煤礦行業(yè)--礦井抽放瓦斯設(shè)計手冊（DOC 52頁）

設(shè)計手冊 第一節(jié) 礦井抽放瓦斯設(shè)計依據(jù)及內(nèi)容 一設(shè)計依據(jù) 煤層賦存條件（煤層和巖層的性質(zhì)、厚度、傾角、層間距等） 礦井瓦斯等級； 礦井瓦斯地質(zhì)圖（或瓦斯等值線圖）； 有關(guān)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，如煤層瓦斯壓力及梯度、煤層瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)等； 礦井瓦斯儲量及其分布、礦井及工作面瓦斯來源構(gòu)成情況； 礦井開拓部署、采區(qū)布置、采煤方法、通風系統(tǒng)及方式等。 二設(shè)計內(nèi)容 礦井概況：煤層賦存條件、礦井煤炭儲量、生產(chǎn)能力、巷道布置、采煤 方法及瓦斯、通風狀況； 瓦斯鑒定參數(shù)：瓦斯壓力、瓦斯含量及分布、煤層透氣性系數(shù)及鉆孔流量衰減系數(shù)； 瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)計算或預(yù)測：如瓦斯含量、瓦斯涌出量、瓦斯儲量、瓦斯可抽量及抽放年限； 抽放方法：鉆場鉆孔布置及工藝參數(shù)； 抽放設(shè)備：抽放泵、管路系統(tǒng)、監(jiān)測及安全裝置； 抽放泵站：泵房、供水、供電、采暖、避雷及其它； 瓦斯利用：可利用量、利用方案、資金概算（屬瓦斯利用專篇內(nèi)容）； 技術(shù)經(jīng)濟：投資概算、完成工期、技術(shù)經(jīng)濟分析； 設(shè)計文件：包括設(shè)計說明書、設(shè)備清冊、資金概算、圖紙； 主要圖紙：綜合地 質(zhì)柱狀圖；煤層瓦斯地質(zhì)圖（或瓦斯等值線圖）；抽放瓦斯方法平、剖面圖；抽放管路系統(tǒng)圖；抽放瓦斯泵房設(shè)備平面布置圖；抽放站場地平面布置圖；供電系統(tǒng)圖。 第二節(jié) 建立瓦斯抽放系統(tǒng)的條件和指標 從煤礦安全生產(chǎn)角度而言，建立礦井瓦斯抽放系統(tǒng)主要取決于抽放瓦斯的必要性指標，如瓦斯含量、瓦斯涌出量等，即在保持回采面適宜風速（或允許風速）前提下合理的通風能力所能稀排的瓦斯量；同時取決于抽放瓦斯的可能性指標，如煤層透氣性、瓦斯壓力、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)等。 礦井瓦斯抽放管理規(guī)范及反風規(guī)定指出：凡申請建立 瓦斯抽放系統(tǒng)的礦井，應(yīng)同時具備下列 4 個條件： 1 個采煤工作面的瓦斯涌出量 5 m3/min最小或 1 個掘進面的瓦斯涌出量 3 m3/min最??；礦井瓦斯涌出量 15 m3/min最??； 每 1 個瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放量預(yù)定可保持在不小于 2 m3/min最?。?瓦斯抽放系統(tǒng)服務(wù)在 10 年以上。 上述，項條件指標值是基于在保持回采面適宜風速（ =2.0m/s）前提下合理的通風能力所能稀排的瓦斯量，并假定回采面過風斷面 S=5.0m2,瓦斯涌出不均衡系數(shù)取千瓦 =1.3 。 符合這一條件的礦井可 遵循上述指標值。然而，在任意條件下，上述指標值不宜套用。 在任意取定回采面風速（在規(guī)程規(guī)定范圍內(nèi)）、回采面斷面不確定的情況下，建立瓦斯抽放系統(tǒng)可參照下列指標： 一 回采工作面瓦斯涌出量參考指標 1.絕對瓦斯涌出量指標（ 0 ） 回采面絕對瓦斯涌出量指標根據(jù)回采面過風斷面的大小及回采面風速的取值來確定，即： m in46.060m inVi0 SViKw CSqq 絕 （ 1-2） 式中 q 絕 回采面絕對瓦斯涌出量指標， m3/min ； q0 通風所能稀釋的瓦斯涌出量， m3/min ； C 回風 流最大瓦斯?jié)舛?，?1%； KW 瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取 1.3； Smin 回采面最小過風斷面， m2 ； Vi 回采面風速， m/s。 若取工作面適宜風速 V=2.0m/s，式（ 1-1）則為： m in0 92.0 Sqq 絕（ 1-2） 若取工作面最大風速 V=4.0m/s，式（ 1-2）則為： m in0 84.1 Sqq 絕（ 1-3） 為便于設(shè)計及管理人員參考和套用指標， 可根據(jù)回采面的最小過風斷面 Smin 值，直接在圖 1-1 中查出回采面考慮抽放的絕對瓦斯涌出量指標值。 在回采面過風斷面 S=5.0 m2，取回采面風速 V=2.0 m/s的情況下，絕對瓦斯涌出量指標值約為 5.0 m3/min。 2.