大采高工作面瓦斯來(lái)源分析及涌出量預(yù)測(cè)方法探討

1、大采高工作面瓦斯來(lái)源分析及涌出量預(yù)測(cè)方法探討摘要：瓦斯涌出量是影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。由于煤礦開(kāi)采規(guī)模越來(lái)越大，綜合機(jī)械化開(kāi)采程度越高，在開(kāi)采過(guò)程中，隨著產(chǎn)量的加大，瓦斯涌出量也相繼加大，瓦斯日常管理和治理瓦斯的難度加大，所以搞清大采高工作面的瓦斯涌出量，對(duì)于改善煤礦安全生產(chǎn)狀況具有積極的意義。本文通過(guò)在生產(chǎn)實(shí)踐中資料的收集、整理和分析,總結(jié)了大采高工作面瓦斯來(lái)源分析和瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)方法。關(guān)鍵詞：大采高工作面 瓦斯來(lái)源 瓦斯涌出量 預(yù)測(cè)方法瓦斯是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要自然因素之一。在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，瓦斯災(zāi)害每年都造成許多人員傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失。因此，預(yù)防瓦斯災(zāi)害對(duì)煤炭工業(yè)的健康、和諧

2、、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。在含瓦斯煤層中進(jìn)行采礦作業(yè)時(shí)，瓦斯涌出量是影響煤礦安全生產(chǎn)的最主要因素。近年來(lái)，由于煤礦開(kāi)采規(guī)模越來(lái)越大，綜合機(jī)械化開(kāi)采程度越來(lái)越高，綜采放頂煤、大采高采煤工藝越來(lái)越普遍，開(kāi)采深度大、強(qiáng)度大、速度快。特別對(duì)于高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井，在開(kāi)采過(guò)程中，隨著產(chǎn)量的加大，瓦斯涌出量也相繼加大，瓦斯的日常管理和治理瓦斯的方法、措施顯得更為重要，所以搞清大采高工作面的瓦斯涌出量對(duì)于改善煤礦安全生產(chǎn)狀況具有積極的意義。本文通過(guò)在生產(chǎn)實(shí)踐中資料的收集、整理和分析,總結(jié)了大采高工作面瓦斯來(lái)源分析和瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)方法。一、大采高工作面瓦斯來(lái)源分析采場(chǎng)范圍內(nèi)涌出瓦斯的地點(diǎn)稱為

3、瓦斯源，瓦斯涌出源的多少，各源涌出瓦斯量的大小直接影響著采場(chǎng)的瓦斯涌出量。大采高工作面瓦斯涌出來(lái)源可劃分為四大部分：1、 回采工作面采落煤塊的瓦斯涌出采落煤塊瓦斯涌出是工作面采落煤炭解吸的瓦斯。2、 回采工作面煤壁瓦斯涌出3、回采工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽煤壁瓦斯涌出。4、回采工作面采空區(qū)瓦斯涌出采空區(qū)瓦斯涌出可分為四部分：（1）圍巖瓦斯涌出；（2）未采全高遺煤涌出；（3）回采丟煤瓦斯涌出；（4）鄰近層瓦斯涌出。鄰近層（包括上、下鄰近層）的瓦斯涌出有一定的規(guī)律：一般在老頂?shù)谝淮蚊奥淝?，鄰近層的瓦斯基本上不向采空區(qū)涌出，這時(shí)的瓦斯涌出可以認(rèn)為是開(kāi)采層本身涌出的瓦斯。等老頂?shù)谝淮蚊奥浜?，卸壓松?dòng)的鄰近層

