分源預測法在羊場坡煤礦的應用研究

陳 偉郭邵金

（1.貴州煤安工程技術咨詢服務有限公司 貴州 貴陽 550003；2.貴州興源煤礦科技有限責任公司 貴州 貴陽 550004）

近年來，隨著采深的增加和回采工作面機械化程度的提高，瓦斯涌出量不斷增加，不僅制約了生產能力，而且增大了瓦斯爆炸事故發生的可能性。這就需要用定量化的方法較為準確地對礦井瓦斯的涌出量進行預測，并采取治理措施，預防瓦斯災害事故的發生。

1 羊場坡煤礦基本情況概述

盤縣火鋪鎮羊場坡煤礦位于貴州省盤縣火鋪鎮，設計年生產能力30萬噸，該礦地質構造復雜。礦井共劃分為兩個水平兩個采區。煤層開采順序按照自上而下的原則。設計將該礦的準備巷道布置于巖層之中，礦井在開采一采區時可利用主、副、回風斜井作為一采區準備巷道，通過石門與各煤層聯系。采煤方法采用走向長壁后退式，以一個普采工作面達產，頂板管理方式為全部垮落法。礦井采用中央并列抽出式通風方式。主、副井進風，風井回風，移交生產時，礦井通風量為57m3/s，礦井等積孔為2.88m2。

2 礦井瓦斯涌出量預測方法的選擇

礦井瓦斯涌出量的預測目前普遍采用的方法為礦山統計法、分源預測法、綜合法3類，由于礦山統計法和綜合法需要在礦井生產中獲得實測資料，因此，這兩種方法不適合羊場坡這樣的新建礦井，該礦只能采用分源預測法預測礦井瓦斯涌出量。

圖1 礦井瓦斯涌出構成關系

分源預測法亦稱為瓦斯含量預測法，它根據時間、地點的不同，分成數個向礦井巷道涌出的瓦斯源，在分別對這些瓦斯涌出源進行預測的基礎上得出礦井瓦斯涌出量的方法。礦井瓦斯涌出構成關系如圖1所示。

羊場坡煤礦達到設計產量30萬噸時，將在首采層1號煤層中布置1個回采工作面和2個煤巷掘進工作面。

3 瓦斯涌出量預測

3.1 回采工作面瓦斯涌出量的預測

根據圖1可知，回采工作面的瓦斯出量由2部分組成：開采層（包括圍巖）瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌出。

3.1.1 開采層瓦斯涌出量

薄及中厚煤層不分層開采時，開采層瓦斯涌出量下式計算：

式中：q1——開采層相對瓦斯涌出量，m3/t；

K1——圍巖瓦斯涌出系數；K1選取范圍為1.1～1.3；全部陷落法管理頂板，碳質組分較多的圍巖，K1取1.3；局部充填法管理頂板K1取1.2；全部充填法管理頂板K1取1.1；砂質泥巖等致密性圍巖K1取值可偏小；K1取1.3。

K2——工作面丟煤瓦斯涌出系數，用回采率的倒數來計算；

K3——采區準備巷道預排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數，K3=0.9

m——開采層厚度，m；

M——工作面采高，m；

W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t；

Wc——運出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3/t.r。

3.1.2 鄰近層瓦斯涌出量

式中：q2——鄰近層相對瓦斯涌出量，m/t；

mi——第i個鄰近層煤層厚度，m；

M——工作面采高，m；

ηi——第i個鄰近層瓦斯排放率，%；

Woi——第i個鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3/t，無實測值時可參照開采層選取；

Wci——第i個鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3/t，無實測值時可參照開采層選取；

圖2 鄰近層鄰近層瓦斯排放率與層間距的關系曲線

Woi——第i個鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3/t，無實測值時可參照開采層選取；

Wci——第i個鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3/t，無實測值時可參照開采層選取；

3.1.3 回采工作面瓦斯涌出量

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——臨近層相對瓦斯涌出量，m3/t；

代入相關參數計算得，q1= 9.1m3/t，q2=9.4m3/t，計算得回采工作面瓦斯涌出量為18.5m3/t。

3.2 掘進工作面瓦斯涌出量

3.2.1 掘進巷道煤壁瓦斯涌出量

式中：q3——掘進巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；

D——巷道斷面內暴露煤壁面的周邊長度，m；對于薄及中厚煤層，D=2m0，m0為開采層厚度；

對于厚煤層，D=2h+b，h及b分別為巷道的高度及寬度；

V——巷道平均掘進速度，m/min；

L——巷道長度，m；

q0——煤壁瓦斯涌出強度，m3/m2·min，

式中：q0——巷道煤壁瓦斯涌出量初速度，m3/m2·min；

Vr——煤中揮發分含量，%；

W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t；

3.2.2 掘進落煤的瓦斯涌出量

式中：q4——掘進巷道落煤的瓦斯涌出量，m3/min；

S——掘進巷道斷面積，m2；

V——巷道平均掘進速度，m/min；

γ——煤的密度，t/m3；

W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t；

Wc——運出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3/t。

3.2.3 掘進工作面瓦斯涌出量

式中：q掘——掘進工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；

q3——掘進工作面巷道煤壁絕對瓦斯涌出量，m3/min；q4——掘進工作面落煤瓦斯涌出量，m3/min。

3.3 生產采區瓦斯涌出量

式中：q掘——生產采區相對瓦斯涌出量，m3/t；

k′——生產采區內采空區瓦斯涌出系數；

表1 未進行預抽時掘進工作面瓦斯涌出計算表

q采i——第i采區工作面相對涌出量，m3/t；

表2 未進行預抽時生產采區瓦斯涌出量計算表

表3 未進行預抽時礦井瓦斯涌出量計算表

Ai——第i個回采工作面的日產量，取818t；

q掘i——第i個掘進工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；

A0——生產采區平均日產量，取909t。

3.4 礦井瓦斯涌出量

式中：q井——礦井相對瓦斯涌出量，m3/t；

q區i——第i個生產區相對瓦斯涌出量，m3/t；

Aai——第i個生產區平均日產量，t；

k″——已采采空區瓦斯涌出量系數。

羊場坡煤礦開采達到其設計產量30萬噸時，礦井的絕對瓦斯涌出量預測值為26.49m3/min，礦井瓦斯涌出量的預測為實現礦井安全生產及瓦斯災害防治提供了較為可靠的依據。

［1］俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，1992.

［2］王英敏，主編.礦井通風與安全[M].北京：冶金工業出版社，1979.

［3］于不凡.煤礦瓦斯災害防治及利用首采[M].北京：煤炭工業出版社.