相對瓦斯涌出量指標（ 0相 ） 回采面相對瓦斯涌出量指標表達式為： ASVq m i n655KwA S m i nVC601440q 0 相相（ 1-4） 式中 q 相 回采面相對瓦斯涌出量指標， m3/ t； q0相 通風所能稀釋的瓦斯涌出量， m3/min ； A 工作面產(chǎn)量， t/d； V 工作面風速， m/s； 其余符號同式（ 1-1）。 當取適宜風速 V=2.0m/s，式（ 1-4）變?yōu)椋?ASqq m in0 1330 相相（ 1-5） 若取工作面最大風速 V=4.0m/s，式（ 1-4）則為： q 相 q0相 2660 Smin/A （ 1-6） q0相 隨 V的取值而成正比關(guān)系。按式（ 1-4）作曲線如圖 1-2。 1200 1400 1600 200018001820圖 1 - 2 工 作 面 相 對 瓦 斯 涌 出 量 指 標 圖(V=2.0m/s時 ）q 2 = 2 1 6 0 / Aq 3 = 3 3 9 0 / Aq 4 = 5 3 2 0 / Aq 5 = 6 6 5 0 / Aq 6 = 7 9 2 0 / Aq 7 = 9 3 1 0 / Aq 8 = 1 0 6 4 0 /A圖 1 - 1 工 作 面 絕 對 瓦 斯 涌 出 量 指 標 圖V 6 = 4 . 0 m / sV 5 = 3 . 5 m / sV 4 = 3 . 0 m / sV 3 = 2 . 5 m / sV 2 = 2 . 0 m / sV 1 = 1 . 5 m / s321457831 2 4 5 76 8111091213141516q 絕 q 0 = 0 . 4 6 V i S m i n6246108121416600200 400 800 1000例 某礦一個回采面的產(chǎn)量為 1000t/d，采場最小過風斷面為 Smin =5.0m2。當根據(jù)回采面適宜風速 V=2.0 m/s 配風時，在圖 1-2 中查得 q 絕 =6.65 m3/ t，即當 q 絕 6.65 m3/ t 時就應(yīng)考慮抽放；若按風速 V =3.5 m/s配風，則： tmq /64.1165.62 5.3 30 相 說明加大風量后，相對瓦斯涌出量指標值可達到 11.64 m3/ t。這樣，加大工作面風速后，采面的相對量達 11.64 m3/ t以上時可考慮抽放。 在回采過風斷面 Smin =5.0m2、取風速 V=2.0 m/s，工作面產(chǎn)量為 500 t/d 的情況下，相對瓦斯涌出量指標值為 q0相 = 13.3m3/ t（接近 15m3/ t） 。 二 。鄰近層瓦斯涌出量參考指標： 1. 鄰近層絕對瓦斯涌出量參考指標（ q0鄰 ）： 是否有必要實行鄰近層瓦斯抽放，主要取決于鄰近層與開采層的瓦斯涌出量之和是否超過了通風所能稀排的最大瓦斯量。即 ： 本本鄰鄰 qS m i nVi46.060m i nq 0 qKw CSViq（ 1-8） 式中 q 鄰 鄰近層向開采層瓦斯涌出量指標， m3/min ； q0鄰 回采面通風所能稀釋的瓦斯涌出量， m3/min ； C 回風流最大瓦斯?jié)舛?，?1%； KW 瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取 1.3； Smin 開采層采面最小過風斷面， m2 ； Vi 回采面風速， m/s。 q 本 開采層本層瓦斯涌出量（或經(jīng)本煤層抽放后的瓦斯）； 將式 1-8繪成曲線如圖 1-3。根據(jù) Smin值、 q 本 值即可在圖中查出相應(yīng)的指標值 q0鄰 。 例 某開采層采面本層瓦斯涌出量為 1.5 m3/min，采場過風斷面 Smin =3.0m2，風速 V=2.0 m/s，從圖 1-3中可查得鄰近層向開采層允許涌入的瓦斯量為 1.26 m3/min。因此，當鄰近層向開采層瓦斯涌出量超過 1.26 m3/min，即可考慮對鄰近層抽放瓦斯。 若取任意風速 V，則在圖 1-3中查的 q0鄰 值基礎(chǔ)上再乘以 V /2 ， 即得 q0鄰 。 在回采面過風斷面 S=5.0 m2，工作面產(chǎn)量為 500 t/d，取風速 V=2.0 m/s的情況下，在鄰近層向開采層瓦斯涌出量 1.5 m3/min，即應(yīng)考慮對鄰近層抽放瓦斯。 2.鄰近層向開采層涌出量占工作面回風總瓦斯量的百分比指標（ p） %100)m in46.01(000 SVi qqqpp 本鄰（ 1-9） 上式的圖示見圖 1-4，符號意義見式（ 1-1）及（ 1-8）。 圖 1 - 3 鄰 近 層 向 開 采 層瓦 斯 涌 出 量 指 標 圖q 鄰 q 0 鄰 = 0 . 9 2 S min q 本 （ 取 V = 2 . 0 m / s ）7.023.0210S m i n12.0543q 本 （ m 3 / m i n ）5.04.0 6.0q0相（m3/min）3456776（ m 2 ）8.001020304050607080901001 2 3 4 5 6 7 8q 本p p o = ( 1 - ) 1 0 0 % 0 . 