.7m，煤层倾角912。2、己16-17煤层己16-17煤层距L1灰岩3.1517m，L1灰岩一般厚度在7.0m左右，其中49-18孔揭露己16-17煤层直接与L2灰岩接触，上距己15煤层0.913m，一般在9m左右，伪顶为炭质泥岩，直接顶为泥岩或砂质泥岩，直接底

29、板为泥岩或砂质泥岩，厚度1.212m，一般在2.0m左右，老底为细砂岩，俗称老君堂砂岩，一般厚度在3.0m左右。己16-17煤层呈块状、片状、粉末状，厚度1.519.0m，平均煤厚4.0m，含夹矸03层，大部分地段为一层夹矸，厚度一般在0.40m左右，局部夹矸较厚，48-20孔、47-20孔揭露夹矸分别为2.7m、2.9m，造成己16与己17分层；47-17、47-19、48-19孔揭露己17底部由12层薄层夹矸和薄煤组，虽然结构复杂，但对实际生产没有影响。本区大部分地段己16与己17合层，煤层总厚度绝大部分在5.0m左右。区内有两个钻孔揭露特别，一个是50-15孔，己16-17煤层厚度9m，

30、一个是49-16孔，己16-17煤厚1.51m。总之，己16-17煤层属较稳定煤层，全区可采。2.2.4 煤质1、己15煤层物理性质：己15煤层呈厚层状,具条带状结构，破坏后呈块状、粒状，煤质较硬，煤岩类型以半亮型煤、亮煤为主，煤的容重为1.4t/m3，单向抗拉强度Rt=44N/cm2，坚固性系数F=0.56，普氏硬度f=12，单向抗压强度Rc=915N/cm2。化学性质：内在水分（Mad）0.75%，灰分（Ad）17.15%，硫分(Sfd) 0.5%，挥发分（Vdaf）28%，含油率（Td）8.37%，发热量29.07MJ/kg。2、己16-17煤层物理性质： 16呈块状、粒状，己17呈片状

31、、粉末状，容重为1.4t/m3，己16-17煤层的各种物理参数与己15相近，己17煤层的单向抗拉强度Rt=30N/cm2，坚固性系数F=0.53，普氏硬度f=1，单向抗压强度Rc=793N/cm2。化学性质：内在水分（Mad）：0.7%，灰分（Ad）：15.02%，硫分(Sfd)：0.35%，挥发分（Vdaf）：28.86%，含油率（Td）：5.93%，发热量29.07MJ/kg。见表2-2、表2-3。表2-2 五矿己15煤层煤质化验成果表采样点原煤胶质层胶结指数煤种Mad%Ad%Vdaf%CRc1-8Std%QgradMJ/KgXY46-220.413.4732.3370.4730.4735

32、.017.0801/3JM45-140.8415.5026.1650.9329.3735.518.0811/3JM46-211.8036.5733.0440.2920.281/3JM48-200.9226.7130.1650.3425.081/3JM50-150.7019.5732.1370.5828.52811/3JM表2-3 五矿己16-17煤层煤质化验成果表采样点原煤胶质层胶结指数煤种Mad%Ad%Vdaf%CRc1-8Std%QgradMJ/KgXY49-140.6814.6330.4870.3835.2230.028.093肥煤49-150.8426.6729.5760.3625.5

33、821.022.5951/3JM49-161.8019.0628.5560.2827.8663瘦煤48-220.9229.329.870.3229.8450-150.7014.6527.9630.3223.0338.012.577焦煤49-160.7828.1430.0770.4225.0716.07.595肥煤2.2.5 水文地质（一）地表水系及气象采区内地表水系不发育，在采区北部有汝河、外滩水库，南部有湛河、白龟山水库、北干渠等大的地表水系，但距采区较远，与矿坑涌水无明显联系。在采区西南，有龙门口水库，此水库紧邻己四采区，但由于锅底山断层阻隔，加上南部地表第四系覆盖层隔水层较厚，对己四采区

34、水文条件无影响。地表冲沟较发育，由于地表季节性径流条件较好，不利于大气降水汇集和渗透，五矿、六矿采区生产表明，大气降水对矿坑充水无明显影响。（二）采区边界条件己四采区位于诸葛庙背斜西翼，己16-17煤层底板呈东高西低，采区南部、西部由锅底山断层及分支阻断了来自南部及西南部区域的地下水补给，北部可视为隔水边界，己四采区上部的东边与本矿三采区相邻，目前，己三采区顶板砂岩水已基本排完，因此，本采区形成了一个半封闭的水文地质块段，与区域地下水联系较弱，垂向上有多层厚度较大的隔水层相阻隔，在生产过程中，地下水消耗以净储量为主。（三）采区主要含水层及隔水层1、主要含水层己组煤层的直接充水含水层为己组煤层顶

