分源預測法在掘進面瓦斯涌出量預測中的應用

元永國

(遼源職業技術學院)

長期以來,瓦斯一直是威脅礦井安全生產和影響經濟效益的重要因素。以高速高效為特征的綜掘工作面由于強度高,工作面絕對瓦斯涌出量比相同條件下其它類型工作面顯著增大。但往往在制定回采工作面瓦斯治理措施時,由于對煤層瓦斯賦存規律不明確,尤其是對掘進工作面瓦斯涌出量不能進行正確的預測,從而導致治理措施針對性不強。所以, 準確預測掘進工作面瓦斯涌出量對于合理有效配風,制定并采取有效的瓦斯防治措施具有重要的意義。

1 概 況

開灤東歡坨礦位于河北省唐山市豐潤區境內，地處韓城鎮和新軍屯鎮之間。井田呈北向東狹長區域，東南翼走向長13.5 km；傾向寬3 km；西北翼走向長8 km,傾向寬0.5 km；井田面積約40 km2。地表為沖擊平原地形，地勢較平坦。

1) 相鄰采區采掘情況。該面為中央采區北翼煤12-1首采工作面。本煤層傾斜上下附近尚無采掘工程，相鄰煤層上方為2018工作面，現已回采完畢，傾斜上方為2016工作面，已回采完畢。風道在2016采空區下方，運道在2018采空區下方，切眼布置在以上兩采空區下方。

2) 工作面掘進工程。依據設計，本工作面所涉及掘進工程及工程量為：運道826 m，風道720 m，切眼107 m，運煤石門39 m，運料斜巷30 m，回風石門11 m，回風聯絡巷41 m，3個絞車窩，掘進總工程量為1 786 m。工作面掘進情況見表1。

表1 工作面掘進情況表

2 分源預測法預測掘進工作面瓦斯涌出量理論

分源預測法預測礦井瓦斯涌出量亦稱瓦斯含量法預測礦井瓦斯涌出量。該預測法的實質是按照礦井生產過程中瓦斯涌出源的多少、各個瓦斯源涌出瓦斯量的大小, 來預計該礦井各個時期(如投產期、達標期、萎縮期等) 的瓦斯涌出量。各個瓦斯源涌出瓦斯量的大小是以煤層瓦斯含量、瓦斯涌出規律及煤層開采技術條件為基礎進行計算確定的。 根據煤炭科學研究總院沈陽分院的研究,掘進工作面瓦斯涌出的源、匯關系見圖1。

圖1 掘進工作面瓦斯涌出源、匯關系示意圖

3 掘進工作面瓦斯涌出量預測

根據分源預測法，可以認為掘進工作面瓦斯涌出量由兩部分組成，見表2。

表2 12#煤層瓦斯基礎參數測定匯總表

1) 掘進巷道煤壁瓦斯涌出量。

(1)

式中:

Q1—掘進巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min;

D—巷道斷面內暴露煤面的周邊長度，m。對于薄及中厚煤層，D=2m0,m0為煤層厚度，對于厚煤層，D=2h+b,h及b分別為巷道的高度及寬度。D=2×3+3.5=9.5 m；

V—巷道平均掘進速度，m/min,取0.003；

L—巷道長度，m,取700；

q0—巷道煤壁初始瓦斯涌出強度，m3/min·m2。

前蘇聯根據統計資料，提出的計算公式為：

q0=aX[0.000 4(Vdaf)2+0.16]

(2)

式中:

Vdaf—煤的揮發分，%。

X—煤的瓦斯含量，m3/t。

q0=0.026×5.331×[0.000 4(0.314)2+0.16]=0.022 2 m3/min·m2;

Q1=0.06 m3/min

2) 掘進巷道落煤瓦斯涌出量。

Q2=S·Vρ(X-XC)

(3)

式中：

Q2—掘進巷道煤壁瓦斯涌出量，取m3/min;

S—掘進巷道斷面面積, m2,取10.4；

V—巷道平均掘進速度，m/min,取0.003；

ρ—煤的密度，t/m3,取1.48 ；

X—煤的瓦斯含量，m3/t,取5.331；

Xc—煤的殘存瓦斯含量，m3/t。

Q2=0.2 m3/min；

綜上，掘進工作面瓦斯涌出量為:0.26 m3/min。

4 結 論

1) 根據分源預測法，可以認為掘進工作面瓦斯涌出量由兩部分組成，分別為掘進巷道煤壁瓦斯涌出量和掘進巷道落煤瓦斯涌出量。

經計算掘進工作面瓦斯涌出量為：0.26 m3/min。

2) 本文采用分源法預測瓦斯涌出量，預測結果能為掘進工作面通風設計提供更合理的礦井瓦斯涌出量基礎資料，并為掘進工作面瓦斯治理提供了科學依據。

[1] 袁 亮.松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術[M].北京:煤炭工業出版社,2004：31-33.

[2] 張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京:煤炭工業出版社,2000:71-72.

[3] 于不凡.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京:煤炭工業出版社,2005:49-50.

[4] 王端武.瓦斯災害防治圖冊[M].北京:煤炭工業出版社,2002:21-24.

收稿日期 2010-06-28