9 2 S m i n 圖 1 - 4 鄰 近 層 瓦 斯 涌 出 量 百 分 比 指 標 圖(V=2m/s時 ）2.0 3.04.05.06.0 7.08.0q 本 （ m 3 / m i n ）p0（%）根據(jù)有關(guān)以知條件即可在圖中查出相應(yīng)的鄰近層向開采層涌出量占工作面回風總瓦斯量的百分比指標po。 在礦井條件符合上述“ 1”的情況下，該指標值為 po=30%。 是否實行鄰近層抽放，還應(yīng)考慮是否有一定的鄰近層抽放量。若鄰近層的瓦斯抽放量 10 可以抽放 0.003 0.05 10 0.1 較難抽放 0.05 30 y 0.10 0.09 0.07 0.06 0.09 表 1-16 A、 B、 C系數(shù) 揮發(fā)分 Vr % 系數(shù) A B C 3.0 0.1683 15.770 0.3689 3.5 0.1603 14.634 0.3664 4.0 0.1537 13.703 0.3639 4.5 0.1482 12.922 0.3614 5.0 0.1435 12.250 0.3588 5.5 0.1393 11.665 0.3563 6.0 0.1356 11.166 0.3538 6.5 0.1323 10.684 0.3513 7.0 0.1293 10.267 0.3488 7.5 0.1265 9.888 0.3463 8.0 0.1240 9.542 0.3437 8.5 0.1216 9.224 0.3412 9.0 0.1195 8.928 0.3387 9.5 0.1174 8.652 0.3362 10.0 0.1155 8.395 0.3337 11.0 0.1120 7.929 0.3286 12.0 0.1083 7.514 0.3236 13.0 0.1059 7.143 0.3186 14.0 0.1032 6.803 0.3136 15.0 0.1008 6.494 0.3085 16.0 0.0985 6.212 0.3035 17.0 0.0963 5.949 0.2985 18.0 0.0942 5.700 0.2934 19.0 0.0923 5.470 0.2884 20.0 0.0904 5.255 0.2834 21.0 0.0886 5.052 0.2783 22.0 0.2733 23.0 0.2683 24.0 0.2632 25.0 0.2582 26.0 0.2532 27.0 0.2481 28.0 0.2431 29.0 0.2381 30.0 0.2330 31.0 0.2280 32.0 0.2230 33.0 0.2179 34.0 0.2129 35.0 0.2079 36.0 0.2029 37.0 0.1978 38.0 0.1928 39.0 0.1878 40.0 0.1827 41.0 0.1777 42.0 0.1727 43.0 0.1676 44.0 0.1626 45.0 0.1576 四瓦斯儲量計算 礦井瓦斯儲量，是指井田開發(fā)過程中，受采動影響能夠排放瓦斯的煤層（包括不可采煤層）所儲存的瓦斯量。 W=W1 W2 W3 （ 1-27） 式中 W 礦井瓦斯儲量， Mm3； W1 礦井可采煤層瓦斯儲量， Mm3； ni iiWAW 1 111 (1-28) A1i 礦井 i可采煤層的地質(zhì)儲量， Mt； W1i 礦井 i可采煤層的瓦斯含量， m3/t； W2 受采動影響后能夠向開采空間排放的各不可采煤層的瓦斯儲量， Mm3； ni iiWAW 1 222 (1-29) A2i 受采動影響后能夠向開采空間排放的 i不可采煤層的地質(zhì)儲量， Mt； W2i 受采動影響后能夠向開采空間排放的 i不可采煤層的瓦斯含量， m3/t； W3 受采動影響后能夠向開采空間排放的圍巖瓦斯儲量， Mm3，實測或按下式計算： W3= K（ W1 W2） （ 1-30） 式中 K 圍巖瓦斯儲量系數(shù)，一般取 K=0.05 0.20。 如果要計算某區(qū)域（水平、采區(qū)、工作面等）的瓦斯儲量，方法同上，但要將 A1i 、 A2i 、 W1i 、 W2i變?yōu)樗嬎銋^(qū)域的煤層儲量和煤層瓦斯含量。 五瓦斯涌出量計算 瓦斯涌出量是指在生產(chǎn)過程中，礦井或采區(qū)涌出的瓦斯數(shù)量，主要由回采、掘進、采空區(qū)三部分瓦斯組成。 (一） 回采、掘進及采空區(qū)瓦斯涌出量 1. 回采瓦斯涌出量 1） 開采單一煤層時的回采瓦斯涌出量計算（不考慮鄰近層的瓦斯涌出量） hpf WKq (1-31) 式中 fq 開采本煤層瓦斯涌出量， tm/3 ； 機械化程度系數(shù)，聯(lián)合采煤機和風鎬采煤時等于 1.0，截煤機掏槽落煤等于 1.2。 pK 瓦斯釋放系數(shù)，即計算的瓦斯涌出量對煤層瓦斯含量的比例，由圖 1-9查。 