大采高工作面瓦斯來源分析及涌出量預測方法探討

1、大采高工作面瓦斯來源分析及涌出量預測方法探討摘要：瓦斯涌出量是影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。由于煤礦開采規(guī)模越來越大，綜合機械化開采程度越高，在開采過程中，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，對于改善煤礦安全生產(chǎn)狀況具有積極的意義。本文通過在生產(chǎn)實踐中資料的收集、整理和分析,總結了大采高工作面瓦斯來源分析和瓦斯涌出量的預測方法。關鍵詞：大采高工作面 瓦斯來源 瓦斯涌出量 預測方法瓦斯是嚴重威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要自然因素之一。在煤炭開采過程中，瓦斯災害每年都造成許多人員傷亡和巨大財產(chǎn)損失。因此，預防瓦斯災害對煤炭工業(yè)的健康、和諧

2、、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。在含瓦斯煤層中進行采礦作業(yè)時，瓦斯涌出量是影響煤礦安全生產(chǎn)的最主要因素。近年來，由于煤礦開采規(guī)模越來越大，綜合機械化開采程度越來越高，綜采放頂煤、大采高采煤工藝越來越普遍，開采深度大、強度大、速度快。特別對于高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井，在開采過程中，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于改善煤礦安全生產(chǎn)狀況具有積極的意義。本文通過在生產(chǎn)實踐中資料的收集、整理和分析,總結了大采高工作面瓦斯來源分析和瓦斯涌出量的預測方法。一、大采高工作面瓦斯來源分析采場范圍內(nèi)涌出瓦斯的地點稱為

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的瓦斯涌出量。大采高工作面瓦斯涌出來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、回采工作面運輸、回風順槽煤壁瓦斯涌出。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，這時的瓦斯涌出可以認為是開采層本身涌出的瓦斯。等老頂?shù)谝淮蚊奥浜?，卸壓松動的鄰近?/p>

4、就開始向采空區(qū)大量涌出瓦斯，卸壓松動的鄰近層的瓦斯涌出雖然也有波動，但總的趨勢是隨著工作面開采范圍的擴大，瓦斯涌出逐漸增大，并達到某一穩(wěn)定值，等工作面回采接近邊界時，瓦斯涌出又逐漸減少。對于大采高工作面，其工作面瓦斯來源構成見圖二、 大采高工作面瓦斯涌出量預測1、大采高工作面瓦斯涌出量預測的必要性大采高工作面瓦斯涌出量預測，是指根據(jù)某些已知相關數(shù)據(jù)，按照一定的方法和規(guī)律，預先估計出工作面瓦斯涌出量的工作。決定大采高工作面風量的主要因素往往是瓦斯涌出量，所以，預測結果的正確與否，能夠影響工作面回采的經(jīng)濟技術指標，甚至決定工作面能否進行正常生產(chǎn)。大型高瓦斯礦井，如果預測的涌出量偏低，回采時容易造成

5、瓦斯超限而被迫降低產(chǎn)量以致無法生產(chǎn)；而預測偏高，勢必增大投資和通風設備的運行費用，造成不必要的浪費。采用可行的方法對工作面瓦斯涌出量進行比較準確的預測，對工作面的正常生產(chǎn)具有指導性的意義。工作面瓦斯涌出量是工作面通風設計、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基礎參數(shù)，是決定工作面回采方案、通風系統(tǒng)選擇、瓦斯綜合治理方法選擇的重要指標，在工作面回采時，對瓦斯涌出量進行預測是非常有必要的。2、大采高工作面瓦斯涌出量預測方法分類瓦斯涌出量預測方法可概括為兩大類：統(tǒng)計預測法和分源計算預測法。（1）、統(tǒng)計預測法，是根據(jù)生產(chǎn)礦井或水平，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

