礦井瓦斯預(yù)測與控制技術(shù)研究學(xué)士學(xué)位論文

1、礦井瓦斯預(yù)測與控制技術(shù)研究摘 要礦井瓦斯事故是煤礦重大安全事故之一，而煤層瓦斯分布存在著不平衡性，一方面，不僅高瓦斯礦井需要對礦井瓦斯進(jìn)行預(yù)測和控制，低瓦斯礦井同樣要對礦井瓦斯異常涌出區(qū)進(jìn)行檢測控制，另一方面，也決定了低瓦斯礦井瓦斯防治工作不能套用高瓦斯礦井的相關(guān)措施，必須找到適應(yīng)其情況的措施。本文首先對礦井瓦斯基本性質(zhì)的進(jìn)行了介紹，分析了礦井瓦斯的組分和來源以及其形成的影響因素，在此基礎(chǔ)上對瓦斯涌出規(guī)律進(jìn)行了初步研究，介紹了煤層瓦斯涌出及作用形式；其次，對礦井瓦斯預(yù)測方法進(jìn)行了介紹，主要介紹了煤層瓦斯含量預(yù)測和煤層瓦斯突出預(yù)測的方法，并將預(yù)測結(jié)論與南屯煤礦的實際測算量進(jìn)行了對比；然后結(jié)合南屯

2、煤礦實際情況，探討了符合低瓦斯礦井實際情況的瓦斯綜合防治及管理措施，提出了針對南屯煤礦局部瓦斯異常區(qū)的治理以及管理措施。關(guān)鍵詞： 低瓦斯 瓦斯爆炸 瓦斯預(yù)測 綜合防治 局部瓦斯異常區(qū)abstractcoal mine gas accident is one of the coal mines major accidents. since the gass distribution in coal seams is imbalance ,on the one hand, not only high gas mine needs to take measures to forecast and c

3、ontrol the gas in the mine, low gas also need to prevent gas accidents ,on the other hand, gas prevention measures in low gas coal should not follow that of the high gas coal. so its important to fund forecasting and controlling measures about the mine gas which adapt to low gas coals.this thesis fi

4、rst preliminarily introduces the research on the prediction of gas emission rules and methods which based on the basic nature of the gas, including the source and component of mine gas, the coal beds gas emission and function forms. then, it introduces the mine gas forecast methods, which include th

5、e measure of coal seam gas content prediction and outburst prediction. combined with the actual situation of the nantun mine coal, it explores the gas control and manage measures which can adapt to the low gas mines actual situation. at last, this paper puts forward gas control and manage measures i

6、n allusion to the local gas anomaly area of the nantun mine coal, by which way, we hope to achieve the goal of eliminating low gas mines gas accidents.keyword： low gas mine coal gas explosion gas prediction integrated control local gas anomaly area目 錄1緒論11.1本課題的研究目的和意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1我國高產(chǎn)高效工作面瓦斯涌出的

7、特點(diǎn)31.2.2我國高產(chǎn)高效工作面瓦斯防治技術(shù)31.2.3充州礦區(qū)瓦斯綜合治理技術(shù)現(xiàn)狀41.3研究的思路和主要內(nèi)容61.3.1研究思路61.3.2研究主要內(nèi)容62 礦井瓦斯概述82.1礦井瓦斯組分和來源82.1.1礦井瓦斯的組成82.1.2礦井有毒有害氣體的分類82.2煤層瓦斯的形成103瓦斯賦存與運(yùn)移123.1煤層瓦斯的賦存123.1.1煤層瓦斯沿深度的帶狀分布123.1.2煤層瓦斯含量的影響因素133.1.3煤層瓦斯吸附理論153.2礦井瓦斯流動193.2.1煤層瓦斯流動狀態(tài)193.2.2瓦斯流動場213.2.3煤層瓦斯壓力及測定234煤層瓦斯預(yù)測理論264.1煤層瓦斯含量預(yù)測264.1.

8、1分源預(yù)測法264.1.2礦山統(tǒng)計法284.1.3做圖法314.2煤層瓦斯突出預(yù)測理論374.2.1 概述374.2.2 煤層突出危險性預(yù)測方法375 礦井瓦斯災(zāi)害及防治415.1瓦斯爆炸及防治415.1.1瓦斯爆炸原因分析415.1.2引起瓦斯爆炸的條件415.1.3 預(yù)防瓦斯爆炸的措施435.2瓦斯局部異常涌出防治445.2.1 掘進(jìn)煤巷的防治措施455.2.2 巷道冒落空洞中局部積聚的瓦斯處理措施465.2.3采煤工作面上隅角局部積聚的瓦斯處理措施486 瓦斯預(yù)測與綜合防治技術(shù)的應(yīng)用516.1南屯煤礦簡介516.2南屯煤礦3煤層瓦斯含量測定516.2.1采掘區(qū)瓦斯含量主要地質(zhì)影響因素51

9、6.2.2測定方法和測點(diǎn)布置526.2.3瓦斯來源分析546.2.4確定有無高瓦斯區(qū)556.3瓦斯異常涌出危險區(qū)域防治措施566.3.1礦井瓦斯異常涌出危險區(qū)劃分566.3.2南屯煤礦局部瓦斯異常區(qū)域瓦斯治理治理技術(shù)576.4礦井瓦斯檢查與管理制度616.4.1獨(dú)頭巷道瓦斯管理制度616.4.2盲巷瓦斯管理制度646.4.3瓦斯重點(diǎn)管理區(qū)的管理制度647總 結(jié)67參考文獻(xiàn)68致 謝70附 錄711緒論1.1本課題的研究目的和意義我國是煤礦事故頻發(fā)的國家之一，特別是隨著我國煤炭產(chǎn)量逐年提高，煤礦事故更是出現(xiàn)多發(fā)的態(tài)勢，而在各類煤礦事故中，瓦斯事故占據(jù)了較大的比重，在全國歷年煤礦事故中，瓦斯事故是

10、除了頂板事故以外，造成死亡人數(shù)最多的事故。2008年全國各類煤礦事故死亡人數(shù)比重分布見下圖。圖1-1 2008年我國各類煤礦事故死亡人數(shù)比重分布在我國高瓦斯煤礦中，瓦斯爆炸危險普遍存在，且危害嚴(yán)重，也是造成社會影響最大的重特大事故。隨著煤炭需求增長、煤礦開采延深，高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井增多，煤礦瓦斯防治工作面臨的任務(wù)更為艱巨和復(fù)雜。據(jù)統(tǒng)計，2001年至2005年，煤礦瓦斯事故平均每年死亡2173人；2006年至2008年，分別降至1319人、1084人和778人。與2007年相比，2008年全國煤礦瓦斯事故總量和死亡人數(shù)分別下降33.1、28.2。其中，重特大瓦斯事故（一次死亡10人以上