hW 煤層瓦斯含量， ;/3 tm Vr圖 1 - 9 瓦 斯 放 出 計 算 系 數(shù) 值 曲 線2） 多煤層條件下回采瓦斯涌出量 (1) 有鄰近層的回采瓦斯涌出量計算之一： 0 q= Kw qc qh qs qx (1-32) 式中 q 采煤時瓦斯涌出量， m3/t； Kw 圍巖瓦斯系數(shù)，一般取 1.2； qc 采出煤中的瓦斯含量， m3/t，其計算公式見式（ 1-33）； qh 開采層由于回采率不高而產(chǎn)生的附加瓦斯涌出量， m3/t， 其計算公式見（ 1-34） qs、 qx 分別為頂、底板鄰近層及不可采夾層泄出的瓦斯量， m3/t， 其計算公式見式（ 1-35）及（ 1-36）。 qc=Wh-Wc (1-33) 式中 Wh 鄰近層的瓦斯含量， m3/t； Wc 鄰近層的殘 存瓦斯含量， m3/t，可按表 7-1選取。 hh WCCbQ 100(1-34) 式中 b 考慮丟失在井下煤中瓦斯涌出程度系數(shù)，取 0.6 0.8； C 丟煤百分率， %。 )(00 chsss WWmmbhL Lq (1-35) )(00 chxxx WWmmbhL Lq (1-36) 式中： L0 階段傾斜長度，米； h 階段煤柱總長度，米； ms 上鄰近層的厚度，米； mx 下鄰近層的厚度，米； m 開采層的可采厚度，米； bs 、 bx 鄰近層向開采層涌出瓦斯程度系數(shù)，其計算公式是： bs 、 )s in(1)s in(1c osc os1LNbx (1-37) 式中： N 鄰近層至開采層的法線距離，米； L 開采工作面長度，米； 煤層傾角，度； 卸壓角，度。 值也可按下表選取 層間相對厚度與卸壓角關(guān)系 N/m層間相對厚度 310 1030 3080 值（度） 70 75 80 bs、 bx值也可按下表（經(jīng)驗數(shù)據(jù)）選取 鄰近層向開采層瓦斯涌出程度 鄰近層別 間距（米） bs bx 上鄰近層 20 40 70 120 1.0 0.70 0.35 0 下鄰近層 510 20 40 60 1.0 0.45 0.10 0 例 逢春礦井為急傾斜煤層開采，共計有五層無煙煤，從上往下為 6、 7、 8、 9、 11 號層， 6號層為開采層（保護層）， 8號層為主 要突出層，地質(zhì)資料提供煤層瓦斯含量值如下表： 煤層 煤層厚度 （ m） 煤層間距 (m) 平均瓦斯含量 (m3/t) 備注 6號 1.02 6.10 14.83 7號 0.77 7.69 3.21 19.07 18.13 8號 3.23 20.46 9號 0.63 18.21 取 11號層資料 11號 0.63 18.21 求 6號層回采時的瓦斯涌出量是多少？ 根據(jù)公式 q= Kw qc qh qs qx 取 Kw=1.2 查表 1-1， WC=8 m3/t（無煙煤） qc=Wh Wc=14.83 8=6.83 m3/t Kw qc=1.2 6.83=8.2 m3/t b=0.7,c=15% tmWccbq hs /83.183.1415100 157.0100 3 各鄰近層涌向開采層的瓦斯量 qx： 7號層向 6號層的涌出量 取階段傾斜長度 90m，階段煤柱總長度 15m tmq /2.9)8-13.18(102.1 77.01590 90 367 8號層向 6號層的涌出量 tmq /7.23)8-0 . 4 62(5.002.1 23.31590 90 368 9號層向 6號層的涌出量 tmq /4.3)8-8. 211(45.002.1 63.01590 90 369 11號層向 6號層的涌出量 tmq /5.1)8-8. 211(2.002.1 63.01590 90 3611 總計 6號層回采的瓦斯涌出量為： q= Kw qc q7-6 q8-6 q9-6 q11-6 =8.2+1.83+9.2+23.7+3.4+1.5 =47.83 m3/t 6號層回采時，瓦斯涌出量為 47.83 m3/t。 (2) 有鄰近層的回采瓦斯涌出量計算之二： q= qb qn 式中： q 開采層的瓦斯涌出量， m3/t； qb 開采層本層瓦斯涌出量， m3/t，其計算公式見（ 1-39）。 qn 鄰近層瓦斯涌出量， m3/t，其計算公式見（ 1-40）。 hszdwb WmmKKKKq0 （ 1-39） isiin WKbmmq 0（ 1-40） 式中： Kw 圍巖瓦斯涌出系數(shù)，一般取 1.2； Kd 丟煤損失系數(shù)，CK d 100100； C 損失率， %； Kz 掘進回采巷道瓦斯預(yù)排系數(shù)；其計算見公式（ 1-41） L hLK z 2（ 1-41） L 工作面長度， m； h 掘進預(yù)排寬度，無煙煤、貧煤取 10m，瘦煤、焦 煤取 14m；其它煤種取 18m； Ks 瓦斯涌出程度系數(shù)，一般取 0.8（運到地表的煤中還殘存一部分瓦斯，這部分殘余量約占沼氣含量的 20%）； m 開采層厚度， m； m0 開采分層厚度， m； Wb 本煤層瓦斯含量， m3/t； mi 鄰近煤層厚度， m； bi 鄰近煤層瓦斯涌出程度系數(shù)，其計算見公式（ 1-42） LW LWWb i iciii )(（ 1-42） 式中： Wi 第 i鄰近層瓦斯含量， m3/t； Wci i鄰近層殘余瓦斯含量， m3/t； Li i鄰近層瓦斯排放帶寬度， m；其計算見公式（ 1-43）。 