4、就開(kāi)始向采空區(qū)大量涌出瓦斯，卸壓松動(dòng)的鄰近層的瓦斯涌出雖然也有波動(dòng)，但總的趨勢(shì)是隨著工作面開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，瓦斯涌出逐漸增大，并達(dá)到某一穩(wěn)定值，等工作面回采接近邊界時(shí)，瓦斯涌出又逐漸減少。對(duì)于大采高工作面，其工作面瓦斯來(lái)源構(gòu)成見(jiàn)圖二、 大采高工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)1、大采高工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)的必要性大采高工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)，是指根據(jù)某些已知相關(guān)數(shù)據(jù)，按照一定的方法和規(guī)律，預(yù)先估計(jì)出工作面瓦斯涌出量的工作。決定大采高工作面風(fēng)量的主要因素往往是瓦斯涌出量，所以，預(yù)測(cè)結(jié)果的正確與否，能夠影響工作面回采的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，甚至決定工作面能否進(jìn)行正常生產(chǎn)。大型高瓦斯礦井，如果預(yù)測(cè)的涌出量偏低，回采時(shí)容易造成

5、瓦斯超限而被迫降低產(chǎn)量以致無(wú)法生產(chǎn)；而預(yù)測(cè)偏高，勢(shì)必增大投資和通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，造成不必要的浪費(fèi)。采用可行的方法對(duì)工作面瓦斯涌出量進(jìn)行比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，對(duì)工作面的正常生產(chǎn)具有指導(dǎo)性的意義。工作面瓦斯涌出量是工作面通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基礎(chǔ)參數(shù)，是決定工作面回采方案、通風(fēng)系統(tǒng)選擇、瓦斯綜合治理方法選擇的重要指標(biāo)，在工作面回采時(shí)，對(duì)瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)是非常有必要的。2、大采高工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法分類瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法可概括為兩大類：統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法和分源計(jì)算預(yù)測(cè)法。（1）、統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法，是根據(jù)生產(chǎn)礦井或水平，在以往生產(chǎn)過(guò)程中積累的大量不同深度相對(duì)瓦斯涌出量與深度的數(shù)據(jù)，通過(guò)整理分析，找

6、出相互之間變化關(guān)系的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，推算出相鄰的新礦井或延伸水平瓦斯涌出量的方法。如果預(yù)測(cè)地區(qū)的地質(zhì)、采礦因素沒(méi)有明顯的變化，那么預(yù)測(cè)結(jié)果可以滿足需要。由于統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法必須具備所要預(yù)測(cè)的礦井或采區(qū)煤層開(kāi)采順序、采煤方法、頂板管理、地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存、煤質(zhì)等與生產(chǎn)礦井或生產(chǎn)區(qū)域相同或類似的條件，是對(duì)礦井或鄰近礦井實(shí)際瓦斯涌出資料的統(tǒng)計(jì)分析得出的礦井瓦斯涌出量隨開(kāi)采深度變化的規(guī)律，主要預(yù)測(cè)新井或新水平瓦斯涌出量的方法，因此本文不作詳細(xì)探討。（2）分源計(jì)算預(yù)測(cè)法，即根據(jù)煤層瓦斯含量，按工作面主要瓦斯涌出源的瓦斯涌出規(guī)律，對(duì)回采工作面的瓦斯涌出量進(jìn)行分源計(jì)算。大采高工作面瓦斯來(lái)源按性質(zhì)分可分為兩大類，一類是主

7、要取決于開(kāi)采層瓦斯含量的瓦斯涌出源，包括工作面落煤瓦斯涌出、工作面煤壁（切眼）瓦斯涌出、圍巖瓦斯涌出、采落后丟到采空區(qū)內(nèi)煤的瓦斯涌出、采空區(qū)遺煤（未采全高）的瓦斯涌出。另一類是不取決于開(kāi)采層瓦斯含量涌出源，包括鄰近層瓦斯涌出量及工作面順槽煤壁瓦斯涌出量。 即 Q回Q1+Q2+Q3 式中 Q回工作面瓦斯涌出量，m3/t或m3/min ； Q1開(kāi)采層瓦斯涌出量，m3/t或m3/min； Q2鄰近層瓦斯涌出量，m3/t或m3/min，主要取決于鄰近層瓦斯含量及距開(kāi)采層距離。Q3工作面順槽瓦斯涌出量，m3/min，主要取決于開(kāi)采層煤層透氣性及衰減性及暴露時(shí)間、面積等。由于工作面的預(yù)測(cè)參數(shù)如殘存瓦斯含量