35、板砂岩含水层和底板L2灰岩含水层。间接充水含水层为L7灰岩含水层及寒武系白云质灰岩含水层，其它含水层对煤矿生产影响较小。2、主要隔水层己组煤底板隔水层由砂岩含水层之间的泥岩及砂质泥岩组成，在没有断裂的情况下，在垂向上使得顶板砂岩含水层之间缺乏水力联系。己组煤层底板隔水层为己组煤层底板厚约10m左右的砂质泥岩、泥岩隔水层和L2L5之间的砂质泥岩段隔水层，前者一般可阻断L2灰岩水直接进入矿坑，后者一般可阻断L2与L7灰岩水之间的水力联系，太原组底部的铝土质泥岩厚度稳定，可阻断寒武系灰岩水。（四）采区主要充水水源及特征1、己组煤层顶板砂岩水己组煤层顶板砂岩含水层主要有大占砂岩含水层及其上部砂岩含水层

36、，大占砂岩为己15煤层老顶，厚度2.817m，平均厚度在6.0m左右，层位稳定，大部分地段与己15煤层直接接触，其上部普遍发育的细中粒长石石英砂岩，厚度大于50m，中间有泥岩及砂质泥岩相隔，从五矿己三采区开采的情况来看，己组煤顶板砂岩水以孔隙水的方式存在，如47-8、47-7孔附近己组煤层顶板破碎，大占砂岩近直立，这些复杂地段为砂岩富水区，对掘进回采影响较大。顶板砂岩含水层之间在正常情况下水力联系较弱，经实际生产证明，同层砂岩水在倾向上受重力作用，渗透能力较强，渗透系数最大可达K=0.12m/d，顶板砂岩水水质类型为HCO3-Na，经测试，PH值试纸呈浅绿色，PH值为8.2，呈弱碱性。虽然在垂

37、向上水力联系较弱，但采面回采顶板垮落后，使上部岩层产生裂隙，根据经验公式，裂隙带高度最大可达80m高，煤层开采加大顶板砂岩含水层之间的水力联系，使采面涌水增大，预计己四采区在掘进时，山庄复式褶皱附近涌水量为515m3/h，其它地段，顶板砂岩水局部有滴淋现象，回采时，采面正常涌水量为20m3/h，最大可达50m3/h。总之，己四采区顶板砂岩水与其它含水层联系较差，矿坑充水以消耗净储量为主，易于疏干。2、太原组灰岩水石炭系太原组平行不整合于寒武系地层之上，由灰岩、细砂岩、泥岩、砂质泥岩组成，含灰岩67层，自上而下编号为L1L7，灰岩总厚度12.8634.9m，平均28.05m，分上部灰岩段（L2L

38、3为主）和下部灰岩段（L5L7为主）两个含水层，中间主要以砂质泥岩相间隔，太原组灰岩水以岩溶裂隙水的方式存在，地下水类型为岩溶裂隙承压水，岩溶裂隙发育程度较低，向深部逐渐减弱，己四采区仅47-17孔见钻探冲洗液漏失，消耗量为0.96m3/h，从已经回采的己三采区看，石炭系灰岩岩溶裂隙主要发育在L2灰岩中，发育程度弱，规模小，岩溶裂隙之间水力联系差，矿坑充水以消耗净储量为主。太原组灰岩水水质类型为HCO3-CaMg及HCO3-CaNa，富含H2S气体，具有强烈刺激气味，水温43C45C，PH试纸呈浅黄色，PH值为67，呈中性偏弱酸。（五）己四采区地下水联系情况及含水层的赋水性五矿锅底山断层以北采

39、区为半封闭的水文单元，受大气降雨、地表水系及己组煤段以上含水层的影响较小，对生产的实际影响主要来自于己组煤段砂岩水及底板灰岩水，而且上述充水水源以净储量为主。己组煤顶板砂岩水在没有开采情况下，由于各含水层之间有隔水层存在，各含水层之间水力联系较差，开采后采空区上方产生断裂，裂隙带高度最大可达80m，基本能贯穿己组顶板砂岩含水层，采空区上方砂岩水通过裂隙导入采空区，另外，采空区上部阶段顶板砂岩水在重力作用下，沿岩层倾斜方向渗入采空区，对采空区上部阶段砂岩水起排泄作用，如己17-23140先回采后，上部采面己17-23120、己17-23080在回采过程中基本没有进行排水。己17煤层直接底板小裂隙