LtgHL ii 2 （ 1-43） 式中： Hi 第 I煤層與開采層的間距， m； 卸壓角，（ ），按表 1-19 選??； L 回采工作面長度， m； 表 1-19 開采層沿傾斜的卸壓角 煤層傾角 （ ） 卸壓角 （ ） 最大下沉角 （ ） 1 2 3 4 0 80 80 75 75 90 10 77 83 75 75 83 20 73 87 75 75 86 30 69 90 77 70 70 40 65 90 80 70 65 50 70 90 80 70 56 60 72 90 80 70 48 70 72 90 80 72 36 80 73 90 78 75 22 90 75 80 75 80 0 卸壓角范圍見圖 1-10。 圖 1 - 1 0 沿 傾 斜 卸 壓 角 示 意 圖開采層 3 1 2 4(3) 中厚、厚煤層分層開采時的回采瓦斯涌出量計算： )()()1)()(1( 111 zbhchf WWZWWMmmWWnq （ 1-44） 式中： q 回采瓦斯涌出量， m3/t； Wh 回采的自 然分層中煤的瓦斯含量， m3/t； Wc 煤運至地面殘余瓦斯含量， m3/t； W1 煤柱內(nèi)剩余的瓦斯量， m3/t； W2 未采的自然分層中剩余的瓦斯量， m3/t； m 回采的自然分層厚度， m； 回采的自然分層煤的容重， t/m3； m1 未采的自然分層厚度， m； 1 未采的自然分層煤的容重， t/m3； n 圍巖中涌出的瓦斯量占采煤中涌出的瓦斯量的比值系數(shù)； 全部充填管理頂板時取 0.1； 局部充填管理頂板時取 0.15； 全部冒落管理頂板時取 0.2； M 煤柱煤 量占采區(qū)煤量比， %； Z 采空區(qū)殘煤占采區(qū)煤量比， %； 例 某礦單一煤層長壁式工作面，煤厚 8m，分層采高 2m，全部冒落管理頂板，預(yù)計瓦斯含量 20 m3/t，求回采期間噸煤瓦斯涌出量？ 已知：圍巖瓦斯涌出系數(shù) n =20%；煤中殘存瓦斯量 Wc=8 m3/t; 煤柱內(nèi)剩余的瓦斯量 W1=12m3/t；未采的自然分層中剩余的瓦斯量 W2=10m3/t；煤柱煤量占采區(qū)煤量比 M=20%；采空區(qū)殘煤占采區(qū)煤量比 Z=5%；煤的容重 = 1=1.4 t/m3。 由公式得： tmq f /7.59)1020(05.0)1220(2.0)4.12 4.161)(820)(2.01( 3 則該 工作面預(yù)計瓦斯涌出量為 59.7 m3/t。 2. 掘進瓦斯涌出量 掘進工作面瓦斯涌出量按下式計算： 1） 計算式 1： Lmj qqq （ 1-45） )1/2( 0 vLqVmnq vm （ 1-46） )( chL WWVsq （ 1-47） 式中： qj 掘進工作面瓦斯涌出量， m3/min； qm 掘進煤壁瓦斯涌出量， m3/min；其計算公式見 1-46 qL 落煤瓦斯涌出量， m3/min；其計算公式見 1-47 n 暴露煤面?zhèn)€數(shù)，單巷掘進時 n=2； m 煤層厚度， m; V 平均掘進速度， m/min； qv 煤壁瓦斯涌出初速度， m3/m2 min（無實測數(shù)據(jù)時可參照公式 1-48）取值）； hrv WVq 16.0)(0 0 0 4.00 2 6.0 2（ 1-48） Vr 煤的揮發(fā)分， %； Wh 煤層瓦斯含量， m3/t； L0 巷道瓦斯涌出量達到最大穩(wěn)定值時的巷道長度， m； S 掘進端頭見煤面積， m2； 煤的容重， t/m3； Wc 煤層殘存瓦斯量， m3/t。 例 淮南潘一礦 13-1 煤層普掘工作面，有關(guān)參數(shù)為： n=2、 m=4.97m、 V=0.00347 m/min、 L0=800m、Vr=38.67%、 Wh=8.18 m3/t、 Wc=3.5 m3/t、 S=8 m2、 =1.4 t/m3，求掘進面瓦斯涌出量？ 解： )1/2(0 vLqVmnq vm m i n/32.5 100347.0/8002161.000347.097.42 3m hrv WVq 16.0)(0 0 0 4.00 2 6.0 2 m in/161.0 18.816.0)67.38(0004.0026.0 3 2m )( chL WWVsq m in/18.0 )5.318.8(4.10 0 3 4 7.08 3m m in/50.518.032.5 3mqqq Lmj 則該煤層掘進工作面預(yù)計瓦斯涌出量為 5.50m3/min。 