11、）量和死亡人數(shù)分別下降18.2和23.5。雖然近年來中國煤礦瓦斯防治工作取得階段性成效，但目前還沒有從根本上遏制住重大瓦斯事故，形勢依然嚴(yán)峻。南屯煤礦是充礦集團(tuán)早期開發(fā)的現(xiàn)代化礦井之一，歷年瓦斯鑒定結(jié)果均為低瓦斯礦井。但在我國，低瓦斯礦井發(fā)生重特大事故，同樣屢見不鮮。統(tǒng)計顯示，2000年2007年發(fā)生的二十四起一次死亡三十人以上的特別重大瓦斯和火災(zāi)事故中，發(fā)生在低瓦斯礦井的有七起，占三成。2005年發(fā)生的三十九起一次死亡十人以上的特大瓦斯事故中，低瓦斯礦井有18起，占特大瓦斯事故的46.2。隨著煤炭生產(chǎn)逐步向深部轉(zhuǎn)移，開采地質(zhì)條件將會發(fā)生較大的變化：地壓大、煤層松軟和大傾角。與緩傾斜煤層綜放開

12、采相比，目前采用的綜放開采技術(shù)的通風(fēng)安全保障技術(shù)措施需要做出相應(yīng)的調(diào)整，以適應(yīng)生產(chǎn)條件的變化。因此，南屯煤礦深部松軟煤層的仰斜綜放開采除對開采技術(shù)設(shè)備和工藝提出了新的要求以外，也增加了通風(fēng)安全技術(shù)的難度。因此，根據(jù)“以風(fēng)定產(chǎn)”原則，為保證礦井安全生產(chǎn)，針對綜放開采在通風(fēng)與瓦斯防治方面帶來的新問題進(jìn)行充分研究，防止通風(fēng)和瓦斯事故的發(fā)生，開展南屯煤礦深部煤層綜放開采的通風(fēng)與瓦斯防治技術(shù)研究工作具有重要的意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀瓦斯災(zāi)害的威脅極大地限制了礦井生產(chǎn)能力的發(fā)揮，進(jìn)而使礦井的經(jīng)濟(jì)效益顯著降低，礦井人員穩(wěn)定困難，科研開發(fā)能力減弱，形成惡性循環(huán)。我國高產(chǎn)高效礦井瓦斯等級的分布如下：在114座

13、高產(chǎn)高效礦井中低瓦斯礦井77座，占67.5；高瓦斯礦井31座，占27.2；煤與瓦斯突出礦井6座，占5.3。1.2.1我國高產(chǎn)高效工作面瓦斯涌出的特點(diǎn)1）絕對瓦斯涌出量差異懸殊工作面絕對瓦斯涌出量大的非常大，如最大的撫順老虎臺礦78001-1綜放工作面達(dá)169.4m3/min。絕對瓦斯涌出量7m3/min的工作面共有11個，占綜放面總數(shù)的17，其中有8個抽放瓦斯，占7m3/min以上工作面總數(shù)的73，即這類工作面一般都需要抽放瓦斯才能保證安全生產(chǎn)1。2）相對瓦斯涌出量差異很大在64個綜放面中，相對涌出量10m3/t有11個占17，其中有9個采取了抽放瓦斯措施，占10m3/t以上工作面總數(shù)的82，

14、表明這類工作面抽放瓦斯是安全生產(chǎn)的重要保證；最大的相對瓦斯涌出量達(dá)81m3/t。3）瓦斯涌出量大的地點(diǎn)分布廣，瓦斯積聚時間延續(xù)長，瓦斯治理難度大。在64個綜放面中，有56個存在局部瓦斯積聚問題，占88；因瓦斯涌出量大，除在上隅角存在瓦斯積聚外，在放煤口、支架頂、冒落放煤區(qū)、后部運(yùn)輸機(jī)道等處在生產(chǎn)日一般都存在長達(dá)數(shù)小時到十幾小時的瓦斯積聚。在初次來壓、周期來壓期間，瓦斯涌出量突然增大，瓦斯積聚更加嚴(yán)重。1.2.2我國高產(chǎn)高效工作面瓦斯防治技術(shù)瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)主要從三個方面入手：防止瓦斯積聚，防止瓦斯突出，防止瓦斯煤塵爆炸。根據(jù)我國瓦斯涌出的特點(diǎn)，國家制定煤礦瓦斯災(zāi)害治理方針為：“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)

15、控、以風(fēng)定產(chǎn)”。1）先抽后采的必要性這是安全生產(chǎn)的需要，是安全高效的需要，是開采兩個資源的需要，是保護(hù)環(huán)境的需要，是可持續(xù)發(fā)展的需要。2）先抽后采的可行性我國的高瓦斯煤層一般都是低透氣煤層，在自然條件下，很難抽出瓦斯；理論研究與生產(chǎn)實踐都證明，在采動卸壓下，被卸壓煤層的透氣性可增加千百倍，可高效地抽采其卸壓瓦斯，由此，高瓦斯煤層，甚至瓦斯突出危險煤層都可變?yōu)榈屯咚姑簩雍蜔o突出危險煤層，如此在這類煤層可以實施高產(chǎn)高效的采煤方法，實現(xiàn)煤與瓦斯兩種資源安全高效共采。1.2.3充州礦區(qū)瓦斯綜合治理技術(shù)現(xiàn)狀1）充州礦區(qū)3層煤瓦斯涌出規(guī)律采煤工作面瓦斯涌出量較低，一般絕對涌出量為0.4m3 /min左右。

16、采煤工作面瓦斯來源主要是后部采空區(qū)。工作面瓦斯涌出不均衡性較明顯，不均衡系數(shù)約為1.5。掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量一般都很小，煤層掘進(jìn)巷道，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛榷嘣?.1以下2。充州礦區(qū)瓦斯異常涌出是相對一般涌出規(guī)律而言的，即當(dāng)采、掘工作面瓦斯涌出量明顯高于一般值，甚至超限時，即視為異常涌出或有明顯的瓦斯涌出現(xiàn)象，盡管風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔桓咭嘁暈楫惓Ｓ砍觥o煤柱開采、采場與采空區(qū)漏風(fēng)聯(lián)系較為復(fù)雜，除隨工作面推進(jìn)而遷移的漏風(fēng)源和漏風(fēng)匯外，其它漏風(fēng)源和漏風(fēng)匯的位置與相鄰采、掘面及提料斜巷、溜煤眼等有重要關(guān)系。與采空區(qū)漏風(fēng)的復(fù)雜聯(lián)系和局部地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)通是充州礦區(qū)瓦斯涌出異常的主要原因。統(tǒng)計資料和研究表明，瓦斯涌出異

