引言

同煤集团煤峪口矿是一座有着90多年开采历史的老矿，近年来,随着煤层开采向纵向深度逐步开展,煤矿地质条件越来越复杂,矿井瓦斯问题日益严重。准确的瓦斯涌出量预测是开采设计、通风设计、保障安全生产、提高经济效益的关键技术。瓦斯涌出量预测研究牵扯到复杂的地质因素、开采因素，它是防治瓦斯聚集、防治瓦斯超限、防治瓦斯爆炸灾害的关键技术。因此，我们要对煤层瓦斯含量进行准确的预测,为治理矿井瓦斯提供了科学依据。

矿井瓦斯涌出量采用分源预测法（AQ1018—2006）预测。分源预测法的技术原理是：根据煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出的源汇关系

图1  矿井瓦斯涌出源汇关系示意图

利用瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律并结合煤层赋存条件和开采技术条件，通过对回采工作面和掘进工作面瓦斯涌出量的计算，达到预测采区和矿井瓦斯涌出量的目的。

（1）工作面瓦斯涌出量

薄煤层及中厚煤层不分层开采时，回采工作面的瓦斯涌出量开采层计算公式为：

              q₁=k₁·k₂·k₃··(W₀-W_C)             

式中：q₁—回采工作面瓦斯涌出量，m?/t；

      k₁—围岩瓦斯涌出系数，矿井顶板管理方式为全部跨落法管理顶板，故取k₁=1.3；

      k₂—工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，11-12和14^-2号煤工作面回采率为95％，k₂=1.05；

      k₃—准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数；利用长壁后退式回采时，系数k₃按下式确定：

                k₃==0.85    

      L—回采工作面长度，m，L=200 m；

      h—巷道瓦斯预排等值宽度，m，取h=15 m；

      m—开采层厚度，m；一采区2.47 m，二采区2.11 m；

      M—工作面采高，m；煤层一次采全高，工作面采高与开采厚度相同。

      W₀—开采煤层原始瓦斯含量，11-12号煤层取W₀= 3.2m?/t，14^-2号煤取W₀= 2.95m?/t；

      W_C—开采煤层残存瓦斯含量，取W_C=1.17 m?/t；

经计算：回采工作面本层的相对瓦斯涌出量为q₁=3.26 m?/t

邻近层瓦斯涌出的计算公式为

q=                       

式中：q—邻近层瓦斯涌出量，m；mi—第i邻近层煤厚，m；

M—工作面采高，m； mi—第i邻近层原始瓦斯含量，m?/t；

—第i邻近层残存瓦斯含量，m?/t；

—第i邻近层的瓦斯排放率，与邻近层至开采层的间距有关；（图2）

 

1-上邻近层排放曲线，2-近水平和缓倾斜煤层下邻近层排放曲线，

3-急倾斜煤层下邻近层排放曲线

图2  邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线

当邻近层位于冒落带中，=1；位于裂隙带以上时，可以利用图2选取值。上组煤开采11-12和14^-2号煤层时，上邻近层10号煤及下邻近层14^-3号煤都将向11-12和14^-2号煤层涌出瓦斯，下组煤的15号煤层距14^-2号煤的层间距超过40 m，因此11-12和14^-2号煤开采时，不考虑下组煤的瓦斯涌出。

利用上述公式计算得回采工作面瓦斯涌出量预测结果见表1。

表1  11-12和14^-2号煤层回采工作面瓦斯涌出量预测表

煤层 名称	煤厚	本层 采厚	原始瓦斯含量	残存瓦斯含量	涌出系数	围岩系数	丢煤涌出系数	巷道预排涌出系数	相对瓦斯涌出量	回采面日产量	绝对涌出量	备注
	m	m	m?/t	m?/t					m?/t	t	m?/min
9	0.99	0.99	1.35	1.17	1.00	1.3	1.05	0.85	0.895	3700	2.3	上临层
11-12	3.05	3.05	2.87	1.17	1.0	1.3	1.05	0.85	2.44	2200	3.7	开采层
14-2	2.11	2.11	3.14	1.17	0.9				2.72	3860	7.29	开采层
15	2.21	2.21	3.20	1.17	0.22				1.85	3860	4.90	下邻近层
计												邻近层
合计											18.19

开采11-12号煤层时的相对瓦斯涌出量0.895+2.44+1.85=5.185 m?/t，绝对瓦斯涌出量6m?/min，开采14^-2号煤层时相对瓦斯涌出量2.72+0.895+1.85=5.465m?/t，绝对瓦斯涌出量12.19m?/min。

（2）掘进巷道瓦斯涌出量

掘进巷道瓦斯涌出量包括掘进巷道煤壁瓦斯涌出量和掘进落煤的瓦斯涌出量，计算公式如下：

            

式中：—掘进巷道瓦斯涌出量，m?/min

 D—巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；对于薄及中厚煤层，D=2m₀，m₀为开采层厚度，平均取2.73m

 v—巷道平均掘进速度，m/min：设计掘进速度为15m/d，v=0.0104 m/min；

 l—巷道长度，煤壁有效涌出长度取800m；

 —煤壁瓦斯涌出初速度，m?/m?·min； =0.026·(0.0004·+0.16)·

—煤的挥发分含量，％；11-12号煤为34.02；

S—掘进巷道断面积，m?；s=11.8 m?；

—煤的密度，t/m?，=1.45 t/m?；

—开采煤层原始瓦斯含量，取2.87 m?/t；

—开采煤层煤的残存瓦斯含量，取1.17 m?/t

煤峪口煤矿11-12和14^-2号煤层掘进工作面瓦斯涌出量计算结果见表2。

表2  煤峪口煤矿掘进工作面瓦斯涌出量预测值

 