8、、采高、瓦斯含量、巷道煤壁瓦斯涌出量在工作面開(kāi)采過(guò)程中都是不斷變化的，工作面經(jīng)過(guò)預(yù)抽和沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)抽，工作面是否首采，變化是比較大的，應(yīng)根據(jù)具體情況，對(duì)工作面預(yù)計(jì)其瓦斯涌出量。三、大采高工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)1、回采工作面煤壁瓦斯涌出量回采工作面煤壁瓦斯涌出規(guī)律與掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出規(guī)律是相似的，但由于回采工作面處于勻速連續(xù)的推進(jìn)過(guò)程中，不存在暴露面瓦斯枯竭問(wèn)題，當(dāng)割煤機(jī)組位于工作面上、下端時(shí)，回采工作面暴露煤壁瓦斯涌出量才最大，這一數(shù)值也是工作面通風(fēng)及瓦斯治理所要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。煤壁瓦斯涌出量的大小與煤壁瓦斯涌出初速度、煤壁涌出衰減系數(shù)和割煤速度有直接關(guān)系，通常采用下列公式計(jì)算：式中QB工作面煤壁瓦

9、斯涌出量，m3/min；v采煤機(jī)割煤速度，m/min；t煤壁暴露時(shí)間，min；t= L/v 煤壁瓦斯涌出衰減系數(shù)，min-1h煤層厚度，mL回采工作面長(zhǎng)度,mq0暴露煤壁初始（t=0時(shí)）瓦斯涌出強(qiáng)度，m3/.min .m2.，可用實(shí)測(cè)或用下式計(jì)算：1） 蘇聯(lián)根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，提出的計(jì)算公式為： q0=aX【0.0004（Vdaf ）2+0.16】2)陽(yáng)泉根據(jù)測(cè)定統(tǒng)計(jì)結(jié)果，提出的計(jì)算公式為：q0=0.59X/1440a- 時(shí)間因次換算系數(shù)，Vdaf-煤的揮發(fā)分，X-煤層瓦斯含量，m3/t則：2、回采工作面落煤瓦斯涌出量回采工作面采落下來(lái)的煤在運(yùn)輸過(guò)程中，煤塊內(nèi)仍向風(fēng)流涌出瓦斯，為此，在計(jì)算回采工作面

10、落煤瓦斯涌出量應(yīng)考慮以下影響因素：(1)采落下來(lái)的煤的塊度大小；(2)煤的瓦斯含量，它與煤的原始瓦斯含量、煤塊未采落下來(lái)前已排放瓦斯的時(shí)間及排放瓦斯的程度有關(guān)；(3)采落煤塊在采區(qū)內(nèi)停流時(shí)間。一般情況下，回采工作面采落煤塊總的瓦斯涌出量可按下式計(jì)算： QL =Sv(X0-X1)式中 QL落煤總瓦斯涌出量，m3/min；v割煤速度，m/min；S采煤機(jī)截齒割煤斷面積，m2；煤的密度， t/m3。X0煤層原始瓦斯含量，m3/t；X1采落煤炭運(yùn)出工作面后的殘存瓦斯含量，m3/t。如果采落的煤塊，塊度較大，又需一定的時(shí)間才能運(yùn)出工作面，其中落下的煤塊中有一部分瓦斯仍吸附煤體內(nèi)，為此計(jì)算落煤在回采工作面