17、常規(guī)律如下：沿空掘進(jìn)巷道和采空區(qū)的聯(lián)系較為復(fù)雜，掘進(jìn)工作面處于低負(fù)壓區(qū)或由于通風(fēng)系統(tǒng)的突然變化使得掘進(jìn)工作面風(fēng)壓突然降低，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)瓦斯大量涌入掘進(jìn)巷道，該掘進(jìn)工作面則出現(xiàn)瓦斯涌出異常現(xiàn)象。掘進(jìn)巷道初次和封閉性構(gòu)造裂隙導(dǎo)通，使得構(gòu)造內(nèi)的游離瓦斯快速涌入掘進(jìn)工作面，出現(xiàn)瓦斯涌出異?，F(xiàn)象。孤島采煤面，進(jìn)、回風(fēng)順槽均沿空布置，與采空區(qū)漏風(fēng)聯(lián)系更為復(fù)雜，瓦斯涌出量比通常高出數(shù)倍。位于低風(fēng)壓區(qū)的采煤工作面，其漏風(fēng)匯較多，瓦斯涌出量大。沿空掘進(jìn)巷道、孤島采煤面、位于低風(fēng)壓區(qū)的采煤工作面，其瓦斯涌出受通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)影響大，瓦斯涌出明顯不均衡。2）礦區(qū)瓦斯綜合防治技術(shù)低瓦斯礦井雖然正常狀態(tài)下瓦斯涌出量較小，但

18、存在瓦斯富集區(qū)，礦井內(nèi)瓦斯的涌出主要受通風(fēng)狀態(tài)、氣流場所、生產(chǎn)工藝、開采強(qiáng)度及地質(zhì)構(gòu)造的影響，且有一定的規(guī)律。只有掌握瓦斯賦存的特點(diǎn)和涌出的規(guī)律，采取有效的綜合治理技術(shù)，才能控制和防止瓦斯事故。具體來說，綜合防治技術(shù)主要有：調(diào)壓技術(shù)。當(dāng)瓦斯源為大范圍采空區(qū)瓦斯通過裂隙漏入時，可選用不同的方法，提高掘進(jìn)巷道風(fēng)壓，減小采空區(qū)攜帶瓦斯的漏風(fēng)源匯間壓差，甚至變源為匯，以減少甚至杜絕采空區(qū)瓦斯泄入沿空巷。分流技術(shù)。當(dāng)瓦斯源為采空區(qū)瓦斯，調(diào)壓有困難時，可在適當(dāng)位置開放與漏入沿空巷的漏風(fēng)平行的漏風(fēng)匯，使采空區(qū)部分瓦斯改變流向，采用此措施應(yīng)注意防止引發(fā)自燃、爆炸。噴堵技術(shù)。當(dāng)瓦斯涌出異常系沿空巷內(nèi)明顯的裂隙連

19、通采空區(qū)、廢棄巷道等瓦斯源時，可采用噴涂堵漏材料封堵裂隙的方法。充填技術(shù)。當(dāng)瓦斯源體積不大，有條件時，可用沙漿、泥、煤等材料將空洞充填。用煤充填時應(yīng)作阻化處理。通風(fēng)排除。如果瓦斯?jié)舛炔桓?、瓦斯涌出量不大，可考慮適當(dāng)加大風(fēng)量、稀釋瓦斯；對沿空巷內(nèi)的瓦斯層、局部積聚現(xiàn)象，可用導(dǎo)風(fēng)筒、噴射器等導(dǎo)風(fēng)沖散。1.3研究的思路和主要內(nèi)容1.3.1研究思路瓦斯事故是煤礦重大安全事故之一，瓦斯事故預(yù)防也是煤炭企業(yè)一項重要的工作，要預(yù)防瓦斯事故，就必須對瓦斯的基本規(guī)律進(jìn)行分析研究。在煤礦安全生產(chǎn)中，與瓦斯有關(guān)的事故可以分為瓦斯爆炸事故、煤與瓦斯突出、瓦斯窒息三類，通過對各類事故產(chǎn)生原因的分析，可以從源頭上找到預(yù)防

20、瓦斯事故的方法從瓦斯爆炸三角形圖中我們可以知道，預(yù)防瓦斯爆炸事故的方法除了嚴(yán)禁明火火源及電火花外，還可以從控制瓦斯涌出及防止瓦斯積聚兩方面入手，而通過對煤與瓦斯突出機(jī)理的研究也明確了，煤與瓦斯突出防治的一項重要措施是對瓦斯涌出進(jìn)行控制。要解決瓦斯控制的技術(shù)問題，就必須先從研究瓦斯的涌出規(guī)律入手。本文旨在通過對瓦斯的涌出及運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行探究，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合南屯礦采取的實際技術(shù)措施，希望能找到一套比較系統(tǒng)的瓦斯防治技術(shù)措施。以達(dá)到預(yù)防瓦斯事故的目的。1.3.2研究主要內(nèi)容1）介紹了煤層瓦斯的基本性質(zhì)，包括瓦斯的組成、物理化學(xué)性質(zhì)、來源及賦存情況。2）引入了單分子層吸附理論（langmuir）等溫

21、吸附方程及由其擴(kuò)展的分子層吸附理論bet方程對瓦斯在煤層中的分布及吸附規(guī)律進(jìn)行了初步研究。3）介紹了瓦斯賦存和運(yùn)移規(guī)律，引入了瓦斯在煤層中的四帶劃分理論對瓦斯在煤層中的賦存狀況進(jìn)行了闡述。4）重點(diǎn)對煤層瓦斯預(yù)測理論進(jìn)行了闡述，其中，依照礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法aq10182006對煤層瓦斯含量預(yù)測的各種方法進(jìn)行了介紹，主要包括了分源預(yù)測法、礦山統(tǒng)計法、作圖法和回歸分析法等。據(jù)此對南屯煤礦的瓦斯含量進(jìn)行了預(yù)測，并將結(jié)果與實測值進(jìn)行了比較分析。5）針對南屯煤礦屬于低瓦斯礦井的情況，結(jié)合煤礦安全規(guī)程中對低瓦斯礦井瓦斯防治措施的要求，提出了南屯煤礦需要重點(diǎn)檢測控制的區(qū)域，分析了南屯煤礦瓦斯異常區(qū)的分布情