2） 計算式 2： 對于單巷： )(4 5.01 chj WWb m vtm v cq （ 1-49） 對于雙巷： )()(811215.02 bvbbvWWmtm v cq chj （ 1-50） 式中 m 煤層厚度， m; V 巷道的掘進速度， m/d； t 巷道掘進時間， d； b 單巷寬度， m； b1、 b2 分別為雙巷主巷和副巷的寬度， m； Wh、 WC 分別為煤層的原始瓦斯含量與殘余瓦斯含量， m3/t； V1、 b1 分別為聯(lián)絡(luò)巷的掘進速度與寬度， m/d， m； C1 單巷的瓦斯涌出量特性系數(shù)， m3/m2 d0.5或 m/d0.5; C2 雙巷的瓦斯涌出量特性系數(shù)， m/d0.5; qj 單巷或雙巷掘進工作面瓦斯涌出量， m3/d； 煤壁暴露面的瓦斯涌出隨著暴露時間的延長而逐減 ，當達到一定時間 t1 時，它就接近于零，這個時間T1定義為排放瓦斯極限期，一般為 6 12個月，當巷道掘進時間 tT1時，則 單巷 5.0114 Tmvcq j （ 1-51） 雙巷 5.0128 Tmvcq j （ 1-52） 如果巷道在掘進中有停掘期，則應(yīng)分段計算，以上計算適用于巷道周圍瓦斯地質(zhì)條件相同，煤厚不 超過巷高兩倍和掘進速度變化不大的條件下。 瓦斯涌出特性系數(shù)可以按下列方法直接從掘進巷道中測得。在圖 1-11 所示斷面 三處，同時測定巷道風流中的瓦斯平均濃度與風量，進而算出瓦斯涌出量，即求得 qj 、 qj 、 qj ，然后求出瓦斯涌出特性系數(shù)的平均值作為該巷的 C值。 qj -qj )(4211 ttmvc （ 1-53） qj -qj )(4321 ttmvc （ 1-54） 式中 qj 、 qj 、 qj 已測得， t1、 t2、 t3為各測點的暴露時間和 m、 v等均為已知，未知數(shù) C1即可解出，C2的求法類似可求出。 3. 采空區(qū)瓦斯涌出 量 采空區(qū)瓦斯涌出量可參照下式計算： )( jck qqKq （ 1-55） 式中： qk 采空區(qū)瓦斯涌出量， m3/t K 采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，一般為 0.15 0.25； qc 采出煤的瓦斯涌出量， m3/t； qj 掘進煤的瓦斯涌出量， m3/t。 （二） 采區(qū)瓦斯涌出量 采區(qū)瓦斯涌出量由下式計算： Aqqqq kjfa （ 1-56） 式中 qa 采區(qū) 瓦斯涌出量， m3/t qf 采區(qū)采煤工作面瓦斯涌出量總和， m3/d qj 采區(qū)掘進工作面瓦斯涌出量總和， m3/d qk 采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出量， m3/d; A 采區(qū)日產(chǎn)煤量， t/d。 A 采區(qū)日產(chǎn)煤量， t/d （三） 礦井瓦斯涌出量 礦井瓦斯涌出量可采用礦山統(tǒng)計法或根據(jù)前述煤層瓦斯含量計算確定。 1. 礦山統(tǒng)計法 1） 線性方程計算法 根據(jù)礦井不同生產(chǎn)水平的實測相對瓦斯涌出量，用作圖或數(shù)理統(tǒng)計分別找出礦井及采區(qū)，回采工作面的瓦斯涌出量與開采深度的函數(shù)關(guān)系，通?？捎镁€性方程表示： qh=aH+b (1-57) 式中 qh 瓦斯涌出量， m3/t； a、 b 常數(shù)； H 礦井、采區(qū)或回采工作面的平均采深， m。 2） 統(tǒng)計法 當?shù)V井的風量比較均衡正常時，其平均瓦斯涌出量的計算為： （ 1） 月平均瓦斯涌出量： nA CQCQCQTq nnk )(1 4 40 2211 （ 1-58） 式中 qk 礦井月平均瓦斯涌出量， m3/t; T 該月中的天數(shù)， d Q1n 進行測風時的回風量， m3/min n 測定次數(shù) A 采煤量， t/月 （ 2）某一時期的瓦斯涌出量 在某一時期內(nèi)平均瓦斯涌出量，如年、月測定的結(jié)果： nnnk AAA AqAqAqq 212211（ 1-59） 式中 qk 某一段時間內(nèi)，礦井的平均瓦斯涌出量， m3/t； q1n 按月計算的礦井瓦斯涌出量， m3/t； A1n 按月計算的采煤量， t/月。 （ 3）根據(jù)瓦斯梯度計算 2)0( a HHq （ 1-60） 式中 q H深度的瓦斯涌出量 , m3/t； H 開采深度， m； H0 瓦斯風化帶深度， m； a 瓦斯梯度數(shù)， m3/t m。瓦斯梯度按下式計算： nnHHqqa)()(00 （ 1 61） 式中 q0 瓦斯風化帶內(nèi)瓦斯涌出量，一般取 q0=2 m3/t或查表； n 梯度指數(shù)，在現(xiàn)代開采條件下等于 1； 其余符號意義同前。 按上式可求出不同深度的瓦斯涌出量，但應(yīng)注意以下三個問題： A.開采 方法的變化影響瓦斯涌出量，因此開采方法不變時統(tǒng)計法比較容易做，在有變化時，預(yù)測深部瓦斯要做適當修正。 B.當?shù)刭|(zhì)條件沒有大變化時，統(tǒng)計法可以比較切合實際的估算深部瓦斯大小，如果有較大的斷層、褶曲，就不宜應(yīng)用。 