6、出相互之間變化關系的統(tǒng)計規(guī)律，推算出相鄰的新礦井或延伸水平瓦斯涌出量的方法。如果預測地區(qū)的地質(zhì)、采礦因素沒有明顯的變化，那么預測結果可以滿足需要。由于統(tǒng)計預測法必須具備所要預測的礦井或采區(qū)煤層開采順序、采煤方法、頂板管理、地質(zhì)構造、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，是對礦井或鄰近礦井實際瓦斯涌出資料的統(tǒng)計分析得出的礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的規(guī)律，主要預測新井或新水平瓦斯涌出量的方法，因此本文不作詳細探討。（2）分源計算預測法，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，對回采工作面的瓦斯涌出量進行分源計算。大采高工作面瓦斯來源按性質(zhì)分可分為兩大類，一類是主

7、要取決于開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采層距離。Q3工作面順槽瓦斯涌出量，m3/min，主要取決于開采層煤層透氣性及衰減性及暴露時間、面積等。由于工作面的預測參數(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采過程中都是不斷變化的，工作面經(jīng)過預抽和沒有經(jīng)過預抽，工作面是否首采，變化是比較大的，應根據(jù)具體情況，對工作面預計其瓦斯涌出量。三、大采高工作面瓦斯涌出量預測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)的推進過程中，不存在暴露面瓦斯枯竭問題，當割煤機組位于工作面上、下端時，回采工作面暴露煤壁瓦斯涌出量才最大，這一數(shù)值也是工作面通風及瓦斯治理所要的基礎數(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系，通常采用下列公式計算：式中QB工作面煤壁瓦

9、斯涌出量，m3/min；v采煤機割煤速度，m/min；t煤壁暴露時間，min；t= L/v 煤壁瓦斯涌出衰減系數(shù)，min-1h煤層厚度，mL回采工作面長度,mq0暴露煤壁初始（t=0時）瓦斯涌出強度，m3/.min .m2.，可用實測或用下式計算：1） 蘇聯(lián)根據(jù)統(tǒng)計資料，提出的計算公式為： q0=aX【0.0004（Vdaf ）2+0.16】2)陽泉根據(jù)測定統(tǒng)計結果，提出的計算公式為：q0=0.59X/1440a- 時間因次換算系數(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的煤在運輸過程中，煤塊內(nèi)仍向風流涌出瓦斯，為此，在計算回采工作面

10、落煤瓦斯涌出量應考慮以下影響因素：(1)采落下來的煤的塊度大小；(2)煤的瓦斯含量，它與煤的原始瓦斯含量、煤塊未采落下來前已排放瓦斯的時間及排放瓦斯的程度有關；(3)采落煤塊在采區(qū)內(nèi)停流時間。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，又需一定的時間才能運出工作面，其中落下的煤塊中有一部分瓦斯仍吸附煤體內(nèi)，為此計算落煤在回采工作面

11、瓦斯涌出量，就應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算方法按落煤瓦斯涌出量計算方法計算，其中在工作面的涌出量暫按總涌出量的40%計算，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計 式中Q鄰鄰近層瓦斯涌出量，m3/t;mi第i個鄰近層厚度，m;m1開采層的開采厚度，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)。應對上鄰近層和下鄰近層分別進行計算：(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)瓦斯涌出量預測根據(jù)煤層瓦斯賦存情況，采空區(qū)涌出的瓦斯主要來源于開采層丟煤解吸瓦斯、鄰近層瓦斯和圍巖瓦斯及煤柱的卸壓瓦斯?？梢圆捎梅衷搭A測法,對采空區(qū)瓦斯涌出量進行預計。(1）開采層丟煤在采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出量Qcdm ( m3/min) （前面計算值）(2）鄰近層瓦斯涌出量 Q鄰(m3/min) （前面計算值）(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%進行預計。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、工作面運輸、回風順槽煤壁瓦斯涌出量當采煤工作面為后退式開采時，工作面運輸、回風順槽煤壁瓦斯涌出量隨著煤壁暴露時間增加逐漸衰減，煤壁暴露時間，一般已經(jīng)超過煤壁瓦斯涌出的枯竭期，所以整個巷道煤壁瓦斯涌出量可以忽略不計。即Qb07、工作面總瓦斯涌出量結果通過上述工作面各瓦斯涌出源瓦斯涌出量預測為：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