22、況，并結(jié)合煤礦制度，對瓦斯異常涌出區(qū)的檢查管理提出了規(guī)范化建議。2 礦井瓦斯概述2.1礦井瓦斯組分和來源2.1.1礦井瓦斯的組成礦井瓦斯從廣義上講師井下有害氣體的總稱，從狹義上講，礦井瓦斯專指甲烷，以下出現(xiàn)的礦井瓦斯，均指狹義上的礦井瓦斯。一般來說，在煤礦井下的空氣，除含有井上空氣基本組成氣體外，還可能含有其他有毒有害氣體。井下有毒有害氣體主要成份有：甲烷，重?zé)N，氫氣，二氧化碳，一氧化碳，二氧化氮，二氧化硫，硫化氫等，其一般物理性質(zhì)見表2-1。表2-1 礦井常見氣體的一般物理性質(zhì)氣體名稱甲烷一氧化碳二氧化碳硫化氫二氧化硫二氧化氮色和味無色、無味、無臭無色、無味、無臭無色、略帶酸臭味無色、微甜。

23、有臭雞蛋氣味無色、有強(qiáng)烈硫磺味和酸味紅褐色、有強(qiáng)烈刺激氣味比重0.5540.971.521.192.271.57溶水性難溶微溶易溶易溶易溶極易溶爆炸性51612.575不爆炸4.345.5毒性無有無有有有2.1.2礦井有毒有害氣體的分類礦井有毒有害氣體按照來源可作如下分類：1）可燃?xì)怏w甲烷。甲烷是煤及圍巖中的有機(jī)物質(zhì)煤化作用的主要產(chǎn)物，褐煤中甲烷含量較少，在采煤過程中甲烷主要來自開采煤層及頂?shù)装迮R近煤層。重?zé)N。煤層中含有的重?zé)N是煤變質(zhì)過程中伴生的產(chǎn)物，其成分包括烷烴、芳香烴等達(dá)20余種，由于煤具有吸附性，對重?zé)N的吸附能力較強(qiáng)，煤中重?zé)N組分不易分解，當(dāng)煤被粉碎或在高溫下，重?zé)N才會釋放，因此在炮眼

24、火藥爆破瞬間及井下火區(qū)，有可能加速煤層重?zé)N釋放，給井下安全生產(chǎn)帶來危害。氫氣。氫氣是在高溫下煤熱分解的產(chǎn)物，煤礦井下風(fēng)流中的氫氣則主要是電機(jī)車蓄電池充電時釋放的。2）窒息性氣體二氧化碳。礦井空氣中的二氧化碳除從煤層及圍巖中涌出之外，煤（巖）的氧化、火藥爆破、坑木腐爛和人員呼吸也都會產(chǎn)生二氧化碳。煤層中的二氧化碳來自以下4個方面：成煤過程中伴生的二氧化碳，尤其是巖漿巖侵入?yún)^(qū)；地表生物圈內(nèi)生物的化學(xué)氧化反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳溶解于地下水中，由地下水?dāng)y帶運(yùn)移到煤系地層中；有些煤田二氧化碳的生成與巖漿活動有關(guān)；某些碳酸鹽巖在火成巖高溫作用下能分解產(chǎn)生二氧化碳。氮?dú)狻拿?、圍巖和地下水樣品中提取的瓦斯中，往

25、往含有氮?dú)猓涑梢蛴幸韵聨讉€方面：空氣成因；古空氣存留氮；有機(jī)物分解。礦井空氣中氮?dú)庠龃蟮脑蛑饕怯衼碜悦簩蛹皣鷰r的氮?dú)狻Ｓ捎谏锘瘜W(xué)作用及表生作用（表生作用是指沉積巖抬升到近地表，在潛水面以下常溫常壓或低溫低壓的條件下，由于滲透水和淺部地下水的影響下所發(fā)生的變化。特點(diǎn)是ph值降低，使巖石產(chǎn)生氧化物，硅質(zhì)礦物及硫酸鹽礦物），接近煤層露頭處級瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)會產(chǎn)生大量氮?dú)狻?）有毒氣體 硫化氫。硫化氫通常是由于地下水與黃鐵礦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，個別情況是由甲烷還原硫酸鹽產(chǎn)生。 一氧化碳。礦井下出現(xiàn)的一氧化碳，主要是井下火區(qū)和瓦斯發(fā)生爆炸產(chǎn)生的。 二氧化硫。煤礦井下出現(xiàn)的二氧化碳，主要是富含硫化物的煤

26、層自燃或煤塵發(fā)生爆炸時產(chǎn)生的。 二氧化氮。煤礦井下的二氧化氮的出現(xiàn)主要是火藥爆破產(chǎn)生的。我國煤礦安全規(guī)程中對礦井有害氣體的最高允許濃度規(guī)定見表2-2。表2-2 礦井有害氣體最高允許濃度名稱最高允許濃度一氧化碳0.0024氧化氮0.00025二氧化硫0.0005硫化氫0.00066氮?dú)?.0042.2煤層瓦斯的形成如前文所述，瓦斯是煤及圍巖中有機(jī)物質(zhì)煤化作用的主要產(chǎn)物，在煤化過程中，瓦斯不斷生成，到無煙煤階段瓦斯累計生成量可達(dá)400以上，成煤過程中生成的氣體量，隨煤階的增加而增加，變質(zhì)程度越高，生氣量越大，成煤過程中瓦斯生成量見表2-3。表2-3 成煤過程中生氣量 煤階褐煤長煙煤氣煤肥煤焦煤瘦煤

27、貧煤長煙煤生氣量68168212229270287333419階段生氣量100441741174686但是，由于煤層在煤化過程中的埋深并不大，大部分生成的瓦斯都散逸到大氣中，最終存在于煤層中的瓦斯并不多，各煤化階段最終殘留氣體量見表2-4。 表2-4 各煤化階段最終殘留氣體量 瓦斯成分泥炭向褐煤褐煤向煙煤煙煤向無煙煤甲烷68.3161.6192.9二氧化碳167.3124.923.4由表2-4容易看出，在煤化的初級階段，即泥炭化階段中，殘留于煤層中的瓦斯含量較低，這是因為在此階段，煤化程度不高，泥炭松軟且受埋藏深度的影響，使得大部分生成的瓦斯得以逸散，而隨著煤化過程的進(jìn)行，煤體的結(jié)構(gòu)開始初步形