C.根據(jù)已有理論及其他煤田的實際資料表明，瓦斯不是隨著開采的延深而無限增加，因此應(yīng)用時應(yīng)注意梯度指數(shù)的變化。 2.計算法 按前述公式根據(jù)煤層瓦斯含量計算出回采、掘進工作面及采空區(qū)瓦斯涌出量后，按下式計算礦井瓦斯涌出量： 211NNqkjni ai qqk （ 1-62） 式中 kq 礦井瓦斯涌出量， tm/3 ； iaq 各采區(qū)瓦斯涌出量的總和， tm/3 ； kjq 礦井開拓巷道掘進瓦斯涌出量總和。（巖石巷道 0kjq）， tm /3 ； 1N 采區(qū)數(shù)量； 2N 同時掘進的礦井開拓巷道掘進工作面數(shù)量。 六煤層透氣性系數(shù) 煤層透氣性系數(shù)是煤層瓦斯流動難易程度的標志，煤層透氣性系數(shù) 的測算方法有徑向穩(wěn)定流動測算法和徑向不穩(wěn)定流動測算法等。 1. 徑向穩(wěn)定流動測算法 1）測定方法：在石門見煤前，先打兩個鉆孔 1M 、 2M 測定瓦斯壓力，待壓力平衡后，在中間打一個排瓦斯鉆孔 Mc 。因鉆孔 Mc 涌出瓦斯使鉆孔 Mc 與測壓鉆孔 1M 、 2M 之間造成瓦斯壓力變化，并測得鉆孔 Mc瓦斯流量0Q，將測得的數(shù)據(jù) 代入下式計算透氣性系數(shù) 。此法簡便，用于煤層透氣性較大，打完排放孔后即可明顯看出 1p 、 2p 變化，不適于透氣性較小的煤層。 2） 計算公式： )(ln22110ycPPmCQ （ 1-63） 式中 透氣性系數(shù)， dMPam 22 / ； 1 測壓孔 1M 距排放孔 Mc 的距離， m ； c 排放孔半徑， m ； 0Q 當大氣壓等于 0.101325 )1( atmMPa 時的鉆孔流量， dm/3 ； m 煤層厚度， m ； yp 排放鉆孔瓦斯壓力， MPapy 101325.0； 1p 測壓孔絕對瓦斯壓力， MPa ； C 系數(shù)， 310634.1 C 。 3） 實例。撫順龍鳳礦 -460m水平 10 鉆場測定煤層透氣性系數(shù) ，1,055.0 mc =9.5m, ypdmQmmM P apM P ap ,/2292,0.6,101325.027.4,101325.066.4 3021 0.101325Mpa。 將上述數(shù)值代入式 1-63，得： dM P amPPmCQyc 22223221101 /98.14)101325.047217.0(0.6055.05.9ln229210634.1)(ln 同理算出 ;2/27.182 dM Pam 取均值 dM P am 2221 /84.162/)( 。 2. 徑向不穩(wěn)定流動測算法； 1） 測定方法： （ 1） 從巖石巷道向煤層打鉆孔，記錄鉆孔方位角、仰角和鉆孔在煤層中的長度、鉆孔進入煤層和打完煤層的時間，取平均值作為打鉆時鉆 孔開始排放瓦斯時間（年、月、日、時、分）。 （ 2） 封孔測定瓦斯壓力，上表前要測定鉆孔瓦斯流量，記錄流量和測定流量時的時間（年、月、日、時、分）。 （ 3） 上升到煤層真實壓力或壓力穩(wěn)定后，卸下壓力表排放瓦斯，測定鉆孔瓦斯流量，記錄 每次瓦斯流量和測定時間。 煤層透氣性系數(shù)測定方法如圖 1-12所示： 2） 計算公式： baFY0（ 1-64） 式中 Y 流量準數(shù)，無因次，其計算公式 （ 1-65） 0F 時間準數(shù)，無因次，其計算公式（ 1-67） a 、 b 系數(shù)，無因次，見表 1-20 2120 1( ppqY （ 1-65） 式中 q 在排放時間為 t 時鉆孔壁單位面積的瓦斯流量（即比流量）， dmm 23 / ，其計算公式（ 1-66） 1 鉆孔半徑， m 透氣性系數(shù)， dMPam 22 / ； 0p 煤層原始絕對瓦斯壓力（表壓力值）， MPa 1p 鉆孔內(nèi)瓦斯壓力， MPap 101325.01 LQq t12（ 1-66） 式中 tQ 在時間 t 時的鉆孔瓦斯流量， dm/3 L 鉆孔長度，一般等于煤厚， m 215.1004tpF （ 1-67） 式中 t 開始排放瓦斯到測量瓦斯比流量 q 的時間間隔， d 煤層瓦斯含量系數(shù)， ,/ pWh其中hW為瓦斯含量，單位 33/mm ， p 為瓦斯壓力，單位 MPa 由于流量準數(shù)隨時間準數(shù)變化，難以用一個簡單公式表達，所以采用分段表達方法，有關(guān)透氣性系數(shù) 的計算及參數(shù)見表 1-20。 表 1-20 透氣性系數(shù) 的計算及參數(shù) 公式 0F 計算公式 b 參數(shù) bF0 10-2 1 1 10 10 102 102 103 103 105 105 107 4.14107.19111.13.7114.14125.156.2139.164.1161.114.31.283.11.1BABABABABABA1 1 0.93 0.588 0.512 0.344 -0.38 -0.28 -0.20 -0.12 -0.10 -0.065 215.10212014artpBppqrA AYBF 0 3） 計算步驟： （ 1） 根據(jù)測定所得參數(shù)，計算出 A、 B值。 （ 2） 一般選擇 計算公式進行試算（時間 dt 1 時，可先用0F=1 10 公式；時間在 1d 以上時，可先用0F=102 103公式作第一次試算）。 （ 3） 把求出的 值代入 BF 0中，校驗0F值是否在選用公式的范圍內(nèi)。如0F不在所選公式范圍，則根據(jù)計算出的0F值，另選公式計算，直到符合所選公式的范圍為止。 4） 實例。已知 ,/53.3,05.0,/194.13,053.4 315.0330 dmQmM P ammM P aP t dtmL 41,5.3 。求 ? 解： 425.1215.1032221201231100569.405.0194.13053.44144107767.91 0 1 3 2 5.0053.405.021.3/21.35.305.01416.3253.32tpBppqAdmmLQq t由于時間較長，選擇0F=103 105。 dM P amBA 22211.111.1 /109887.31.2 檢驗 2.16180 BF 0F在 103 105范圍內(nèi)，公式應(yīng)用正確。故 dM P am 222 /1098 87.3 。 七百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) 百米鉆孔流量衰減系數(shù)，是衡量煤層預(yù)抽瓦斯難易程度的一種指標，它反映不受采動影響條件下，煤層內(nèi)鉆孔瓦斯流量隨時間呈衰減變化的特性。 1. 測量方法： 選 擇有代表性、未受采動影響的煤層區(qū)域，向煤層打直徑 75mm的鉆孔，測出其初始瓦斯流量 ,0q經(jīng)過時間dt10( 以上）后，測其流量 q 即可。 2. 計算公式 根據(jù)鉆孔瓦斯流量 ateqq 0衰減變化的關(guān)系 t qq lnln 0 （ 1-68） 式中 百米鉆孔瓦斯流量衰 減系數(shù)； 0q 百米鉆孔初始瓦斯流量， mm 100min/3 ； q 經(jīng)過 t 時間的百米鉆孔瓦斯流量， mm 100min/3 ； 0lnq、 qln 為0q、 q 的自然對數(shù)； t 時間， d 八瓦斯抽放率和可抽量計算 （一）瓦斯抽放率 瓦斯抽放率是指礦井、采區(qū)或工作面的瓦斯抽放量占相應(yīng)瓦斯涌出量或瓦斯儲量的百分比，前者在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用廣泛更具有實際意義，它是衡量礦井、采區(qū)或工作面瓦斯抽放效果效果的主要標志。瓦斯抽放率的計算見表 1-21 表 1-21 瓦斯抽放率計算公式 計算公式 符號注釋 礦井（采區(qū)）瓦斯抽放率 zkkk QQ Q 100k 礦井（采區(qū)）瓦斯抽放率， %； kQ 礦井（采區(qū)）瓦斯抽放量， aMm/3 ； zQ 礦井（采區(qū)）總回風絕對瓦斯涌出量， aMm/3 單一煤層工作面瓦斯抽放率 fggd qq q 100 d 單一煤層工作面（本煤層）瓦斯抽放率， %； gq 工作面瓦斯抽放量， min;/3m fq 工作面回風順槽回風流中瓦斯量， min/3m 工作面（有鄰近層）瓦斯抽放率 glnnn qq q 100n 工作面（有鄰近層）瓦斯抽放率， %； nq 鄰近層瓦斯抽放量， min;/3m glq 工作面回風順槽回風流中瓦斯量， min/3m （二）可抽量計算 1. 單一煤層 bWWCN ch )(100 100 （ 1-69） 式中 N 每噸煤瓦斯可抽量， ;/3 tm C 丟煤百分率， %； b 解吸瓦斯系數(shù)，一般取 1； hW 煤層瓦斯含量， ;/3 tm cW 煤層殘存瓦斯含量， tm/3 。 2. 多煤層 1） 對陷落的頂板鄰近層 hcp WmmbCN 10 010 0（ 1-70） 2） 對不陷落的頂板鄰近層 )(10 010 0 chcm WWmmbCN （ 1-71） 3） 對下鄰近層 )(1 001 009.0 chcm WWmmbCN （ 1-72） 式中 pb 陷落鄰近層的瓦斯放出系數(shù)，對距開采層 15倍開采層厚度的鄰近層取 0.8，距開采層 1530倍開采層厚度的鄰近層取 0.9； cm 鄰近層的厚度， ;m m 開采層的厚度， ;m mb 不陷落的鄰近層的瓦斯放出系數(shù)，在實際計算時值取 0.9。 應(yīng)當指出，如果礦山地質(zhì)條件和礦山技術(shù)條件發(fā)生變化，確定鄰近層瓦斯可抽量用這種方法在實際計算中可能產(chǎn)生較大誤差，因此，必須附加一修正值，見表 1-22。 表 1-22 瓦斯可抽量修正值 開采層至鄰近 層距離與開采 層厚度之比 上 鄰 近 層 下 鄰 近 層 煤 層 傾 角 （ ） 20 以下 20 40 40 以上 20 以下 20 40 40 以上 10 0.6 0.7 0.3 0.4 0.1 0.2 2