11、瓦斯涌出量，就應(yīng)考慮落煤殘存量增加部分：QLg=k.QL3、丟煤在工作面的瓦斯涌出量大采高工作面在回采過(guò)程中，丟煤中含有的瓦斯一部分在工作面涌出，另一部分在采空區(qū)內(nèi)涌出，兩部分的總瓦斯涌出量相當(dāng)于工作面落煤的瓦斯涌出量。丟煤在工作面的瓦斯涌出量計(jì)算方法按落煤瓦斯涌出量計(jì)算方法計(jì)算，其中在工作面的涌出量暫按總涌出量的40%計(jì)算，余者為在采空區(qū)內(nèi)的涌出量。(1)工作面丟煤量（A1） t/d A-工作面平均日產(chǎn)量，t/d H-工作面煤厚，m h-工作面采高，m (2)丟煤總瓦斯涌出量Qdm =A1(x0-x1)/1440 m3/minX0煤層原始瓦斯含量，m3/t；X1采落煤炭運(yùn)出工作面后的殘存瓦斯

12、含量，m3/t。(3)丟煤在工作面的涌出量 Qgdm =0.4Qdm m3/min(4)丟煤在采空區(qū)內(nèi)的涌出量 Qcdm=Qdm-Qgdm m3/min4、鄰近層瓦斯涌出量預(yù)計(jì) 式中Q鄰鄰近層瓦斯涌出量，m3/t;mi第i個(gè)鄰近層厚度，m;m1開(kāi)采層的開(kāi)采厚度，m;x0i第i 層的原始瓦斯含量,m3/t;x1i第i 鄰近層殘存瓦斯含量,m3/t;ki第i鄰近層瓦斯排放系數(shù)。應(yīng)對(duì)上鄰近層和下鄰近層分別進(jìn)行計(jì)算：(1)上鄰近層煤層瓦斯涌出量 m3/t(2)下鄰近層煤層瓦斯涌出量 m3/t(3)鄰近層總瓦斯涌出量 Q鄰 =Q上鄰+Q下鄰 m3/t鄰近層總的絕對(duì)瓦斯涌出量Q鄰=日產(chǎn)量×Q鄰/

13、1440 m3/min5、采空區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)根據(jù)煤層瓦斯賦存情況，采空區(qū)涌出的瓦斯主要來(lái)源于開(kāi)采層丟煤解吸瓦斯、鄰近層瓦斯和圍巖瓦斯及煤柱的卸壓瓦斯。可以采用分源預(yù)測(cè)法,對(duì)采空區(qū)瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)計(jì)。(1）開(kāi)采層丟煤在采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出量Qcdm ( m3/min) （前面計(jì)算值）(2）鄰近層瓦斯涌出量 Q鄰(m3/min) （前面計(jì)算值）(3）圍巖涌出瓦斯量圍巖瓦斯涌出量取值可按工作面總瓦斯涌出量的20%進(jìn)行預(yù)計(jì)。Qw=0.2×工作面總瓦斯涌出量m3/min(4）采空區(qū)煤柱瓦斯涌出量 取值按工作面總瓦斯涌出量的10%。Qmz=0.1×工作面總瓦斯涌出量m3/min.(5）采空區(qū)總瓦斯涌出量Qc=Qcdm+ Q鄰+ Qw+ Qmz m3/min6、工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽煤壁瓦斯涌出量當(dāng)采煤工作面為后退式開(kāi)采時(shí)，工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽煤壁瓦斯涌出量隨著煤壁暴露時(shí)間增加逐漸衰減，煤壁暴露時(shí)間，一般已經(jīng)超過(guò)煤壁瓦斯涌出的枯竭期，所以整個(gè)巷道煤壁瓦斯涌出量可以忽略不計(jì)。即Qb07、工作面總瓦斯涌出量結(jié)果通過(guò)上述工作面各瓦斯涌出源瓦斯涌出量預(yù)測(cè)為：回采工作面煤壁瓦斯涌出量QB 工作面落煤瓦斯涌出量QL 丟煤在工作面的涌出量Qgdm 巷道煤壁瓦斯涌出量應(yīng)為Qb丟煤在采空區(qū)內(nèi)的涌出量Qcdm 鄰近層瓦斯涌出量Q鄰圍巖瓦斯涌出量Qw采空區(qū)煤柱瓦斯涌出量Qmz工作面總瓦斯涌