28、成，煤體內(nèi)部的節(jié)理和孔隙大大發(fā)育，這種結(jié)構(gòu)使得煤層中的瓦斯得以以吸附和游離狀態(tài)存在于煤層中；進(jìn)入煤化階段的后期，即當(dāng)煤炭開始由煙煤向無煙煤轉(zhuǎn)化時，由于此時煤體內(nèi)部的產(chǎn)氣量已經(jīng)很少，因而最終在此階段生成并存留在煤層的瓦斯量不多。3瓦斯賦存與運(yùn)移3.1煤層瓦斯的賦存3.1.1煤層瓦斯沿深度的帶狀分布煤田形成后，煤變質(zhì)生成的瓦斯經(jīng)煤層圍巖裂隙和斷層向地表運(yùn)動，地表的空氣生物化學(xué)及化學(xué)作用生成的氣體由地表向深部運(yùn)動，由此形成了煤層中各種氣體成分由淺到深有規(guī)律的逐漸變化，前蘇聯(lián)礦業(yè)研究院通過大量的井下煤層組分和含量測定，將煤層瓦斯按賦存深度不同自上而下分為4個瓦斯帶：氮?dú)?二氧化碳帶；氮?dú)鈳В坏獨(dú)?甲烷

29、帶；甲烷帶3，各帶的煤層瓦斯組分含量見表3-13-1瓦斯帶中各氣體含量瓦斯帶名稱二氧化碳氮?dú)饧淄閙3/tm3/tm3/tn2-co2帶20801.192.2420800.151.4201000.16n2帶02000.27801000.221.8602000.22n2-ch4帶02000.3920800.251.7820800.065.27ch4帶01000.3702001.93801000.6110.5瓦斯帶的前三帶統(tǒng)稱為瓦斯風(fēng)化帶，在瓦斯風(fēng)化帶開采煤層時，相對瓦斯涌出量不超過2，瓦斯對生產(chǎn)不構(gòu)成主要威脅，我國大部分低瓦斯礦井都是在瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)的。圖3-1 煤層各帶瓦斯氮?dú)饧淄楹繄D從

30、圖3-1中可以看出，隨煤層加深，煤層氣體起初是二氧化碳為主，然后逐漸過渡到以氮?dú)鉃橹?，最后過渡到甲烷為主。3.1.2煤層瓦斯含量的影響因素如前文所述，雖然在煤化過程中，瓦斯生成量相當(dāng)可觀，但在煤化過程中，大部分瓦斯都散逸到空氣中，可見，煤層瓦斯含量除與生成瓦斯量有關(guān)外，主要取決于煤生成后瓦斯運(yùn)移條件和煤保存瓦斯的能力，綜合分析可以得到影響煤層瓦斯含量的因素有以下5個方面：1）煤田地質(zhì)史從植物的堆積到煤炭的形成，經(jīng)歷了長期復(fù)雜的地質(zhì)變化，煤層中瓦斯生成量、煤田范圍內(nèi)瓦斯含量的分布以及煤層向地表的運(yùn)移，歸根結(jié)底取決于煤田的地質(zhì)史條件。成煤后地殼的上升將使剝蝕作用加強(qiáng)，從而給煤層瓦斯向地表運(yùn)移提供了

31、條件，當(dāng)成煤后地表下沉?xí)r，煤田為新的覆蓋物覆蓋，從而緩解了煤層瓦斯的逸散。2）地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造對煤層瓦斯含量的影響也很明顯。如煤盆地中若含有大面積隔氣層和儲氣構(gòu)造，煤層中的瓦斯運(yùn)移到儲氣構(gòu)造中，會形成煤藏氣。斷層對煤層瓦斯含量可以有截然相反的兩種影響。開放性斷層是是煤層瓦斯排放的通道，在這類斷層附近，煤層瓦斯含量減??；封閉斷性斷層本身透氣性差，而且隔斷了煤層與地表的聯(lián)系，往往使封閉區(qū)段瓦斯含量增大。在閉合和半閉合背斜轉(zhuǎn)折區(qū)，由于煤層運(yùn)移路線加長和瓦斯排出口不斷縮小，增大了瓦斯運(yùn)移的阻力，因此在同一開采深度下比構(gòu)造兩翼瓦斯含量大，在向斜轉(zhuǎn)折處則相反，煤層瓦斯含量減小，這是由于供應(yīng)瓦斯區(qū)域逐漸減小

32、，瓦斯向地表運(yùn)移的通道逐漸擴(kuò)大的結(jié)果。3）煤層的賦存條件煤層有無露頭對煤層瓦斯含量有一定影響。煤層有露頭時，瓦斯有利于排放；無露頭時，瓦斯易于保存。此外，煤層埋藏深度是決定煤層瓦斯含量的重要因素，對同一煤田或煤層，在瓦斯風(fēng)化帶以下，煤層瓦斯壓力隨深度呈線性增大，這反映了煤層瓦斯由深部向地表運(yùn)移的總規(guī)律。4）煤層圍巖性質(zhì)圍巖致密完整、不透氣時，煤層瓦斯易于保存，反之則容易使瓦斯逸散。5）煤的變質(zhì)程度由表2-4可以看出，煤的變質(zhì)程度越高，生成的瓦斯量越大，因此在其他條件相同的情況下，煤的變質(zhì)程度越高，煤層的瓦斯含量越大，在同一煤田，煤吸附瓦斯的能力隨煤的變質(zhì)程度的提高而增大，但作為例外的是，當(dāng)從無

33、煙煤向超級無煙煤過渡時，煤的吸附能力急劇下降，因而瓦斯的含量大大降低。（6）巖漿活動巖漿活動對煤層瓦斯含量的影響較為復(fù)雜。在巖漿接觸變質(zhì)和熱力變質(zhì)的影響下，煤能夠再一次生成瓦斯，并由于煤變質(zhì)程度的提高而增大了吸附性；但在無隔氣層的情況下，由于巖漿的高溫作用強(qiáng)化了煤層排放瓦斯，從這方面看又會使煤層瓦斯含量減少，因此，對不同煤田，巖漿活動對煤層瓦斯含量的影響可能是不同的，需要分別對各煤田的具體情況加以分析。（7）水文地質(zhì)條件盡管瓦斯在水中的溶解度僅14，但在地下水活躍的地區(qū)，水對瓦斯的釋放作用不可忽視。長期處于地下水的影響下，煤層的瓦斯能被水大量帶走而使得含量大大減少。3.1.3煤層瓦斯吸附理論上

34、節(jié)討論到煤層瓦斯含量的影響因素主要受到煤層保存瓦斯能力影響，下面主要研究煤層對瓦斯吸附能力。（1）煤層瓦斯吸附方程煤是一種包含微孔和大孔系統(tǒng)的雙重孔隙介質(zhì)。微孔存在于煤基質(zhì)部分，大孔系統(tǒng)由包圍煤基質(zhì)被稱為割理系統(tǒng)的天然裂隙網(wǎng)絡(luò)組成。煤中有兩種割理：面割理和端割理，通常正交或近似正交，垂直或近似垂直于煤層面。煤具有極其發(fā)育的微孔隙，有很大的比表面積，煤的天然孔隙率和裂隙率是煤的一個主要特征，它決定了煤的吸附容積和煤的儲存性能。瓦斯以吸附形式存儲在煤中，其吸附量與多種因素有關(guān)，由于其復(fù)雜性，故存在不同的瓦斯吸附理論。1）單分子層吸附理論（langmuir）等溫吸附方程，該方程是目前廣泛應(yīng)用于瓦斯吸