40、发育，在下部阶段采空区有排泄空间的情况下，上部阶段采空区可以通过底板裂隙及煤岩交接面渗透到下部采空区，己三采区生产证明，上部老空水可以在23年内全部泄完，在己三采区生产过程中，还发现四次底板灰岩水通过底板裂隙导入巷道或采面，但渗入量很小，一般12m3/h，而且随机消失。从宏观上看，己四采区位于平顶山矿区灰岩地下水的滞留带，目前，锅底山断层以南灰岩水位+56m，以北灰岩水位-238m，证明锅底山断层有效阻隔了西部及南部的地下水补给，地下水运动条件差，灰岩岩溶发育程度弱，灰岩含水层赋水性差，以净储量为主，易于疏干，而且还受东部二矿灰岩地下水降落漏斗和本矿己三采区开采影响，灰岩水位近几年迅速下降，从

41、94年至今，灰岩水已下降74m。综上所述，己四采区地下水补给条件差，含水层之间缺乏水力联系，地下水以消耗净储量为主。（六）涌水量计算由于本采区没有水文孔，考虑到己四采区与己三采区水文地质情况相近，涌水量预计采用相关比拟法。己四采区面积5.75Km2己三采区面积3.75Km2己三采区正常涌水量为120m3/h己四采区预计正常涌水量为：Q=165 m3/h己四采区最大涌水量Qmax=280 m3/h3 矿井瓦斯赋存3.1 煤层瓦斯基本参数根据矿方资料和五矿己四采区初步设计，本采区瓦斯抽采基础参数：一、煤层瓦斯压力己组煤层瓦斯压力：-310m水平0.78MPa，-437m水平1.85MPa；-650

42、m水平2.5MPa；计算平均瓦斯压力梯度为0.0056MPa/m。二、煤层瓦斯含量己15煤层瓦斯含量10.07m3/t；己16-17煤层瓦斯含量10.0719.5m3/t之间，最大瓦斯含量19.5m3/t。三、煤层透气性系数己组煤层透气性系数分别为0.0138mD（己15煤层）、0.0019mD（己16-17煤层）。四、百米钻孔瓦斯流量实测百米钻孔瓦斯流量1130L/min.hm。五、瓦斯抽采率根据本矿实际抽放率，并参照矿井瓦斯抽放管理规范，确定己四采区瓦斯抽放率30%。3.2 采区瓦斯储量3.2.1采区瓦斯储量根据所提供己四采区煤层瓦斯含量和储量，己15煤层瓦斯含量为10.07m3/t，煤炭

43、地质储量为11.275Mt；己16-17煤层平均瓦斯含量为14.76m3/t，煤炭地质储量为33.812Mt。己四采区瓦斯储量按下式计算：W = W1+W2+W3 （3-1） =（11.27510.07+33.81214.76）+0 +0.2（11.27510.07+33.81214.76） =653.976Mm3式中：W 采区瓦斯储量，Mm3；W1采区可采煤层瓦斯储量，Mm3；W2受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层瓦斯储量，Mm3； （3-2）A2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量，Mt；X2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含量，m3/t；W3受

44、采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3，W3=K（W1+ W2）K 围岩瓦斯储量系数，取0.2。3.2.2瓦斯抽放率根据MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范第3.0.3条规定：设计瓦斯抽放率，可根据煤层瓦斯抽放难易程度、瓦斯涌出情况、采用的抽放瓦斯方法等因素综合确定；也可参照邻近生产矿井或条件类似矿井的数值选取。抽放率指标应符合现行的矿井瓦斯抽放管理规范的有关规定。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第8.6.3条规定：瓦斯抽出率：预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；邻近层卸压瓦斯抽放的矿井：矿井抽出率应不小于35%，回采工作面

45、抽出率应不小于45%；采用综合抽放方法的矿井：矿井抽出率应不小于30%；煤与瓦斯突出矿井：预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa以下。对于设计来说，瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求，也可以参照AQ矿井瓦斯抽放管理规范中第4.2条进行选取。 井（或采区）瓦斯抽放率的测定与计算：在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置，测定矿井每天的瓦斯抽采量。矿井瓦斯抽采量包括井田范围内地面钻井抽采、井下抽采（含移动抽采）的瓦斯量。每月底按式（3-3）计算矿井月平均瓦斯抽采率。 （3-3）式中 矿井月平均瓦斯抽采率，%；矿井月平均瓦斯抽采量，m3/min；矿井月平均风排瓦斯量，m3/min 作面瓦斯抽放率的测定与计算：工作面回采期间，在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置，每周测定工作面瓦斯抽采量（含移动抽采）。每月底按式（3-4）计算工作面月平均瓦斯抽采率。 （3-4）式中：工作面月平均瓦斯抽采率，%；回采期间，工作面月平均瓦斯抽采量