（3）盘区瓦斯涌出量预测

采区内总瓦斯涌出量系盘区内所有回采工作面和掘进工作面和老空区瓦斯涌出量之和。其计算方法如下：

式中—生产盘区相对瓦斯涌出量，m?/t；

    —生产盘区采空区瓦斯涌出系数，取=1.25；

    —盘区内第i个回采工作面相对瓦斯涌出量及设计日产量，m?/t，t；

    —盘区内第i个掘进工作面瓦斯涌出量，m?/min；

    —盘区内平均同产量(采区内回采煤量和掘进煤量之和)，t。

410盘区，307盘区和408盘区的相对瓦斯涌出量为：

=5.98m?/t    

=6.32m?/t

=5.33m?/t

（4）矿井瓦斯涌出量

矿井瓦斯涌出量是矿井内全部生产采区和已采区(包括其它辅助巷道)瓦斯涌出量之和，按下式计算：

式中—矿井相对瓦斯涌出量，m?/t；

    —采空区瓦斯涌出系数；取=1.25；

    —第i生产盘区瓦斯涌出量，m?/t；

    —第i个生产盘区的产煤量，t/d。

q=6.65 m?/t

矿井绝对瓦斯涌出量为Q=19.78 m?/min

矿井在实际生产过程中由于受煤层瓦斯赋存以及采煤工艺的变化的影响，矿井瓦斯涌出有不均衡性，为了使预测值对矿井的瓦斯治理工作更具有实际意义，引入一个矿井瓦斯涌出不均衡系数，根据本矿采用综采、综掘的实际情况，不均衡系数取1.15，则矿井最大相对瓦斯涌出量为7.56 m?/t，最大绝对涌出量为22.56 m?/min。

根据地勘期间测定的瓦斯含量，并加以校正后，采用分源预测法，预测矿井开采一水平时，矿井平均相对瓦斯涌出量6.65 m?/t，绝对瓦斯涌出量19.78 m?/min，矿井最大相对瓦斯涌出量7.56m?/t，绝对瓦斯涌出量22.56m?/min，对照《煤矿安全规程》第133条规定，可以看出：矿井为低瓦斯矿井，但是考虑到矿井瓦斯涌出量偏高，而且局部为高瓦斯盘区，同时有些年份的涌出数据已经超过《煤矿安全规程》的相关规定，所以本矿井应当按高瓦斯矿井管理，加强瓦斯监控。

（5）分源预测法预测14-2号煤层瓦斯涌出量

14^-2号煤层上距12号煤层0.70~12.40m，平均6.83 m，煤层厚度0~4.77m，平均2.11m。在井田内大部分赋存，在井田东部孕育小块无煤区。除井田东部和西部扩区有较大面积不可采外，井田内大部可采。煤层厚度变化大，尤其是井田东部，煤厚变化于0.25~4.31 m之间。井田中部煤层厚度较大，比较稳定，井田东部和西部煤层薄，厚度化大，但总的看来，规律性并不明显。煤层结构简单，一般不含或含1层夹石。井田中部含1~4层夹矸，多分布于煤层下部。据井田内，76个见煤点统计，煤层可采指数为0.93，煤厚变异系数为45.49％，为较稳定煤层，预测结果如下表。

表3  14^-2煤层瓦斯预测结果

煤峪口矿，14-2号煤层选取4000t/a为其工作面日产量。在煤层底板标高1010m时工作面绝对瓦斯涌出量为2.94m3/min；在煤层底板标高950m时工作面绝对瓦斯涌出量为5.50m3/min；在煤层底板标高899m时工作面绝对瓦斯涌出量为7.97m3/min。

以后当矿井产量有变化时，应该按照同样的方法，利用分源预测法对矿井瓦斯涌出量进行预测。

（6）瓦斯涌出构成分析

矿井开采初期，瓦斯主要来自于回采工作面和掘进工作面，全部回采工作面瓦斯涌出量是9.36m3/min，全部掘进工作面的瓦斯涌出量3.29m3/min，回采面瓦斯涌出量占73％，掘井工作面瓦斯涌出量占27％。

工作开采中期，随着已开采区域的增加，老采空区瓦斯涌出所占的比例逐渐增加。

工作面开采后期，矿井瓦斯涌出量为19.78m3/min，回采工作面瓦斯涌出量9.36m3/min，掘进工作面瓦斯涌出量3.29m3/min，老采区瓦斯涌出量7.31m3/min，回采面瓦斯涌出量占50％，掘井工作面瓦斯涌出量占14％，采空区瓦斯涌出量占36％。

矿井瓦斯涌出量预测结论

（1）根据地勘期间测定的瓦斯含量，并加以校正后，采用分源预测法，预测煤峪口煤矿矿井平均相对瓦斯涌出量6.65m?/t，绝对瓦斯涌出量19.78m?/min，矿井最大相对瓦斯涌出量7.56m?/t，绝对瓦斯涌出量22.56m?/min。

（2）对照《煤矿安全规程》第133条规定，可以看出：煤峪口煤矿属于低瓦斯矿井。

作者简介：

韩树标，男，1967年出生，飞禽走兽老虎机：大同市南郊区人，1990年毕业于中国矿业大学采矿工程系采矿工程专业，大学本科文化，工程师，注册安全工程师，长期从事煤矿采煤专业技术工作，现就职于大同煤矿集团公司煤峪口矿技术中心。

 

参考文献：

[1] 焦作矿业学院瓦斯地质研究室. 瓦斯地质概论[M]. 北京：煤炭工业出版社.
[2] 连昌宝. 采区煤与瓦斯突出预测图编图规则探讨[J]. 河南理工大学学报，2006，25(6).γ

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