35、附的狀態(tài)方程4，其表達(dá)式為： （3.1）式中，吸附量，； langmuir壓力，pa； p壓力，pa； langmuir體積，。2） freundlich方程5，等溫吸附的表達(dá)式為： （3.2）式中，a、n常數(shù)，該式由于形式簡單，使用方便而得到較多的應(yīng)用，但方程系純經(jīng)驗方程，沒有明確的物理意義。3）分子層吸附理論bet方程6，是langmuir單分子層吸附理論的擴(kuò)展，該理論將langmuir對單分子層假定的動態(tài)平衡狀態(tài)，用于各不連續(xù)的分子層，另外假設(shè)第一層中的吸附是靠固體分子與氣體分子間的范德華力，而第二層以外的吸附是靠氣體分子間的范德華力。吸附是多分子層的，每一層都是不連續(xù)的。其表達(dá)式為：

36、（3.3）x=p/p0式中，蒸汽壓力，pa； 飽和蒸汽壓力，pa； 與氣體吸附和凝結(jié)有關(guān)的常數(shù)。4）polomyi 吸附勢理論，認(rèn)為在固體吸附表面附近存在一個位勢場，鄰近的氣體分子在場的作用下發(fā)生吸附。吸附勢場的作用力大的足以在吸附劑表面形成許多吸附層，吸附層處于受壓狀態(tài)，內(nèi)層受壓最大，第二層次之；相應(yīng)地密度依次減小，直至下降到與周圍氣體密度相同。polomyi吸附理論利用物理吸附的假說對極不均勻內(nèi)表面的吸附給出了定量的描述，但沒有給出表達(dá)吸附等溫線的方程式。5）微孔填充理論，認(rèn)為對有些微孔介質(zhì)（如煤、活性炭等），其孔徑尺寸與被吸附分子的大小相當(dāng)吸附則可能發(fā)生在吸附劑的內(nèi)部空間，即吸附是對微孔

37、容積的填充而不是表面覆蓋。根據(jù)微孔填充理論，在吸附膜上任意點(diǎn)的吸附力可用吸附勢函數(shù)a來衡量。a為一個分子從氣相到達(dá)吸附膜上那一點(diǎn)作的功，它是吸附量q的函數(shù)，并可由氣液平衡狀態(tài)求得。其數(shù)學(xué)表達(dá)式d-a（dubinin-astakhov）方程7為： （3.4） （3.5）式中，飽和吸附容量（相當(dāng)于微孔容積），； 吸附特征能，； n吸附失去的自由度； 飽和蒸汽壓。瓦斯的吸附能力由以上吸附理論之一決定。通常用單分子層吸附理論（langmuir）等溫方程和微孔填充理論對煤吸附能力進(jìn)行描述。（2）煤吸附能力的影響因素煤的吸附能力不僅受煤巖自身的性質(zhì)所制約，還受許多外部因素的影響，如溫度、濕度、氣體成分、粒

38、度等。1）物質(zhì)組成。煤的物質(zhì)組成包括有機(jī)顯微組分和礦物質(zhì)，對煤的吸附能力起主控作用。煤中礦物質(zhì)含量越高，其吸附能力越低。光亮型煤比暗淡型吸附能力強(qiáng)，所有顯微組分中鏡質(zhì)組的吸附能力最強(qiáng)，穩(wěn)定組分和惰性組分較低。2）煤階。研究表明，隨煤階增高煤的吸附能力增強(qiáng)。即在同等溫度條件下，煤階越高吸附能力越強(qiáng)，隨rmax的增加，煤的總孔隙率增加，特別是小的孔隙。這樣煤的孔隙比表面積就隨之增加，這樣煤的吸附容積增大，煤對甲烷的吸附能力增強(qiáng)。3）溫度。吸附能力嚴(yán)格受溫度和壓力的影響，壓力增高，吸附量增加；溫度增高，吸附量減低。4）水分。一般認(rèn)為煤中水分增高，吸附能力將降低，由于水分子同時可以被煤吸附，必定占據(jù)一

39、定的表面積，致使甲烷的吸附量減少。但當(dāng)水分高于一定值不再對吸附能力產(chǎn)生影響，該值稱臨界水分值（wc）。煤樣在達(dá)到臨界水分值（wc）以前，隨水分的增加，值變小，值增大；當(dāng)達(dá)到或超過臨界水分值（wc）時，水分只是覆蓋在煤的顆粒外表面，和的值均不再隨水分的增加而變化8。5）氣體成分。煤對不同氣體的吸附量是不同的，不同氣體在煤表面的吸附熱不同。物理吸附的力主要是范德華力，所以越容易液化的氣體，越容易被煤微孔隙表面吸附。煤對二氧化碳的吸附能力高于甲烷，對甲烷的吸附能力高于氮?dú)狻?）粒度。對煤來講，粒度越小，比表面積將增加，吸附能力增強(qiáng)，但研究表明，由塊煤粉碎到6325目的粉煤，總表面積增加量很小，粉煤對

40、甲烷的吸附量與塊煤相當(dāng)。3.2礦井瓦斯流動3.2.1煤層瓦斯流動狀態(tài)瓦斯在煤層中以承壓狀態(tài)存在，對未受采動影響的原始煤層來說，在甲烷帶內(nèi)，煤層瓦斯壓力隨深度增大而增大，這是在漫長的地質(zhì)年代里，煤層瓦斯由深部向地表流動的結(jié)果。但這種瓦斯流動是極其緩慢的，在研究中一般忽略這種緩慢的瓦斯流動。通常認(rèn)為，在未受采動影響的煤層中，瓦斯處于壓力平衡狀態(tài)；而在受采動影響的煤層中，由于采動破壞了原有的瓦斯壓力平衡狀態(tài)，引起了瓦斯流動，形成了瓦斯流動場。影響瓦斯流動的因素很多，如煤層賦存條件、瓦斯地質(zhì)條件、煤層瓦斯壓力和含量、煤層透氣性大小以及采掘技術(shù)條件等都會影響到煤層中的瓦斯流動，但歸結(jié)起來主要影響因素是瓦

41、斯壓力和煤層透氣性，前者是瓦斯流動的動力，后者是瓦斯流動的阻力。煤是多孔多裂隙介質(zhì)，每種存在有大小為cm的多種孔隙，還含有大量的原生和此生裂隙，而煤又是瓦斯的天然吸附劑，因此，煤中瓦斯流動的性質(zhì)在不同空隙中是不同的，當(dāng)孔隙直徑為cm時，由于孔徑大于瓦斯的平均自由程，瓦斯流動表現(xiàn)為自由擴(kuò)散或慢速的層流滲透；當(dāng)孔隙直徑為cm時，瓦斯流動為層流滲透，符合達(dá)西定律；當(dāng)孔隙或可見裂隙寬度大于cm時，瓦斯流動表現(xiàn)為層流滲透或?qū)恿髋c紊流的混合過渡流、當(dāng)孔隙直徑小于cm時，瓦斯流動屬于分子擴(kuò)散。根據(jù)達(dá)西定律表達(dá)式： （3.6）式中，q單位時間滲流量；f過水?dāng)嗝?；h總水頭損失；l滲流路徑長度；i=h/l水力坡度

42、；k滲流系數(shù)。其中，根據(jù)水力學(xué)已知，通過某一斷面的流量q等于流速v與過水?dāng)嗝鎓的乘積，即qfv?；?，據(jù)此，達(dá)西定律可以表示為： （3.7）式中，v滲流速度上式表明：滲流速度與水力坡度一次方成正比。說明水力坡度與滲流速度呈線性關(guān)系。這個定律說明水通過多孔介質(zhì)的速度同水力梯度的大小及介質(zhì)的滲透性能成正比。在層流中，滲流速度一般每年不超過30m。瓦斯在煤層中流動時的雷諾數(shù)由下式確定9： （3.8）式中，瓦斯在煤層中流動的雷諾數(shù)； 瓦斯的流動運(yùn)動粘度，m2/s； m煤層孔隙率，m3/m3； 煤層透氣性系數(shù)，； v流動速度，m/s。 （3.9）式中，鉆孔瓦斯流量，m3/s； 鉆孔直徑，m； 鉆孔見煤長度

43、，m。取孔徑0.075m，鉆孔瓦斯流量=3.333，煤層透氣性系數(shù)取，m取0.03，在溫度20、壓力為0.1mpa時，瓦斯的運(yùn)動粘度=m2/s，帶入上式求得流動速度v為；v= =0.0071m/s最終求得雷諾數(shù)為；=1.4而層流雷諾數(shù)的最高臨界值是12，以上設(shè)定值為我國實測量的數(shù)倍到數(shù)十倍，仍小于層流雷諾數(shù)的最高臨界值12，可以看出煤層中的瓦斯流動是符合線性規(guī)律的層流，只有在發(fā)生瓦斯異常涌出如瓦斯噴出或煤與瓦斯突出時，才會出現(xiàn)紊流狀態(tài)。3.2.2瓦斯流動場瓦斯在煤層中由高壓流向低壓，在煤層中形成一定的流動范圍，這一范圍稱為瓦斯流動場。從時間因素看，流動類型可分為穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動兩種類型，前

44、者不隨時間變化，后者流動場隨時間而改變。在煤礦實際條件下，煤層瓦斯流動的流動場總是隨時間而變化的，可見，煤層瓦斯流動屬于非穩(wěn)定流動類型。從空間幾何形狀來看，在流動場內(nèi)瓦斯的流動類型可分為單向流動、徑向流動和球向流動三種類型。（1）單向流動單向流動的特點(diǎn)是煤層瓦斯沿單一方向流動，流線相互平行。沿煤層開掘高度大于煤層厚度的巷道，巷道兩側(cè)煤層中的瓦斯皆沿垂直于巷道的方向流動，如圖3-1所示。圖3-1煤層瓦斯單向流動（2）徑向流動徑向流動是平面流動。徑向流動時，等瓦斯壓力線是一組同心圓，瓦斯流線沿圓的徑向發(fā)展，在煤礦井下，石門或鉆孔垂直貫穿煤層全厚時，煤層中的瓦斯流動就是徑向流動，如圖3-2所示圖3-

45、2 煤層瓦斯徑向流動（3）球向流動球向流動的特點(diǎn)是等瓦斯壓力線為一組同心球體，瓦斯流線沿球的徑向發(fā)展。一般石門揭特厚煤層、特厚煤層中的掘進(jìn)迎頭和鉆孔孔底以及煤礦的瓦斯放散等都可近似視為球向流動。3.2.3煤層瓦斯壓力及測定1）煤層瓦斯壓力煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離瓦斯的的氣體壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量的一個重要因素，當(dāng)煤的吸附瓦斯能力相同時，煤層瓦斯壓力越高，煤中所含瓦斯量也就越大。在煤與瓦斯突出發(fā)生、發(fā)展過程中，瓦斯壓力都起著重大作用。煤層瓦斯壓力的大小取決于煤生成后，煤層瓦斯的排放條件。在漫長的地質(zhì)年代中，煤層瓦斯排放是一個極其復(fù)雜的問題，它除與覆

46、蓋層厚度、透氣性能、地質(zhì)構(gòu)造條件有關(guān)外，還與覆蓋層的含水性有密切關(guān)系。當(dāng)覆蓋層中充滿水時，煤層瓦斯壓力最大，這時瓦斯壓力等于同水平的水靜壓力。當(dāng)煤層瓦斯壓力大于同水平靜水壓力時，在漫長地質(zhì)年代中，瓦斯將沖破水的阻力向地表逸散，當(dāng)覆蓋層未充滿水時，煤層瓦斯壓力將小于同水平的水靜壓力。國內(nèi)外實測表明，當(dāng)煤層的測壓低點(diǎn)處于采動影響的集中應(yīng)力帶時，由于煤體中孔隙壓縮能明顯提高瓦斯壓力值，煤層瓦斯壓力實測值偏高。在煤層賦存條件和地質(zhì)構(gòu)造條件變化不大時，同一深度各煤層或同一煤層在同一深度的各個地點(diǎn)，煤層瓦斯壓力是相近的。在地質(zhì)條件不變的條件下，每層瓦斯壓力隨深度的變化規(guī)律，用下式描述： （3.10）式中，

47、在深度h處的瓦斯壓力，mpa； 瓦斯風(fēng)化帶深度的瓦斯壓力，取為0.150.2mpa； 瓦斯風(fēng)化帶深度，m； 距地表垂深，m； m瓦斯壓力梯度，mpa/m。根據(jù)我國各煤礦瓦斯壓力隨深度變化的實測數(shù)據(jù)，瓦斯壓力梯度m一般在0.0070.012mpa變化，而瓦斯風(fēng)化帶深度則在幾米至數(shù)百米間變化。2）測定測定煤層瓦斯壓力時，通常是從圍巖巷道（石門或圍巖鉆場）向煤層打孔徑為5075mm的鉆孔，測定地點(diǎn)的煤層應(yīng)為未受采動影響的原始煤體。測壓封孔方法分填法和封孔器法。其中填料法是應(yīng)用最廣的一種測壓封孔方法，采用該法時，是在打完鉆孔后，先用水清洗鉆孔，再向孔內(nèi)放置測壓管，最后用充填材料封孔。圖3-3 人工充填

48、法封孔示意圖1測壓前端；2擋料圓盤；3充填材料；4木楔；5測壓管；6壓力表；7鉆孔為防止測壓管堵塞，再測壓管前端焊接一段直徑稍大于測壓管的篩管或直接在測壓管壁中打篩管。為防止充填材料堵塞測壓管前端，在測壓前端后部套焊一擋料圓盤，填料可用人工或風(fēng)壓送入鉆孔，人工封孔的封孔深度一般不超過5m，用壓氣封孔時，借助噴漿罐將水泥砂漿由孔底向孔口逐漸充滿，壓氣封孔深度可達(dá)10m以上。4煤層瓦斯預(yù)測理論煤層瓦斯的生成、儲積和運(yùn)移受控于一定地質(zhì)條件，地質(zhì)條件的差異往往導(dǎo)致煤層瓦斯在縱向和橫向上的不均衡分布，造成不同礦區(qū)（或礦井）、不同煤層、不同區(qū)域瓦斯賦存的不均衡。高瓦斯礦井中存在低瓦斯區(qū)域，低瓦斯礦井中也存

49、在瓦斯較高的區(qū)域。近年來，在一些低瓦斯礦井的瓦斯異常區(qū)發(fā)生了一些重大瓦斯事故。因此，通過研究礦井的瓦斯地質(zhì)規(guī)律，對未采區(qū)的瓦斯分布進(jìn)行預(yù)測評價，對于指導(dǎo)礦井的通風(fēng)設(shè)計和采掘部署，采取有針對性的瓦斯防治措施，有重要的理論意義和實際意義。4.1煤層瓦斯含量預(yù)測煤層瓦斯含量預(yù)測，其目的就是通過對煤層瓦斯含量的分析，預(yù)先測算礦井瓦斯涌出量，進(jìn)而可以具有針對性的采取各項瓦斯防治措施。4.1.1分源預(yù)測法分源預(yù)測法是指通過研究瓦斯涌出的來源，對產(chǎn)生瓦斯的各個地點(diǎn)分別進(jìn)行瓦斯涌出量測定，求和即是礦井總瓦斯涌出量。1）礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系如圖4-1所示。礦井瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出出回采面

50、瓦斯涌出已采采空區(qū)瓦斯涌出工作面采空區(qū)瓦斯涌出掘進(jìn)面瓦斯涌出其他開采層瓦斯涌出鄰近層瓦斯涌出煤壁瓦斯涌出落煤瓦斯涌出圖4-1礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系圖2）回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測用相對瓦斯涌出量表達(dá)，以24h為一個預(yù)測圓班，采用下式計算。 （4.1）式中 q采回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；q1開采層相對瓦斯涌出量，m3/t；q2鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t。3）掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測用絕對瓦斯涌出量表達(dá)，采用下式計算 （4.2）式中 q掘掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；q3掘進(jìn)工作面巷道煤壁絕對瓦斯涌出量，m3/min；q4掘進(jìn)工作面落煤絕

51、對瓦斯涌出量，m3/min。4）生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量 （4.3）式中 生產(chǎn)采區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t；生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，第i個回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；第i個回采工作面的日產(chǎn)量，t；第i個掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t。5）礦井瓦斯涌出量 （4.4）式中，q井礦井相對瓦斯涌出量，m3/t；qi第i個生產(chǎn)采區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t；aoi第i個生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t；已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，6）瓦斯涌出不均衡性考慮各區(qū)域瓦斯涌出的不均衡性，利用分源預(yù)測法預(yù)測的各區(qū)域的瓦斯涌出量需乘以瓦斯涌出不均衡系數(shù)kn。4.1.2礦山統(tǒng)計法礦井瓦斯涌出量

52、與開采強(qiáng)度、開采深度相關(guān)。開采強(qiáng)度越強(qiáng)，破裂的煤層體積越多，吸附瓦斯變?yōu)橛坞x瓦斯就越多，瓦斯涌出量就越大；開采深度越深，煤層瓦斯含量越大，煤層瓦斯壓力越大。即煤層開采深度，反映了煤層瓦斯含量與煤層瓦斯壓力兩項指標(biāo)。綜合而論，此種方法認(rèn)為，在煤層厚度一定的情況下，礦井瓦斯涌出量與開采強(qiáng)度相關(guān)，與煤層瓦斯含量相關(guān)，與瓦煤層瓦斯壓力相關(guān)。瓦斯統(tǒng)計法，客觀上反映了以上相關(guān)關(guān)系。統(tǒng)計法是根據(jù)生產(chǎn)礦井或生產(chǎn)水平，在以往生產(chǎn)過程中積累的大量不同深度相對瓦斯涌出量與深度的數(shù)據(jù)，通過整理分析找出相互之間變化關(guān)系的統(tǒng)計規(guī)律，推算出相鄰的新礦井或延深水平瓦斯涌出量的方法。如果預(yù)測地區(qū)的地質(zhì)、采礦因素沒有明顯的變化，

53、那么預(yù)測結(jié)果可以滿足工程的需要。首先找出礦井開采深度與瓦斯涌出量的列表函數(shù)。表格如下表4-1礦井開采深度與瓦斯涌出量對應(yīng)表加權(quán)平均開采深度（m）相對瓦斯涌出量（m3/mint-1）接著繪制瓦斯涌出量隨深度變化的曲線圖。以礦井加權(quán)平均開采深度為橫坐標(biāo)，相對瓦斯涌出量為縱坐標(biāo)，做出瓦斯涌出量隨開采深度變化的曲線圖。如圖4-2所示。將此曲線外延，即可預(yù)測出深部的瓦斯涌出量。圖4-2礦井相對瓦斯涌出量隨開采深度變化的關(guān)系圖加權(quán)平均開采深度可按下式計算： （4.5）式中，加權(quán)平均開采深度，m；統(tǒng)計期內(nèi)，第i采煤區(qū)段的平均開采深度，m；-統(tǒng)計期內(nèi)，第i采煤區(qū)段的產(chǎn)煤量，t。瓦斯涌出量梯度為 （4.6）式中，瓦斯涌出量梯度，m/ （m3/t）或t/ m2； 、甲烷帶內(nèi)兩個已知開采深度，m；、對應(yīng)于深度 、的相對瓦斯涌出量，m3/t；n指數(shù)系數(shù)，大多數(shù)煤田在垂